JP2014055607A - 流量制御弁およびこれを備えた血圧情報測定装置 - Google Patents

流量制御弁およびこれを備えた血圧情報測定装置 Download PDF

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Abstract

【課題】精緻な流量の制御が可能なソレノイド制御方式の流量制御弁を提供する。
【解決手段】流量制御弁100Aは、ソレノイドコイル121が巻回されたボビン120と、ボビン120に摺動可能に内挿されたプランジャ140と、流体が流出する流出口132が設けられたコア130と、プランジャ140をコア130から遠ざける方向に付勢するスプリング160と、流出口132に対向配置されるようにプランジャ140に組付けられた弁体150Aとを備える。弁体150Aは、非作動時において流出口132から離れた第1の位置に配置される。プランジャ140は、作動時においてスプリング160の付勢力に抗してコア130側に引き寄せられ、弁体150Aが流出口132を閉塞する第2の位置にある状態においてコア130に対して非接触である。
【選択図】図3

Description

本発明は、流体の流量を可変に制御可能な流量制御弁およびこれを備えた血圧情報測定装置に関し、より特定的には、ソレノイド式流量制御弁および当該ソレノイド式流量制御弁を圧迫用流体袋の内圧を減圧させるための排出弁として備えた血圧情報測定装置に関する。
被験者の血圧情報を測定することは、被験者の健康状態を知る上で非常に重要なことである。近年においては、たとえば脳卒中や心不全、心筋梗塞等の心血管系疾患のリスク解析に資する代表的な指標としてその有用性が広く認められている収縮期血圧値、拡張期血圧値を測定することに限られず、被験者の脈波を測定することによって心臓負荷や動脈硬化度を捉える試み等もなされている。
血圧情報測定装置は、これら血圧情報を測定するための装置であり、循環器系疾患の早期発見や予防、治療等の分野においてさらなる活用が期待されている。なお、血圧情報には、収縮期血圧値、拡張期血圧値、平均血圧値、脈波、脈拍、動脈硬化度を示す各種指標等、循環器系の種々の情報が広く含まれる。
一般に、血圧情報の測定には、血圧情報測定装置用カフ(以下、単にカフとも称する)が利用される。ここで、カフとは、内空を有する流体袋を含む帯状または環状の構造物であって生体の一部に装着が可能なものを意味し、気体や液体等の流体を上記内空に注入することによって流体袋を膨張させて動脈を圧迫することで血圧情報の測定に利用されるもののことを指す。
通常、血圧情報測定装置には、流体袋の内圧を加減圧するための加減圧機構として、加圧ポンプおよび排出弁が設けられる。このうち、排出弁は、加圧ポンプによって加圧された流体袋の内圧を閉状態において維持し、開状態において減圧するためのものである。当該排出弁としては、流体袋の内圧を減圧する際にその動作が制御されることで排出流量が可変に制御可能な流量制御弁が好適に使用される。
流量制御弁としては、流出口に対向するように弁体を設け、当該弁体を可動軸を用いてスライド移動させることで流出口と弁体との間の距離を可変に制御し、これにより流出流量の制御を行なう方式のものが使用される。この種の流量制御弁は、その駆動方式の違いにより、リニア式流量制御弁とソレノイド式流量制御弁とに大別される。
リニア式流量制御弁は、永久磁石と電磁コイルとを利用し、このうちの一方を可動軸に設けることで可動軸をスライド移動させる方式のものである。一方、ソレノイド式流量制御弁は、可動軸としてのプランジャ(可動鉄心)と、流出口が設けられたコア(固定鉄心)と、ソレノイドコイルとを利用し、ソレノイドコイルを用いてプランジャをスライド移動させる方式のものである。
このうち、リニア式流量制御弁は、装置構成が比較的複雑であり、そのため軽量化や小型化が困難であるといった問題や、強力な永久磁石を必要とするため製造コストが増大してしまうといった問題がある。これに対し、ソレノイド式流量制御弁は、装置構成が比較的簡素であるため、その軽量化や小型化が可能であり、また永久磁石を必要としないため、製造コストが削減できる利点がある。
したがって、血圧情報測定装置に具備される流量制御弁としては、ソレノイド式流量制御弁が特に好適であることになる。なお、ソレノイド式流量制御弁の具体的な構成が開示された文献としては、たとえば特開平9−135817号公報(特許文献1)や特開2004−185268号公報(特許文献2)、特開2006−29362号公報(特許文献3)等がある。
特開平9−135817号公報 特開2004−185268号公報 特開2006−29362号公報
しかしながら、上述した特許文献1ないし3に開示される如くの従来のソレノイド式流量制御弁は、血圧情報測定装置において要求される如くの精緻な流量の制御には必ずしも十分に対応できていない問題があった。
すなわち、ソレノイド式流量制御弁にあっては、ソレノイドコイルに通電を行なうことによって磁束を発生させ、これによりプランジャをコアに引き寄せる(吸着させる)ことでプランジャをスライド移動させるものであるため、その際に生じる吸着力(換言すれば、プランジャの駆動力)は、磁束密度の変化に伴ってコアとプランジャとの間の距離の2乗に反比例することになる。
そのため、実際に流量制御が可能となるコアとプランジャとが近づいたコア―プランジャ間距離が非常に小さい範囲においては、得られるプランジャの駆動力が大きい反面、駆動電圧を変化させてプランジャを移動させることで流量を変化させる際に、僅かでも当該駆動電圧が変化することでプランジャの駆動力とプランジャの移動距離とが急激に増減してしまうことになる。したがって、プランジャの駆動力および移動距離を精緻に制御することが困難となり、結果として精緻な流量の制御が事実上行なえないものとなっていた。
その結果、上述した従来のソレノイド式流量制御弁を具備した血圧情報測定装置においては、これのみでは圧迫用流体袋の精緻な加減圧を十分に制御することができないため、当該流量制御弁を単なる急速排出弁としてのみ利用することとし、別途、ゴム弁等を利用した微速排気弁を含む流量制御機構を具備させる構成とすることが一般的であった。
しかしながら、当該構成の血圧情報測定装置とした場合には、当然に装置構成が複雑化することになり、小型化や軽量化、製造コストの削減といった点で不利なものとなってしまう問題があった。
したがって、本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、精緻な流量の制御が可能なソレノイド制御方式の流量制御弁を提供することを目的とするとともに、当該流量制御弁を排出弁として備えることで圧迫用流体袋の内圧を精緻に制御することが可能な簡素な構成の血圧情報測定装置をあわせて提供することを目的とする。
本発明に基づく流量制御弁は、流体の流量を可変に制御可能なものであって、磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、上記ソレノイドコイルが巻回されたボビンと、上記ボビンに摺動可能に内挿されたプランジャと、流体が流出する流出口が設けられたコアと、上記プランジャを上記コアから遠ざける方向に付勢する付勢手段と、上記流出口に対向配置された弁体とを備えている。上記弁体は、上記ソレノイドコイルが無通電状態にある非作動時において、上記流出口から離れた第1の位置に配置される。上記本発明に基づく流量制御弁においては、上記ソレノイドコイルが通電状態にある作動時において、上記付勢手段による付勢力に抗して上記プランジャが駆動されることにより、上記弁体が上記流出口に近づく方向に移動させられ、これにより上記弁体と上記流出口との間の距離が変化することで上記流出口から流出する流体の流量が調節される。上記本発明に基づく流量制御弁においては、上記弁体が上記流出口を閉鎖する第2の位置にある状態において、上記プランジャが、上記コアに対して非接触であることを特徴としている。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体が流量を制御する第3の位置にある状態において、上記プランジャが、上記弁体が上記第1の位置にある状態における位置と、上記弁体が上記第2の位置にある状態における位置との間に配置されていることが好ましい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体が上記第2の位置にある状態において、上記プランジャと上記コアとの間の距離が、0.2mm以上離れていることが好ましい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体が、上記プランジャの上記コアに対向する主面に固定されることで上記プランジャに組付けられていることが好ましい。また、その場合には、上記弁体の少なくとも一部が、上記プランジャの上記コアに対向する主面よりも上記コア側に向けて突出して位置していることが好ましい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体の一部が上記コアに固定されることにより、上記弁体が、上記コアに組付けられていてもよい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体が、弾性部材にて構成されていることが好ましい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体の上記流出口に対向する主面が、上記流出口に対して傾斜していることが好ましい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記弁体の上記流出口に対向する主面が、微小凹凸を有していることが好ましい。
