JP6288395B1 - バルブ、流体制御装置および血圧計 - Google Patents

バルブ、流体制御装置および血圧計 Download PDF

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Abstract

流体制御装置（１００）は圧電ポンプ（１０）とバルブ（１０１）とカフ（１０９）とを備える。バルブ（１０１）は第１弁筐体（１９１）とダイヤフラム（１２０）と第２弁筐体（１９２）とを備える。第２弁筐体（１９２）はカフ（１０９）の内部空間に通じる第２通気孔（１１２）と流体制御装置（１００）外部に通じる第３通気孔（１１３）と第３通気孔（１１３）の周囲に形成された第１弁座（１３９）とを有する。第２弁筐体（１９２）は、第２通気孔（１１２）と第３通気孔（１１３）とを結ぶ第１流路（１４１）をダイヤフラム（１２０）とともに形成する。第２弁筐体（１９２）は、ダイヤフラム（１２０）に向けて突出し第１流路（１４１）の一部を形成する突出部（１４０）を有する。突出部（１４０）とダイヤフラム（１２０）との最短距離は第３通気孔（１１３）の直径（２ｒ）より短い。

Description

この発明は、流体の逆流を防ぐバルブ、このバルブを備える流体制御装置、及びこの流体制御装置を備える血圧計に関する。
特許文献１は、バルブを備える流体制御装置を開示している。
図１４は、特許文献１に係る流体制御装置９００の要部の断面図である。流体制御装置９００は、圧電ポンプ１０とバルブ９０１とカフ１０９とを備える。流体制御装置９００は、血圧計に使用される。圧電ポンプ１０の詳細は、後述する。バルブ９０１は、第１弁筐体９９１とダイヤフラム９２０と第２弁筐体９９２とを備えている。
第１弁筐体９９１は、圧電ポンプ１０の吐出孔５６に通じる第１通気孔９１０と、圧電ポンプ１０の吐出孔５５に通じる第１通気孔９１１と、ダイヤフラム９２０側へ突出した弁座９３８と、を有する。第２弁筐体９９２は、カフ１０９に通じる第２通気孔９１２と、大気開放されている第３通気孔９１３と、第３通気孔９１３の周囲に形成された弁座９３９と、を有する。
ダイヤフラム９２０は、弁座９３８に対向する領域の中心部に開口部９２１を有する。ダイヤフラム９２０は、第１通気孔９１０及び第１通気孔９１１に通じる第１バルブ室９３１と、第２通気孔９１２に通じる第２バルブ室９３３とを、第２弁筐体９９２及び第１弁筐体９９１とともに構成する。
次に、血圧測定時における流体制御装置９００の動作について説明する。
図１５は、図１４に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置９００の空気の流れを示す説明図である。図１６は、図１４に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置９００の空気の流れを示す説明図である。
流体制御装置９００が血圧の測定を開始すると、圧電ポンプ１０が空気を吐出孔５５及び吐出孔５６からバルブ９０１の第１バルブ室９３１に吐出する。これにより、第１バルブ室９３１の圧力が第２バルブ室９３３の圧力より高くなる。そのため、図１５に示すように、ダイヤフラム９２０が第３通気孔９１３を塞ぐ。また、ダイヤフラム９２０における開口部９２１の周囲が弁座９３８から離間する。この結果、空気が圧電ポンプ１０からバルブ９０１の第１通気孔９１１と、開口部９２１と、第２通気孔９１２と、を経由してカフ１０９へ送出され、カフ１０９内の圧力が高まる。
次に、流体制御装置９００が血圧の測定を終了すると、流体制御装置９００は、圧電ポンプ１０の駆動を停止する。これにより、ポンプ室４５と第１バルブ室９３１の空気は、圧電ポンプ１０の吸引孔５２および開口部９２１から大気へ速やかに排出される。そのため、第１バルブ室９３１の圧力が第２バルブ室９３３の圧力より低下する。そのため、図１６に示すようにダイヤフラム９２０は、弁座９３８に接触して開口部９２１を塞ぐ。また、ダイヤフラム９２０は、弁座９３９から離間して第３通気孔９１３を開放する。この結果、カフ１０９の空気が第２通気孔９１２、連絡路１３５及び第２バルブ室９３３を経由して第３通気孔９１３から急速に排出される。
以上より、バルブ９０１は、カフ１０９に圧縮空気を充填した後、カフ１０９から空気を急速に排出することができる。これにより、カフ１０９は、急速に萎むため、次回の血圧の測定をすぐに開始できる状態となる。
国際公開第２０１３／１５７３０４号パンフレット
しかしながら、流体制御装置９００が圧縮空気をカフ１０９に充填し、圧縮空気をカフ１０９から排出する間に、図１６に示すようにカフ１０９の内部に異物Ｆが含まれる可能性がある。異物Ｆは例えば、カフ１０９の内表面から剥がれたカフ１０９の繊維である。
そして、流体制御装置９００が圧縮空気をカフ１０９から排出する時、異物Ｆが第２通気孔９１２から第２バルブ室９３３に流れる。この時、異物Ｆが第３通気孔９１３から流体制御装置９００の外部へ排出されれば良いが、次のような可能性がある。
すなわち、図１７に示すように異物Ｆが開口部９２１を塞いだりダイヤフラム９２０と弁座９３９との間に挟まったりした場合、流体制御装置９００が圧縮空気をカフ１０９に充填できなくなる。また、異物Ｆがダイヤフラム９２０と第２弁筐体９９２との間に挟まった場合、カフ１０９に充填する空気の流量が低下する。一方、図１８に示すように異物Ｆが第３通気孔９１３を塞いだ場合、流体制御装置９００が圧縮空気をカフ１０９から排出できなくなる。