上記本発明に基づく流量制御弁にあっては、上記プランジャの上記コアに対向する主面および上記コアの上記プランジャに対向する主面のうちの一方が、窪んだ形状を有しているとともに、上記プランジャの上記コアに対向する主面および上記コアの上記プランジャに対向する主面のうちの他方が、膨らんだ形状を有していることが好ましい。
本発明に基づく血圧情報測定装置は、上記本発明に基づく流量制御弁を、生体を圧迫するための圧迫用流体袋の内圧を減圧させるための排出弁として備えていることを特徴としている。
上記本発明に基づく血圧情報測定装置にあっては、測定時において、上記圧迫用流体袋の内圧が微速減圧されるように上記排出弁としての上記流量制御弁の駆動が制御されることにより、少なくとも収縮期血圧値および拡張期血圧値が減圧測定法に基づいて算出されることが好ましく、また、測定完了後において、上記圧迫用流体袋の内圧が急速減圧されるように上記排出弁としての上記流量制御弁の駆動が制御されることが好ましい。
上記本発明に基づく血圧情報測定装置にあっては、測定時において、上記圧迫用流体袋の内圧が微速加圧されるように上記排出弁としての上記流量制御弁の駆動が制御されることにより、少なくとも収縮期血圧値および拡張期血圧値が加圧測定法に基づいて算出されることが好ましく、また、測定完了後において、上記圧迫用流体袋の内圧が急速減圧されるように上記排出弁としての上記流量制御弁の駆動が制御されることが好ましい。
本発明によれば、精緻な流量の制御が可能なソレノイド制御方式の流量制御弁を提供することが可能になるとともに、当該流量制御弁を排出弁として備えることで圧迫用流体袋の内圧を精緻に制御することが可能な簡素な構成の血圧情報測定装置を提供することが可能になる。
本発明の実施の形態1における血圧計の外観構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の機能ブロックの構成を示す図である。 本発明の実施の形態1における流量制御弁の模式断面図である。 図3に示す流量制御弁の開放状態を示す要部拡大断面図である。 図3に示す流量制御弁の閉鎖状態を示す要部拡大断面図である。 図3に示す流量制御弁の流量制限状態を示す要部拡大断面図である。 実施例および従来例に係る流量制御弁のコア―プランジャ間距離とプランジャの駆動力との関係を示すグラフである。 従来例に係る流量制御弁の模式断面図である。 図8に示す流量制御弁の閉鎖状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の減圧測定法に基づいた動作フローを示す図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の図10に示す動作フローに従った場合の急速加圧過程における具体的な動作を示す図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の図10に示す動作フローに従った場合の微速減圧過程における具体的な動作を示す図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の図10に示す動作フローに従った場合の急速減圧過程における具体的な動作を示す図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の図10に示す動作フローに従った場合の圧迫用空気袋の内圧の経時的な変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態1における血圧計の加圧測定法に基づいた動作フローを示す図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の図15に示す動作フローに従った場合の微速加圧過程における具体的な動作を示す図である。 本発明の実施の形態1における血圧計の図15に示す動作フローに従った場合の圧迫用空気袋の内圧の経時的な変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に従った第1変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態1に従った第2変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態1に従った第3変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態1に従った第4変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。 本発明の実施の形態1に従った第5変形例に係る流量制御弁の模式断面図である。 本発明の実施の形態1に従った第6変形例に係る流量制御弁の模式断面図である。 本発明の実施の形態1に従った第7変形例に係る流量制御弁の模式断面図である。 本発明の実施の形態2における流量制御弁の模式断面図である。 図25に示す流量制御弁の開放状態を示す要部拡大断面図である。 図25に示す流量制御弁の閉鎖状態を示す要部拡大断面図である。 図25に示す流量制御弁の流量制限状態を示す要部拡大断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、血圧情報測定装置として、被験者の上腕にカフが装着されて使用されることで被験者の収縮期血圧値および拡張期血圧値が測定可能に構成された、いわゆる上腕式血圧計を例示して説明を行なう。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における血圧計の外観構造を示す斜視図であり、図2は、機能ブロックの構成を示す図である。まず、これら図1および図2を参照して、本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に示すように、本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に示すように、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、加圧ポンプ31と、排出弁としての流量制御弁100Aと、圧力センサ33と、加圧ポンプ駆動回路34と、流量制御弁駆動回路35と、発振回路36とを有している。加圧ポンプ31、流量制御弁100Aおよび圧力センサ33は、血圧計1に具備される圧迫用エア系コンポーネント30に相当し、特に加圧ポンプ31および流量制御弁100A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、内空を有している。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迫用エア系コンポーネント30である加圧ポンプ31、流量制御弁100A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、加圧ポンプ31が駆動することで加圧されて膨張し、排出弁としての流量制御弁100A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)にて構成され、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)にて構成され、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)にて構成され、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に電力を供給するための手段である。
制御部20は、加圧ポンプ31および流量制御弁100Aを駆動するための制御信号を加圧ポンプ駆動回路34および流量制御弁駆動回路35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によっ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。
加圧ポンプ駆動回路34は、制御部20から入力された制御信号に基づいて加圧ポンプ31の動作を制御する。流量制御弁駆動回路35は、制御部20から入力された制御信号に基づいて流量制御弁100Aの開閉動作を制御する。加圧ポンプ31は、圧迫用空気袋42の内空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加圧ポンプ駆動回路34によって制御される。流量制御弁100Aは、圧迫用空気袋42の内圧を維持したり、圧迫用空気袋42の内空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流量制御弁駆動回路35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発振回路36に入力する。発振回路36は、圧力センサ33から入力された信号に応じた発振周波数の信号を生成し、生成した信号を制御部20に入力する。
図3は、本実施の形態における流量制御弁の模式断面図である。次に、この図3を参照して、本実施の形態における流量制御弁100Aの具体的な構成について説明する。なお、本実施の形態における流量制御弁100Aは、非作動時において後述する流出口132が完全に開放された状態にあるノーマリーオープン型のソレノイド式流量制御弁である。
図3に示すように、本実施の形態における流量制御弁100Aは、ケーシングとしてのフレーム110およびベース111と、ボビン120と、ソレノイドコイル121と、コア130と、プランジャ140と、弁体150Aと、付勢手段としてのスプリング160とを主として備えている。
フレーム110は、略直方体形状の流量制御弁100Aの軸方向に沿った一端面と、当該流量制御弁100Aの周面のうちの対向する一対の側面とを規定する部材であり、ベース111は、当該流量制御弁100Aの軸方向に沿った他端面を規定する部材である。これらフレーム110およびベース111は、たとえばカシメや溶接等によって一体化されている。
フレーム110およびベース111は、いずれも軟磁性材料からなる部材にて構成されており、好適には透磁力の高い電磁鋼板または冷間圧延鋼板(SPCC−SD)等にて構成される。フレーム110およびベース111は、流量制御弁100Aの外殻を構成するのみならず、ソレノイドコイル121が通電されることによって生じる磁力線の経路を調整するヨークとしての役割も果たすものである。
ボビン120は、フレーム110およびベース111によって囲まれた空間に収容されている。ボビン120は、非磁性材料からなる円筒状の部材からなり、たとえばポリブチレンテレフタラート等に代表される樹脂製の部材にて構成される。ボビン120は、その軸線が流量制御弁100Aの軸線と合致するように同軸上に配置されている。ボビン120は、ソレノイドコイル121を支持するための部材であるとともに、プランジャ140が移動する経路を規定する部材でもある。
ソレノイドコイル121は、たとえば銅線等の導電線(巻き線)をボビン120の周面上に巻回することによって形成されたものであり、通電されることで磁束を発生させるものである。なお、ソレノイドコイル121を構成する導電線の両端は、図示しないリード線等に接続されており、当該リード線を介してソレノイドコイル121に駆動のための電流が印加されることになる。
コア130は、流体が流通するノズル部131が内部に設けられた略円筒状の部材からなり、フレーム110の上述した一端面を規定する壁部を貫通するように当該フレーム110にたとえばカシメや溶接等によって固定されている。コア130は、その軸線が流量制御弁100Aの軸線と合致するように同軸上に配置されている。
コア130のケーシングの内部に位置する一端部は、ボビン120の内部に収容されており、その先端面である軸方向端面133(図4ないし図6等参照)には、上述したノズル部131に連通する流出口132が設けられている。当該流出口132は、開放され状態において流体を外部に向けて排出するための部位である。
一方、コア130のケーシングの外部に位置する他端部には、接続管51が接続されることにより、圧迫用空気袋42に接続されたエア管50に当該接続管51を介してノズル部131が接続される(図11ないし図13等参照)。これにより、流出口132は、ノズル部131、接続管51およびエア管50を介して圧迫用空気袋42に連通することになる。
コア130は、軟磁性材料からなる部材にて構成されており、好適には電磁鋼または硫黄複合快削鋼(SUM24L)等にて構成される。コア130は、固定鉄心を構成するものであり、ソレノイドコイル121が通電された際に磁束が通ることにより、プランジャ140を引き寄せるものである。
プランジャ140は、略円柱状の部材からなり、ボビン120の内部に摺動可能に内挿されることで収容されている。プランジャ140は、その軸線が流量制御弁100Aの軸線に合致するように同軸上に配置されており、これによりコア130に対しても同軸上に配置されることになる。プランジャ140のコア130に面する軸方向端面143(図4ないし図6等参照)のうち、上述した流出口132に対応した位置には、弁体150Aを収容するための収容凹部141(図4ないし図6等参照)が設けられている。
プランジャ140は、軟磁性材料からなる部材にて構成されており、好適には電磁鋼または硫黄複合快削鋼(SUM24L)等にて構成される。プランジャ140は、可動鉄心を構成するものであり、ソレノイドコイル121が通電された際に磁束が通ることにより、コア130によって引き寄せられることでボビン120の内部をスライド移動するものである。
弁体150Aは、たとえばシリコーンゴム、NBRに代表されるニトリルゴム等からなる弾性部材にて構成されており、略円柱状の形状を有している。弁体150Aは、上述したプランジャ140に設けられた収容凹部141に収容されており、これによりコア130に設けられた流出口132に対向配置されている。
ここで、弁体150Aは、その一部がプランジャ140のコア130に対向する軸方向端面143よりもコア130側に向けて突出して位置している。なお、弁体150Aは、たとえば接着剤等を用いてプランジャ140に固定されている。
スプリング160は、ボビン120の内部であってかつコア130とプランジャ140との間に介装されている。スプリング160は、プランジャ140をコア130から遠ざける方向に付勢するためのものである。
図4ないし図6は、本実施の形態における流量制御弁の動作を示す要部拡大断面図である。ここで、図4は、流量制御弁の開放状態を示しており、図5は、流量制御弁の閉鎖状態を示しており、図6は、流量制御弁の流量制限状態を示している。次に、これら図4ないし図6を参照して、本実施の形態における流量制御弁100Aの動作について説明する。なお、以下においては、コア130とプランジャ140との間の距離(すなわち、流量制御弁100Aの軸方向に沿ったコア130の軸方向端面133とプランジャ140の軸方向端面143との間の距離)をLとして説明する。
図4に示すように、流量制御弁100Aの非作動時においては、ソレノイドコイル121に通電が行なわれていない無通電状態にあり、磁気回路は形成されない。そのため、プランジャ140は、コア130に引き寄せられることはなく、スプリング160の付勢力によって流量制御弁100Aの軸方向に沿ってコア130から所定の距離L1だけ遠ざかった位置に配置される。その際に弁体150Aが配置される位置を第1の位置とすると、当該第1の位置は、弁体150Aが流出口132から所定の距離だけ離れた位置となる。
この状態においては、流出口132が弁体150Aによって閉鎖されておらず、開放されて全開した状態にある。したがって、ノズル部131に連通する圧迫用空気袋42の内部に存する圧縮空気が当該流出口132を介してコア130とプランジャ140との間に位置する空間に排出されることになり、さらにはボビン120とプランジャ140との間の隙間を経由して流量制御弁100Aの外部へと排出される。
図5および図6に示すように、流量制御弁100Aの作動時においては、ソレノイドコイル121に通電が行なわれた通電状態にあり、フレーム110、コア130、プランジャ140およびベース111を磁束が通るように磁気回路が形成される。そのため、プランジャ140は、スプリング160の付勢力に抗して流量制御弁100Aの軸方向に沿ってコア130側に向けて引き寄せられることになる。
図5に示すように、ソレノイドコイル121に印加される電流が所定の大きさ以上である場合には、プランジャ140が軸方向に沿って最大限コア130側に向けて引き寄せられることになり、弁体150Aがコア130に接触することで流出口132が弁体150Aによって完全に閉鎖されて全閉した状態となる。当該状態においては、流出口132を介して圧縮空気が流出することが完全に阻害され、圧迫用空気袋42の内圧が維持されることになる。なお、その際に弁体150Aが配置される位置を第2の位置とする。
本実施の形態における流量制御弁100Aにあっては、弁体150Aが流出口132を完全に閉鎖する第2の位置にある状態において、プランジャ140がコア130に非接触となるように構成されており、そのため、プランジャ140は、当該状態において流量制御弁100Aの軸方向に沿ってコア130から所定の距離L2だけ遠ざかった位置に配置される。これは、上述したように弁体150Aの一部がプランジャ140の軸方向端面143よりもコア130側に向けて突出するように設けられていることが主として起因している。このように構成することにより、後述する流量制限状態における流量の精緻な制御が可能になるが、その詳細な理由については、後述することとする。
一方、図6に示すように、ソレノイドコイル121に印加される電流が上述した所定の大きさ未満である場合には、プランジャ140が軸方向に沿ってある程度コア130側に向けて引き寄せられることになり、コア130とプランジャ140との間の距離Lは、上述した距離L1よりも小さくかつ上述した距離L2よりも大きい値をとることになる。そのため、弁体150Aは、上述した第1の位置と第2の位置との間の第3の位置に配置されることになる。
当該状態においては、弁体150Aが流出口132を完全には閉鎖しないものの、その間の距離が縮まってある程度閉鎖された状態となる。したがって、流出口132を介して圧縮空気が流出することになるものの、弁体150Aによって流出口132から圧縮空気が流出することがある程度阻害されることになり、その流出流量が制限されることになる。