したがって、バルブ９０１を含む従来のバルブには、異物によって動作不良を起こすという問題がある。
本発明の目的は、異物によって動作不良を起こすことを防止できるバルブ、流体制御装置、及び血圧計を提供することにある。
本発明のバルブは、弁筐体と弁体とを備える。弁筐体は、第１通気孔と、第２通気孔と、第３通気孔と、第３通気孔の周囲から突出する第１弁座と、を有する。弁体は、第２通気孔と第３通気孔とを結ぶ第１流路を弁筐体とともに形成する。弁体は、第１弁座に対して接触又は離間する。
弁筐体は、弁体に向けて突出する突出部を有する。突出部は、第１流路の一部を形成する。第１流路は、突出部と弁体とにより形成される狭小部を有する。狭小部における突出部と弁体との最短距離は、第３通気孔の最小幅より短い。
この構成では例えば、第１通気孔はポンプの吐出孔に接続され、第２通気孔は容器に接続され、第３通気孔は大気開放される。
この構成において、ポンプが駆動を開始すると、気体がポンプの吐出孔から第１通気孔を介して弁筐体の内部へ流入する。このとき、弁体が第１弁座に接触し第３通気孔を閉塞すると、弁筐体の内部へ流入した気体は、第２通気孔から容器内に流出する。この結果、圧縮気体が容器内に充填される。
次に、ポンプが駆動を停止し、弁体が第１弁座から離間し第３通気孔を開放すると、容器内に充填された圧縮気体は、第２通気孔から弁筐体の内部の第１流路に流入する。そして、第１流路に流入した気体は、第３通気孔から弁筐体の外部へ排出される。
この構成では、圧縮気体が容器から排出される時、第２通気孔から第１流路に流れた異物が第３通気孔の直径より大きい場合、狭小部を通過できない。
したがって、本発明のバルブは、容器の内部に異物が含まれたとしても、異物によって動作不良を起こすことを防止できる。
また、本発明の流体制御装置は、吐出孔を有するポンプと、バルブと、気体を貯蔵する容器と、を備えている。バルブの第１通気孔は、ポンプの吐出孔に接続され、バルブの第２通気孔は、容器に接続される。
本発明の流体制御装置は、本発明のバルブを備えるため、本発明の流体制御装置も本発明のバルブと同様の効果を奏する。
また、本発明の血圧計は、本発明の流体制御装置を備える。
本発明の血圧計は、本発明の流体制御装置を備えるため、本発明の血圧計も本発明の流体制御装置と同様の効果を奏する。
本発明は、異物によって動作不良を起こすことを防止できる。
本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００の要部の断面図である。 図１に示す圧電ポンプ１０の分解斜視図である。 図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。 図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。 図１に示す第２弁筐体１９２の底面図である。 図１に示す圧電ポンプ１０が駆動を開始した直後における、流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。 図１に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。 図１に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２００の要部の断面図である。 図９に示す第２弁筐体２９２の底面図である。 図９に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置２００の空気の流れを示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３００の要部の断面図である。 図１２に示す第２弁筐体３９２の底面図である。 特許文献１に係る流体制御装置９００の要部の断面図である。 図１４に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置９００の空気の流れを示す説明図である。 図１４に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置９００の空気の流れを示す説明図である。 図１４に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置９００の空気の流れを示す説明図である。 図１４に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置９００の空気の流れを示す説明図である。
以下、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体制御装置１００の要部の断面図である。流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０とバルブ１０１とカフ１０９とを備える。流体制御装置１００は、被検者の血圧を測定する血圧計に使用される。圧電ポンプ１０の上面がバルブ１０１の底面に接合されることにより、バルブ１０１が圧電ポンプ１０に接続されている。