ここで、流出口132の開口面と弁体150Aの流出口132側に位置する主面との間の距離は、コア130とプランジャ140との間の距離Lによって決まり、当該距離Lは、ソレノイドコイル121に印加される電流の大きさを制御することで可変に調節される。そのため、当該距離Lを調節すべく流量制御弁100Aの駆動電圧を調節することにより、流出口132から流出する圧縮空気の流量が可変に調節できることになる。
次に、図5を参照して、弁体150Aによって流出口132を全閉させるために必要なプランジャの駆動力を、標準的な血圧計の仕様に照らして説明する。
図5を参照して、圧迫用空気袋42の内圧(すなわちカフ圧)に抗して弁体150Aによって流出口132を全閉するために必要な推力F0[N]としては、カフ圧P[mmHg]に対する反力F1[N]と、流出口132の周囲に押し付けた弾性部材からなる弁体150Aの変形反力および圧縮変形された付勢部材としてのスプリング160の変形反力との和である反力F2[N]との総和である抗力Fa[N]以上の大きさが必要である。そのため、流出口132の内径をφ[cm]とすると、以下の式(1)〜(3)が成立する。
Fa=F1+F2 ・・・(1)
F0>Fa ・・・(2)
F1=P×1.333×10-2×π×φ2/4 ・・・(3)
ここで、標準的な血圧計の仕様に照らして最大カフ圧Pを300[mmHg]に設定し、また流出口132の内径φをたとえば0.16[cm]に設定すると、上記式(3)より、上記反力F1は、8.04×10-2[N]となる。
また、標準的な弁体150Aおよびスプリング160の材料特性に照らし、上記反力F2を3.8×10-2[N]とすると、上記式(1)より、上記抗力Faは、1.18×10-1[N]=12.0[g]となる。
その結果、上記(2)式に基づくと、上述した推力F0としては、1.5×10-1以上2.0×10-1[N]程度の大きさが必要になることになり、プランジャ140の駆動力としては、この推力F0が実現できるものであればよいことになる。
ここで、プランジャ140の駆動力Fb[N]は、磁束密度B[T]、ソレノイドコイル121に印加される電流I[A]およびソレノイドコイル121の有効コイル長さLc[m]を用いて以下の式(4)で表わされる。
Fb=B×I×Lc ・・・(4)
したがって、ソレノイドコイル121に印加される電流I[A]とソレノイドコイル121の有効コイル長さLc[m]とを適宜調節することにより、プランジャ140の駆動力Fb[N]を所望のものとすることが可能になり、上述した推力F0が十分に実現できることになる。
なお、ソレノイドコイル121に印加される電流I[A]を調節する方法としては、駆動電圧を変更することはもとより、巻き線の線径を変更すること等が含まれる。また、ソレノイドコイル121の有効コイル長さLc[m]を調節する方法としては、巻き線の巻き数を変更すること等が含まれる。したがって、上述した推力F0を具体的に実現するためには、ソレノイドコイル121の抵抗値を変更するとともに、適宜、駆動電圧を調節することが有効である。
上述したように、本実施の形態における流量制御弁100Aにあっては、弁体150Aが流出口132を完全に閉鎖する第2の位置にある状態(すなわち閉鎖状態、図5参照)において、プランジャ140がコア130に非接触となるように構成されている。このように構成することにより、上述した流量制限状態(図6参照)において、駆動電圧を調節することによってソレノイドコイル121に印加する電流の大きさを適宜調節することにより、容易にプランジャ140の駆動力に必要な増減を与えることが可能になり、結果として流量の制御が精緻に行なえることになる。以下、その理由について、実際に試作を行なうことで実施した検証試験の結果に基づいて詳細に説明する。
検証試験においては、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aを実施例として試作し、従来の血圧計において利用されていた流量制御弁100X(図8および図9参照)を従来例として準備し、これらを用いてコアとプランジャとの間の距離とプランジャの駆動力との関係を実際に測定した。
図7は、実施例および従来例に係る流量制御弁のコア―プランジャ間距離とプランジャの駆動力との関係を示すグラフである。また、図8は、従来例に係る流量制御弁の模式断面図であり、図9は、図8に示す流量制御弁の閉鎖状態を示す要部拡大断面図である。
図8に示すように、従来例に係る流量制御弁100Xは、実施例に係る流量制御弁(本実施の形態における流量制御弁100A)と比較した場合に、プランジャ140に組付けられた弁体150Aが、プランジャ140に設けられた収容凹部141内にすべて納まっており、プランジャ140のコア130に対向する主面よりもコア130側に向けて突出した部位を有していない点において相違している。そのため、図9に示すように、プランジャ140が軸方向に沿って最大限コア130側に向けて引き寄せられた状態においては、弁体150Aがコア130に接触することで流出口132が弁体150Aによって完全に閉鎖されて全閉されるとともに、プランジャ140がコア130に吸着されて接触した状態となる。
また、実施例に係る流量制御弁にあっては、従来例に係る流量制御弁100Xと比較した場合に、その駆動電圧と、ソレノイドコイルの抵抗値と、付勢部材としてのスプリングのバネ定数とが、これが具備される血圧計の仕様に応じて最適化されている点において相違している。
図7に示すように、従来例に係る流量制御弁100Xにあっては、弁体によって流出口が閉鎖される閉鎖位置がコアとプランジャとが接触した位置であり、実際にはその流量制御が困難ではあるが仮にその流用制御が可能であるとした場合の流量制限状態におけるコアとプランジャとの間の距離は、概ね0[mm]付近の距離となる。そのため、この範囲(図中において符号Bで示す範囲)において駆動電圧を調節することによってソレノイドコイルに印加する電流の大きさを変化させると、得られるプランジャの駆動力は大きい反面、プランジャの駆動力が急激に増減してしまうことになり、精緻な流量の制御が事実上行なえないものとなってしまうことが理解される。
一方、実施例に係る流量制御弁にあっては、弁体によって流出口が閉鎖される閉鎖位置は、コアとプランジャとの間の距離が0.25[mm]付近に設定されている。そして、上述した流量制限状態(流量コントロール時)におけるコアとプランジャとの間の距離は、概ね0.3[mm]から0.4[mm]の僅かな範囲となる。そのため、この範囲において駆動電圧を調節することによってソレノイドコイルに印加する電流の大きさを変化させると、プランジャの駆動力が適切に増減することになり、またその駆動力自体も、駆動電圧とソレノイドコイルの抵抗値とが最適化されることにより、十分な大きさを有するものとなり、精緻な流量の制御が実現可能になることが理解される。
このように、図7に示すグラフにおいて現れるコア−プランジャ間距離とプランジャの駆動力との相関関係が比較的平坦である範囲(図中において符号Aで示す範囲)を使用して流量の制御を行なうことにより、精緻な流量の制御が可能になる。
なお、上述した閉鎖位置は、血圧計1の仕様に応じて適宜最適な大きさに設定されることになるが、一般的な血圧計の仕様を考慮した場合には、急激な駆動力の変化が生じないこととなるように、少なくとも0.2mm以上とされることが好ましい。また、流量コントロール時においては、当該閉鎖位置からさに所定距離だけ離れた位置から流量の制御が行なわれるように設定することが好ましい。
このように、本実施の形態における流量制御弁100Aとすることにより、駆動電圧を調節することによってソレノイドコイル121に印加する電流の大きさを変化させることでプランジャ140の駆動力が適切に増減することになり、またその駆動力自体も十分な大きさを有するものとなるため、従来困難であった精緻な流量の制御が可能になる。
図10は、本実施の形態における血圧計の減圧測定法に基づいた動作フローを示す図であり、図11ないし図13は、図10に示す動作フローに従った場合の急速加圧過程、微速減圧過程および急速減圧過程における具体的な血圧計の動作を示す図である。また、図14は、図10に示す動作フローに従った場合の圧迫用空気袋の内圧の経時的な変化を示すグラフである。次に、これら図10ないし図14を参照して、本実施の形態における血圧計1において、減圧測定法に基づいて血圧値を測定する場合の血圧計1の具体的な動作等について説明する。なお、図10に示すフローチャートに従うプログラムは、メモリ部22に予め記憶されており、制御部20がメモリ部22からこのプログラムを読み出して実行することにより、その処理が実行されるものである。
減圧測定法に基づいて血圧値を測定するに際しては、被験者は、予めカフ40を上腕に巻き付けて装着し、この状態において本体10に設けられた操作部23を操作して血圧計1の電源をオンにする。これにより、電源部24から制御部20に対して電力が供給されて制御部20が駆動する。図10に示すように、制御部20は、その駆動後において、まず血圧計1の初期化を行なう(ステップS101)。
次に、図10に示すように、制御部20は、被験者の測定開始の指示を待ち、被験者が測定開始の指示を操作部23を操作することによって与えた場合に、流量制御弁100Aを全閉させるとともに加圧ポンプ31を駆動させ、圧迫用空気袋42のカフ圧を上昇させる(ステップS102)。
具体的には、図11に示すように、制御部20は、加圧ポンプ駆動回路34に所定の制御信号を与えることで加圧ポンプ31を駆動させ、当該加圧ポンプ31から圧迫用空気袋42に向けて圧縮空気を送るとともに、流量制御弁駆動回路35に所定の制御信号を与えることで流量制御弁100Aを駆動し、これにより弁体150Aによって流出口132が全閉されるようにする。このときに流量制御弁100Aに印加される駆動電圧は、弁体150Aによって流出口132が全閉できる大きさの電圧とする。
当該ステップS102は、圧迫用空気袋42を比較的速い加圧速度で加圧する急速加圧過程に相当する。すなわち、図14に示すように、当該急速加圧過程においては、カフ圧が所定の加圧速度に従って上昇することになり(時刻0からt11参照)、これに伴って圧迫用空気袋42が膨張することで被験者の上腕が圧迫されることになる。
次に、図10に示すように、制御部20は、カフ圧が予め定めた所定圧に達したか否かを判断する(ステップS103)。制御部20は、カフ圧が所定圧に達していないと判断した場合(ステップS103においてNOの場合)に引き続き加圧ポンプ31を駆動させ、カフ圧が所定圧に達したと判断した場合(ステップS103においてYESの場合)に、加圧ポンプ31を停止させて流量制御弁100Aによる圧縮空気の排出の流量制御を開始する(ステップS104)。ここで、上記所定圧としては、図14に示すカフ圧P10(時刻t11におけるカフ圧)の如く、一般的な収縮期血圧値よりも大きい圧力とする。
具体的には、図12に示すように、制御部20は、加圧ポンプ駆動回路34に所定の制御信号を与えることで加圧ポンプ31を停止させるとともに、流量制御弁駆動回路35に所定の制御信号を与えることで流量制御弁100Aを出力を落として引き続き駆動させ、これにより弁体150Aを移動させることで流出口132が僅かに開放されるようにする。その結果、圧迫用空気袋42の内部に存する圧縮空気が流量制御弁100Aを経由して徐々に排出されることになる。このときに流量制御弁100Aに印加される駆動電圧は、弁体150Aによって流出口132が全閉できる大きさの電圧よりも小さい電圧で、かつ流出口132から流入する圧縮空気の流量を所定の流量に制限できる範囲の電圧とする。
ここで、圧縮空気の排出の流量制御は、圧力センサ33によって検出されるカフ圧の変化に基づいて行なわれる。
より詳細には、図10に示すように、制御部20は、カフ圧の加圧速度が予め定めた目標速度に合致しているか否かを圧力センサ33によって検出されたカフ圧の変化に基づいて判断する(ステップS105)。制御部20は、カフ圧の減圧速度が予め定めた目標速度に合致していないと判断した場合(ステップS105においてNOの場合)に、減圧速度が目標速度よりも大きいか否かを判断する(ステップS106)。制御部20は、減圧速度が目標速度よりも大きいと判断した場合(ステップS106においてYESの場合)に、流量制御弁100Aに対する駆動電圧を僅かに上げて弁体150Aを閉方向に移動させて減圧速度を遅め(ステップS107)、減圧速度が目標速度よりも小さいと判断した場合(ステップS106においてNOの場合)に、流量制御弁100Aに対する駆動電圧を僅かに下げて弁体150Aを開方向に移動させて減圧速度を速め(ステップS108)、その後いずれの場合にも引き続き圧縮空気の排出の流量制御を行なう(ステップS105に戻る)。
また、制御部20は、カフ圧の減圧速度が予め定めた目標速度に合致していると判断した場合(ステップS105においてYESの場合)に、血圧値測定が終了したか否かを判断し(ステップS109)、血圧値測定が終了していないと判断した場合(ステップS109においてNOの場合)に、引き続き圧縮空気の排出の流量制御を行なう(ステップS105に戻る)。なお、上記目標速度としては、好ましくは所定の等速減圧速度が採用される。
当該ステップS105ないしS109は、圧迫用空気袋42を徐々に減圧する微速減圧過程に相当する。すなわち、図14に示すように、当該微速減圧過程においては、カフ圧が予め定めた目標速度に従って徐々に下降し(時刻t11から時刻t14参照)、これに伴って圧迫用空気袋42が徐々に収縮する。
当該微速減圧過程においては、制御部20は、公知の手順で血圧値を算出する。具体的には、制御部20は、発振回路36から得られる発振周波数に基づき脈波情報を抽出し、抽出した脈波情報に基づいて収縮期血圧値および拡張期血圧値を算出する。これにより、図14に示すように、まず収縮期血圧値(SYS)が、時刻t12におけるカフ圧P11として算出され、次に拡張期血圧値(DIA)が、時刻t13におけるカフ圧P12として算出される。
図10に示すように、制御部20は、血圧値測定が終了したと判断した場合(ステップS109においてYESの場合)に、流量制御弁100Aを全開させることで圧縮空気を急速に排出させ、これによりカフ圧を降下させる(ステップS110)。
具体的には、図13に示すように、制御部20は、流量制御弁駆動回路35に所定の制御信号を与えることで流量制御弁100Aを停止させ、これにより弁体150Aを移動させることで流出口132が全開した状態となるようにする。その結果、圧迫用空気袋42の内部に存する圧縮空気が流量制御弁100Aを経由して迅速に排出されることになる。
当該ステップS110は、圧迫用空気袋42を急速減圧する急速減圧過程に相当する。すなわち、図14に示すように、当該急速減圧過程においては、カフ圧が所定の減圧速度で急速に大気圧PAにまで下降し(時刻t14から時刻t15参照)、これに伴って圧迫用空気袋42が完全に収縮し、被験者の上腕に対する圧迫が解除されることになる。
次に、図10に示すように、制御部20は、測定結果としての血圧値を表示部21に表示するとともに、当該血圧値をメモリ部22に格納する(ステップS111)。その後、制御部20は、被験者の電源オフの指令を待ってその動作を終了する。
図15は、本実施の形態における血圧計の加圧測定法に基づいた動作フローを示す図であり、図16は、図15に示す動作フローに従った場合の微速加圧過程における具体的な血圧計の動作を示す図である。また、図17は、図15に示す動作フローに従った場合の圧迫用空気袋の内圧の経時的な変化を示すグラフである。次に、これら図15ないし図17を参照して、本実施の形態における血圧計1において、加圧測定法に基づいて血圧値を測定する場合の血圧計1の具体的な動作等について説明する。なお、図15に示すフローチャートに従うプログラムは、メモリ部22に予め記憶されており、制御部20がメモリ部22からこのプログラムを読み出して実行することにより、その処理が実行されるものである。
加圧測定法に基づいて血圧値を測定するに際しては、被験者は、予めカフ40を上腕に巻き付けて装着し、この状態において本体10に設けられた操作部23を操作して血圧計1の電源をオンにする。これにより、電源部24から制御部20に対して電力が供給されて制御部20が駆動する。図15に示すように、制御部20は、その駆動後において、まず血圧計1の初期化を行なう(ステップS201)。
次に、図15に示すように、制御部20は、被験者の測定開始の指示を待ち、被験者が測定開始の指示を操作部23を操作することによって与えた場合に、流量制御弁100Aを全閉させるとともに加圧ポンプ31を駆動させ、圧迫用空気袋42のカフ圧を上昇させる(ステップS202)。なお、その際の具体的な血圧計1の動作は、上述した図11に示した動作と同じであるため、ここではその説明は繰り返さない。
当該ステップS202は、圧迫用空気袋42比較的速い加圧速度で加圧する急速加圧過程に相当する。すなわち、図17に示すように、当該急速加圧過程においては、カフ圧が所定の加圧速度に従って上昇することになり(時刻0からt21参照)、これに伴って圧迫用空気袋42が膨張することで被験者の上腕が圧迫されることになる。
次に、図15に示すように、制御部20は、カフ圧が予め定めた所定圧に達したか否かを判断する(ステップS203)。制御部20は、カフ圧が所定圧に達していないと判断した場合(ステップS203においてNOの場合)に引き続き加圧ポンプ31を駆動させ、カフ圧が所定圧に達したと判断した場合(ステップS203においてYESの場合)に、流量制御弁100Aによる圧縮空気の排出の流量制御を開始する(ステップS204)。ここで、上記所定圧としては、図17に示すカフ圧P20(時刻t21におけるカフ圧)の如く、一般的な拡張期血圧値よりも小さい圧力とする。
具体的には、図16に示すように、制御部20は、流量制御弁駆動回路35に所定の制御信号を与えることで流量制御弁100Aを出力を落として引き続き駆動させ、これにより弁体150Aを移動させることで流出口132が僅かに開放されるようにする。その結果、加圧ポンプ31から圧迫用空気袋42に送られる圧縮空気の一部が流量制御弁100Aを経由して排出されることになる。このときに流量制御弁100Aに印加される駆動電圧は、弁体150Aによって流出口132が全閉できる大きさの電圧よりも小さい電圧で、かつ流出口132から流入する圧縮空気の流量を所定の流量に制限できる範囲の電圧とする。
ここで、圧縮空気の排出の流量制御は、圧力センサ33によって検出されるカフ圧の変化に基づいて行なわれる。
より詳細には、図15に示すように、制御部20は、カフ圧の減圧速度が予め定めた目標速度に合致しているか否かを圧力センサ33によって検出されたカフ圧の変化に基づいて判断する(ステップS205)。制御部20は、カフ圧の加圧速度が予め定めた目標速度に合致していないと判断した場合(ステップS205においてNOの場合)に、加圧速度が目標速度よりも小さいか否かを判断する(ステップS206)。制御部20は、加圧速度が目標速度よりも小さいと判断した場合(ステップS206においてYESの場合)に、流量制御弁100Aに対する駆動電圧を僅かに上げて弁体150Aを閉方向に移動させて加圧速度を速め(ステップS207)、加圧速度が目標速度よりも大きいと判断した場合(ステップS206においてNOの場合)に、流量制御弁100Aに対する駆動電圧を僅かに下げて弁体150Aを開方向に移動させて加圧速度を遅め(ステップS208)、その後いずれの場合にも引き続き圧縮空気の排出の流量制御を行なう(ステップS205に戻る)。
また、制御部20は、カフ圧の加圧速度が予め定めた目標速度に合致していると判断した場合(ステップS205においてYESの場合)に、血圧値測定が終了したか否かを判断し(ステップS209)、血圧値測定が終了していないと判断した場合(ステップS209においてNOの場合)に、引き続き圧縮空気の排出の流量制御を行なう(ステップS205に戻る)。なお、上記目標速度としては、好ましくは所定の等速加圧速度が採用される。
当該ステップS205ないしS209は、圧迫用空気袋42を徐々に加圧する微速加圧過程に相当する。すなわち、図17に示すように、当該微速加圧過程においては、カフ圧が予め定めた目標速度に従って徐々に上昇し(時刻t21から時刻t24参照)、これに伴って圧迫用空気袋42が徐々に膨張する。
当該微速加圧過程においては、制御部20は、公知の手順で血圧値を算出する。具体的には、制御部20は、発振回路36から得られる発振周波数に基づき脈波情報を抽出し、抽出した脈波情報に基づいて収縮期血圧値および拡張期血圧値を算出する。これにより、図17に示すように、まず拡張期血圧値(DIA)が、時刻t22におけるカフ圧P21として算出され、次に収縮期血圧値(SYS)が、時刻t23におけるカフ圧P22として算出される。
図15に示すように、制御部20は、血圧値測定が終了したと判断した場合(ステップS209においてYESの場合)に、加圧ポンプ31を停止させて流量制御弁100Aを全開させることで圧縮空気を急速に排出させ、これによりカフ圧を降下させる(ステップS210)。なお、その際の具体的な血圧計1の動作は、上述した図13に示した動作と同じであるため、ここではその説明は繰り返さない。
当該ステップS210は、圧迫用空気袋42を急速減圧する急速減圧過程に相当する。すなわち、図17に示すように、当該急速減圧過程においては、カフ圧が所定の減圧速度で急速に大気圧PAにまで下降し(時刻t24から時刻t25参照)、これに伴って圧迫用空気袋42が完全に収縮し、被験者の上腕に対する圧迫が解除されることになる。
次に、図15に示すように、制御部20は、測定結果としての血圧値を表示部21に表示するとともに、当該血圧値をメモリ部22に格納する(ステップS211)。その後、制御部20は、被験者の電源オフの指令を待ってその動作を終了する。
以上において説明した本実施の形態における血圧計1とすることにより、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aを排出弁として備えることで圧迫用空気袋42の内圧を精緻に制御することが可能になるとともに、別途、流量制御機構を設ける必要もなくなるため、簡素な構成とすることができる。
(第1変形例)
図18は、本実施の形態に従った第1変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図18を参照して、本実施の形態に従った第1変形例に係る流量制御弁100Bについて説明する。
図18に示すように、第1変形例に係る流量制御弁100Bは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、弁体150Aのプランジャ140に対する組付構造において相違している。具体的には、第1変形例に係る流量制御弁100Bにあっては、プランジャ140に設けられた収容凹部141の内周面に係止凹部142が設けられるとともに、弁体150Aの外周面に係止凸部151が設けられており、弁体150Aが収容凹部141に圧入されることにより、係止凸部151が係止凹部142に係止されることで弁体150Aがプランジャ140に組付けられるように構成されている。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果に加え、弁体150Aのプランジャ140に対する組付けの際に接着剤を用いる必要がなくなるため、組付作業が容易化するとともに製造コストが削減できる効果を得ることができる。
(第2変形例)
図19は、本実施の形態に従った第2変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図19を参照して、本実施の形態に従った第2変形例に係る流量制御弁100Cについて説明する。
図19に示すように、第2変形例に係る流量制御弁100Cは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、コア130の軸方向端面133およびプランジャ140の軸方向端面143の形状において相違している。具体的には、第2変形例に係る流量制御弁100Bにあっては、プランジャ140の軸方向端面143が、円錐台状に窪んだ形状を有しており、コア130の軸方向端面133が、円錐台状に膨らんだ形状を有している。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果が得られるばかりではなく、通電状態において磁束が通る領域であるコア130の軸方向端面133とプランジャ140の軸方向端面143との面積が増加することになり、磁極面積が増加することとなってプランジャ140の駆動力が増加する効果が得られる。特に、上記のように構成することにより、コア―プランジャ間距離が離れた位置でプランジャの駆動力が増加することになるため、図7に示すグラフにおいて現れるコア−プランジャ間距離とプランジャの駆動力との相関関係が比較的平坦である範囲(図中において符号Aで示す範囲)がさらに平坦な状態で得られることになり、距離による駆動力の差がより小さくなり、流量の制御がより行ない易くなる効果が得られる。
(第3変形例)
図20は、本実施の形態に従った第3変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図20を参照して、本実施の形態に従った第3変形例に係る流量制御弁100Dについて説明する。
図20に示すように、第3変形例に係る流量制御弁100Dは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、弁体150Aの形状において相違している。具体的には、第3変形例に係る流量制御弁100Dにあっては、弁体150Aの流出口132を閉鎖する主面に傾きをもたせることで当該主面を流出口132の開口面と非平行な傾斜面152にて構成している。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果が得られるばかりではなく、より精緻に流量の制御を行なうことが可能になる効果が得られる。すなわち、上記構成を採用することにより、上述した流量制限状態おいて、弁体150Aが流出口132の周縁に接触することで弁体150Aが弾性変形して当該周縁に密着し、これにより流出口132が全閉された状態と、弁体150Aが流出口132の周縁に非接触となって流出口132が比較的広い面積をもってプランジャ140とコア130との間の空間に連通させられた状態と、これらの間の状態であって弁体150Aが上記周縁に接触しつつも流出口132が全閉されずに流出口132が比較的狭い面積をもって上記空間と連通させられた状態とを採り得ることになるため、より精緻な流量の制御が可能になる。
なお、精緻な流量制御を容易に行なうめの構成としては、上述した弁体150Aの主面に傾きをもたせる構成とする他にも、流出口132の開口面に傾きをもたせる構成や、弁体150Aの主面および流出口132の開口面にそれぞれ異なる傾きをもたせる等、種々の構成が考えられる。
(第4変形例)
図21は、本実施の形態に従った第4変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図21を参照して、本実施の形態に従った第4変形例に係る流量制御弁100Eについて説明する。
図21に示すように、第4変形例に係る流量制御弁100Eは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、弁体150Aの形状において相違している。具体的には、第4変形例に係る流量制御弁100Eにあっては、弁体150Aの流出口132を閉鎖する主面に微小凹凸153が設けられることで当該主面を非平坦面にて構成している。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果が得られるばかりではなく、より精緻に流量の制御を行なうことが可能になる効果が得られる。すなわち、上記構成を採用することにより、上述した流量制限状態おいて、弁体150Aが流出口132の周縁に接触することで弁体150Aが弾性変形し、これにより微小凹凸のうちの凸部が圧縮変形して弁体150Aが当該周縁に密着することで流出口132が全閉された状態と、弁体150Aが流出口132の周縁に非接触となって流出口132が比較的広い面積をもってプランジャ140とコア130との間の空間に連通させられた状態と、これらの間の状態であって当該微小凹凸のうちの凸部が上記周縁に接触しつつも流出口132が全閉されずに流出口132が比較的狭い面積をもって上記空間と連通させられた状態とを採り得ることになるため、より精緻な流量の制御が可能になる。
(第5変形例)
図22は、本実施の形態に従った第5変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図22を参照して、本実施の形態に従った第5変形例に係る流量制御弁100Fについて説明する。
図22に示すように、第5変形例に係る流量制御弁100Fは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、コア130の軸方向端面133にスペーサ170が組付けられている点において相違している。具体的には、スペーサ170は、非磁性材料からなる環状の部材からなり、たとえばポリエチレンテレフタラート樹脂やシリコーンゴム、ニトリルゴム等に代表される樹脂製またはゴム製の部材等によって構成される。スペーサ170は、流出口132を囲うようにたとえば接着剤等を用いてコア130の軸方向端面133に固定されている。
当該スペーサ170は、コア130とプランジャ140とが接触することを回避するためのものであり、弁体150Aが流出口132を閉鎖した状態におけるコア130とプランジャ140との間の距離に等しい厚みかまたはそれよりも小さい厚みを有するものにて構成される。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果に加え、コア130がプランジャ140に接触してしまうことが確実に回避できる効果が得られる。したがって、弁体150Aによって流出口132が閉鎖された状態において、プランジャ140がコア130に吸着されて接触してしまうことが確実に防止でき、より安定的にかつ確実に精緻に流量の制御を行なうことが可能になる。
なお、スペーサ170は、コア130とプランジャ140との間に配置されていればよく、プランジャ140の軸方向端面143にこれを組付けることとしてもよいし、非環状形状の部材にてこれを構成することとしてもよい。また、その組付方法も接着剤による組付けに限られるものではなく、他の方法を用いてもよい。
(第6変形例)
図23は、本実施の形態に従った第6変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図23を参照して、本実施の形態に従った第6変形例に係る流量制御弁100Gについて説明する。
図23に示すように、第6変形例に係る流量制御弁100Gは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、弁体150Aの周面に外側に向かって延設されたスペーサ部158が設けられている点において相違している。ここで、スペーサ部158は、プランジャ140の軸方向端面143上に位置するように設けられており、図示するように環状形状を有していてもよいし、非環状形状に形成されていてもよい。
当該スペーサ部158は、コア130とプランジャ140とが接触することを回避するためのものであり、弁体150Aが流出口132を閉鎖した状態におけるコア130とプランジャ140との間の距離に等しい厚みかまたはそれよりも小さい厚みを有するものにて構成される。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果に加え、コア130がプランジャ140に接触してしまうことが確実に回避できる効果が得られる。したがって、弁体150Aによって流出口132が閉鎖された状態において、プランジャ140がコア130に吸着されて接触してしまうことが確実に防止でき、より安定的にかつ確実に精緻に流量の制御を行なうことが可能になる。
(第7変形例)
図24は、本実施の形態に従った第7変形例に係る流量制御弁の要部拡大断面図である。以下、この図24を参照して、本実施の形態に従った第7変形例に係る流量制御弁100Hについて説明する。
図24に示すように、第7変形例に係る流量制御弁100Hは、上述した本実施の形態における流量制御弁100Aと比較した場合に、ボビン120、コア130およびプランジャ140の形状等において一部相違している。具体的には、第7変形例に係る流量制御弁100Hにあっては、ボビン120の軸方向端部が流量制御弁100Hの軸方向に沿ってコア130が位置する側に向けて延設されており、当該ボビン120の延設された部分の内部に位置するようにコア130およびプランジャ140にフランジ部134,144がそれぞれ設けられている。
ここで、ボビン120の延設された部分には、ソレノイドコイル121が配置されていないため、当該部分のボビン120の内部は、ソレノイドコイル121が配置された部分のボビン120の内部に比べて、径方向おいてより広いスペースを有している。そのため、当該部分の内部にフランジ部134,144をそれぞれ配置することが可能となり、コア130の軸方向端面133と、プランジャ140の軸方向端面143とが、この部分に配置されることになる。なお、付勢部材としてのスプリング160についても、これがボビン120の延設された部分の内部に配置されている。
このように構成することにより、上述した本実施の形態において説明した効果が得られるばかりではなく、通電状態において磁束が通る領域であるコア130の軸方向端面133とプランジャ140の軸方向端面143との面積が増加することになり、磁極面積が増加することとなってプランジャ140の駆動力が増加する効果が得られる。
(実施の形態2)
図25は、本発明の実施の形態2における流量制御弁の模式断面図である。また、図26ないし図28は、本実施の形態における流量制御弁の動作を示す要部拡大断面図である。ここで、図26は、流量制御弁の開放状態を示しており、図27は、流量制御弁の閉鎖状態を示しており、図28は、流量制御弁の流量制限状態を示している。以下、これら図25ないし図28を参照して、本実施の形態における流量制御弁100Iの具体的な構成およびその動作について説明する。なお、本実施の形態における流量制御弁100Bも、上述した実施の形態1における流量制御弁100Aと同様に、ノーマリーオープン型のソレノイド式流量制御弁である。
上述した本発明の実施の形態1における流量制御弁100Aは、プランジャ140に弁体150Aが組付けられた構成を有していたが、図25に示すように、本実施の形態における流量制御弁100Iにおいては、コア130に弁体150Bが設けられている。
図25に示すように、コア130は、プランジャ140が位置する側の端部に突出部135を有しており、コア130の内部に形成されたノズル部131は、当該突出部135の内部を貫通するように設けられている。これにより、流出口132は、突出部135のプランジャ140側に位置する軸方向端面133に配設されている。また、突出部135の外周面には、係止凹部136が設けられている。
一方、プランジャ140の軸方向端面143は、平坦面にて構成されており、上述した本発明の実施の形態1における流量制御弁100Aにおいて設けられていた如くの収容凹部141は設けられていない。
弁体150Bは、たとえばシリコーンゴム等からなる弾性部材にて構成されており、コア130の突出部135を覆うようにコア130に組付けられている。弁体150Bは、所定形状の弁部154と、略筒形状を有する支持部155とを含んでいる。弁部154と支持部155とは、たとえば射出成形等によって一体に形成されている。
支持部155は、弁体150Bをコア130に組付けるための部位であり、その内周面に係止凸部156を有している。弁体150Bのコア130への組付けは、当該係止凸部156が上述した係止凹部136に係止されることで行なわれる。
弁部154は、略筒形状を有する支持部155の周方向の所定部位から延びており、撓み変形することによって流出口132を閉鎖したり開放したりするものである。ここで、弁部154は、無負荷状態において流出口132を開放させるように構成されており、プランジャ140の軸方向端面143によって流量制御弁100Bの軸方向に沿って押圧されることにより、流出口132を閉鎖する。
図26に示すように、流量制御弁100Bの非作動時においては、ソレノイドコイル121に通電が行なわれていない無通電状態にあり、磁気回路は形成されない。そのため、プランジャ140は、コア130に引き寄せられることはなく、スプリング160の付勢力によって流量制御弁100Bの軸方向に沿ってコア130から所定の距離L1だけ遠ざかった位置に配置される。その際に弁体150Bの弁部154が配置される位置を第1の位置とすると、当該第1の位置は、弁部154が流出口132から所定の距離だけ離れた位置となる。
この状態においては、流出口132が弁体150Bの弁部154によって閉鎖されておらず、開放されて全開した状態にある。したがって、ノズル部131に連通する圧迫用空気袋42の内部に存する圧縮空気が当該流出口132を介してコア130とプランジャ140との間に位置する空間に排出されることになり、さらにはボビン120とプランジャ140との間の隙間を経由して流量制御弁100Bの外部へと排出される。
図27および図28に示すように、流量制御弁100Bの作動時においては、ソレノイドコイル121に通電が行なわれた通電状態にあり、フレーム110、コア130、プランジャ140およびベース111を磁束が通るように磁気回路が形成される。そのため、プランジャ140は、スプリング160の付勢力に抗して流量制御弁100Bの軸方向に沿ってコア130側に向けて引き寄せられることになる。
図27に示すように、ソレノイドコイル121に印加される電流が所定の大きさ以上である場合には、プランジャ140が軸方向に沿って最大限コア130側に向けて引き寄せられることになり、プランジャ140によって弁体150Bの弁部154がコア130に押し付けられて接触することで流出口132が弁体150Bによって完全に閉鎖されて全閉した状態となる。当該状態においては、流出口132を介して圧縮空気が流出することが完全に阻害され、圧迫用空気袋42の内圧が維持されることになる。なお、その際に弁体150Bの弁部154が配置される位置を第2の位置とする。
本実施の形態における流量制御弁100Bにあっては、弁体150Bの弁部154が流出口132を完全に閉鎖する第2の位置にある状態において、プランジャ140がコア130に非接触となるように構成されており、そのため、プランジャ140は、当該状態において流量制御弁100Bの軸方向に沿ってコア130から所定の距離L2だけ遠ざかった位置に配置される。これは、上述したようにコア130の突出部135が弁体150Bによって覆われていることが主として起因している。
一方、図28に示すように、ソレノイドコイル121に印加される電流が上述した所定の大きさ未満である場合には、プランジャ140が軸方向に沿ってある程度コア130側に向けて引き寄せられることになり、コア130とプランジャ140との間の距離Lは、上述した距離L1よりも小さくかつ上述した距離L2よりも大きい値をとることになる。そのため、弁体150Bの弁部154は、上述した第1の位置と第2の位置との間に配置されることになる。
当該状態においては、弁体150Bの弁部154が流出口132を完全には閉鎖しないものの、その間の距離が縮まってある程度閉鎖された状態となる。したがって、流出口132を介して圧縮空気が流出することになるものの、弁体150Bの弁部154によって流出口132から圧縮空気が流出することがある程度阻害されることになり、その流出流量が制限されることになる。
ここで、流出口132の開口面と弁体150Bの弁部154の流出口132側に位置する主面との間の距離は、コア130とプランジャ140との間の距離Lによって決まり、当該距離Lは、ソレノイドコイル121に印加される電流の大きさを制御することで可変に調節される。そのため、当該距離Lを調節すべく流量制御弁100Bの駆動電圧を調節することにより、流出口132から流出する圧縮空気の流量が可変に調節できることになる。
したがって、本実施の形態における流量制御弁100Bとすることにより、上述した実施の形態1における流量制御弁100Aとした場合と同様に、従来困難であった精緻な流量の制御が可能になる。そのため、当該流量制御弁100Bを排出弁として備えた血圧計とすることにより、圧迫用空気袋42の内圧を精緻に制御することが可能になるとともに、別途、流量制御機構を設ける必要もなくなるため、簡素な構成が実現可能になる。
以上において説明した本発明の実施の形態およびその変形例においては、流量制御される流体が圧縮空気である場合を例示して説明を行なったが、本発明の適用対象はこれに限られるものではなく、流量制御される流体が、圧縮空気以外の高圧の気体や圧縮環境下にある液体等であってもよい。
また、上述した本発明の実施の形態およびその変形例において示した特徴的な構成は、必要に応じて相互に組合わせることが当然に可能である。
さらに、上述した本発明の実施の形態およびその変形例においては、血圧情報測定装置として収縮期血圧値、拡張期血圧値等の血圧値を測定する上腕式血圧計を例示して説明を行なったが、本発明は、この他にも、手首式血圧計や足式血圧計、脈波や脈拍、AI(Augmentation Index)値に代表される動脈硬化度を示す指標、平均血圧値、酸素飽和度等を測定可能にする血圧情報測定装置にもその適用が当然に可能である。
このように、今回開示した上記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。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
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、30 圧迫用エア系コンポーネント、31 加圧ポンプ、33 圧力センサ、34 加圧ポンプ駆動回路、35 流量制御弁駆動回路、36 発振回路、40 カフ、41 外装カバー、42 圧迫用空気袋、50 エア管、51 接続管、100A〜100I 流量制御弁、110 フレーム、111 ベース、120 ボビン、121 ソレノイドコイル、130 コア、131 ノズル部、132 流出口、133 軸方向端面、134 フランジ部、135 突出部、136 係止凹部、140 プランジャ、141 収容凹部、142 係止凹部、143 軸方向端面、144 フランジ部、150A,150B 弁体、151 係止凸部、152 傾斜面、153 微小凹凸、154 弁部、155 支持部、156 係止凸部、158 スペーサ部、160 スプリング、170 スペーサ。

Claims (13)

  1. 流体の流量を可変に制御可能な流量制御弁であって、
    磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、
    前記ソレノイドコイルが巻回されたボビンと、
    前記ボビンに摺動可能に内挿されたプランジャと、
    流体が流出する流出口が設けられたコアと、
    前記プランジャを前記コアから遠ざける方向に付勢する付勢手段と、
    前記流出口に対向配置された弁体とを備え、
    前記弁体は、前記ソレノイドコイルが無通電状態にある非作動時において、前記流出口から離れた第1の位置に配置され、
    前記ソレノイドコイルが通電状態にある作動時において、前記付勢手段による付勢力に抗して前記プランジャが駆動されることにより、前記弁体が前記流出口に近づく方向に移動させられ、これにより前記弁体と前記流出口との間の距離が変化することで前記流出口から流出する流体の流量が調節され、
    前記弁体が前記流出口を閉塞する第2の位置にある状態において、前記プランジャが、前記コアに対して非接触である、流量制御弁。
  2. 前記弁体が流量を制御する第3の位置にある状態において、前記プランジャが、前記弁体が前記第1の位置にある状態における位置と、前記弁体が前記第2の位置にある状態における位置との間に配置されている、請求項1に記載の流量制御弁。
  3. 前記弁体が前記第2の位置にある状態において、前記プランジャと前記コアとの間の距離が、0.2mm以上離れている、請求項1または2に記載の流量制御弁。
  4. 前記弁体が、前記プランジャの前記コアに対向する主面に固定されることで前記プランジャに組付けられている、請求項1から3のいずれかに記載の流量制御弁。
  5. 前記弁体の少なくとも一部が、前記プランジャの前記コアに対向する主面よりも前記コア側に向けて突出して位置している、請求項4に記載の流量制御弁。
  6. 前記弁体の一部が前記コアに固定されることにより、前記弁体が、前記コアに組付けられている、請求項1から3のいずれかに記載の流量制御弁。
  7. 前記弁体が、弾性部材からなる、請求項1から6のいずれかに記載の流量制御弁。
  8. 前記弁体の前記流出口に対向する主面が、前記流出口に対して傾斜している、請求項1から7のいずれかに記載の流量制御弁。
  9. 前記弁体の前記流出口に対向する主面が、微小凹凸を有している、請求項1から8のいずれかに記載の流量制御弁。
  10. 前記プランジャの前記コアに対向する主面および前記コアの前記プランジャに対向する主面のうちの一方が、窪んだ形状を有しており、
    前記プランジャの前記コアに対向する主面および前記コアの前記プランジャに対向する主面のうちの他方が、膨らんだ形状を有している、請求項1から9のいずれかに記載の流量制御弁。
  11. 請求項1から10のいずれかに記載の流量制御弁を、生体を圧迫するための圧迫用流体袋の内圧を減圧させるための排出弁として備えた、血圧情報測定装置。
  12. 測定時において、前記圧迫用流体袋の内圧が微速減圧されるように前記排出弁としての前記流量制御弁の駆動が制御され、これにより少なくとも収縮期血圧値および拡張期血圧値が減圧測定法に基づいて算出され、
    測定完了後において、前記圧迫用流体袋の内圧が急速減圧されるように前記排出弁としての前記流量制御弁の駆動が制御される、請求項11に記載の血圧情報測定装置。
  13. 測定時において、前記圧迫用流体袋の内圧が微速加圧されるように前記排出弁としての前記流量制御弁の駆動が制御され、これにより少なくとも収縮期血圧値および拡張期血圧値が加圧測定法に基づいて算出され、
    測定完了後において、前記圧迫用流体袋の内圧が急速減圧されるように前記排出弁としての前記流量制御弁の駆動が制御される、請求項11に記載の血圧情報測定装置。
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