バルブ１０１は、ノズル１０６Ａを備える。カフ１０９の腕帯ゴム管１０９Ａがバルブ１０１のノズル１０６Ａに装着される。カフ１０９は、空気を貯蔵できる可撓性の容器である。
なお、カフ１０９が本発明の「容器」の一例に相当する。
ここで、圧電ポンプ１０とバルブ１０１との構造について詳述する。まず、図１、図２を用いて圧電ポンプ１０の構造について詳述する。
図２は、図１に示す圧電ポンプ１０の分解斜視図である。圧電ポンプ１０は、基板９１、可撓板５１、スペーサ５３Ａ、補強板４３、振動板ユニット６０、圧電素子４２、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、スペーサ５３Ｃ及び蓋板５４を備え、これらが順に積層された構造を有する。基板９１、可撓板５１、スペーサ５３Ａ、振動板ユニット６０の一部、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、スペーサ５３Ｃ及び蓋板５４は、ポンプ筐体８０を構成している。そして、ポンプ筐体８０の内部空間がポンプ室４５に相当する。
振動板ユニット６０は、振動板４１、枠板６１、連結部６２及び外部端子６３によって構成される。振動板４１の周囲には枠板６１が設けられている。枠板６１には電気的に接続するための外部端子６３が設けられている。振動板４１は枠板６１に対して連結部６２で連結されている。連結部６２は、小さなバネ定数の弾性を持つ。したがって振動板４１は、二つの連結部６２で枠板６１に対して２点で柔軟に弾性支持されている。
なお、図２に示した例では、連結部６２が２箇所に設けられているが、３箇所以上に設けられていてもよい。
振動板４１の上面には圧電素子４２が設けられている。振動板４１の下面には補強板４３が設けられている。振動板４１と圧電素子４２と補強板４３とによって圧電アクチュエータ４０が構成される。圧電素子４２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。振動板４１は、例えばステンレススチールなどからなる。補強板４３は、例えばステンレススチールなどからなる。
枠板６１の上面には、スペーサ５３Ｂが設けられている。スペーサ５３Ｂは例えば樹脂からなる。枠板６１は、電極導通用板７０と振動板ユニット６０とを電気的に絶縁する。スペーサ５３Ｂの上面には、電極導通用板７０が設けられている。電極導通用板７０は金属からなる。電極導通用板７０は、枠部位７１と、枠部位７１から内側に突出する内部端子７３と、枠部位７１から外側に突出する外部端子７２とからなる。内部端子７３の先端は圧電素子４２の表面にはんだで接合される。電極導通用板７０の上面には、スペーサ５３Ｃが設けられている。スペーサ５３Ｃは例えば樹脂からなる。スペーサ５３Ｃの上面には、蓋板５４が設けられている。蓋板５４には吐出孔５５及び吐出孔５６が設けられている。
一方、振動板ユニット６０の下面には、スペーサ５３Ａが設けられている。スペーサ５３Ａの下面には、可撓板５１が設けられている。可撓板５１の中心には吸引孔５２が設けられている。可撓板５１の下面には、基板９１が設けられている。基板９１の中央部には空洞部９２が形成されている。可撓板５１は、基板９１に固定された固定部５７と、固定部５７より内側に位置し、空洞部９２に面する可動部５８と、を有する。可動部５８は、圧電アクチュエータ４０の振動に伴って、圧電アクチュエータ４０と実質的に同一周波数で振動する。
従って、外部端子６３及び外部端子７２に交流の駆動電圧が印加されると、圧電アクチュエータ４０が同心円状に屈曲振動する。さらに、圧電アクチュエータ４０の振動に伴って可撓板５１の可動部５８も振動する。これにより、圧電ポンプ１０は、空洞部９２及び吸引孔５２を介して空気をポンプ室４５へ吸引する。そして、圧電ポンプ１０は、ポンプ室４５の空気を吐出孔５５及び吐出孔５６から吐出する。このとき、圧電ポンプ１０では、圧電アクチュエータ４０の周辺部が実質的に固定されていない。そのため、圧電アクチュエータ４０の振動に伴う損失が少なく、圧電ポンプ１０は、小型・低背でありながら高い吐出圧力と大きな吐出流量を実現できる。
次に、図１、図３、図４を用いてバルブ１０１の構造について詳述する。
図３、図４は、図１に示すバルブ１０１の分解斜視図である。図３は、バルブ１０１を、カフ１０９と接続する上面側から見た分解斜視図であり、図４は、バルブ１０１を、圧電ポンプ１０と接合する底面側から見た分解斜視図である。
なお、図１、図３、図４は、Ｚ軸方向、Ｙ軸方向、およびＸ軸方向を示している。Ｚ軸方向は、バルブ１０１を構成する各部材の積層方向を示している。Ｘ軸方向は、逆止弁１６０、連絡路１３５、及び排気弁１７０の設置方向を示している。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に対して垂直な方向を示している。
バルブ１０１は、図１、図３、図４に示すように、第１弁筐体１９１と、第２接着部材１５２と、ダイヤフラム１２０と、第１接着部材１５１と、第２弁筐体１９２とを備え、それらが順に積層された構造を有している。
第２弁筐体１９２は、図１、図３、図４に示すように、カフ１０９の内部空間に通じる第２通気孔１１２と、流体制御装置１００外部に通じる第３通気孔１１３と、第３通気孔１１３の周囲に形成された第１弁座１３９と、６つの凹部１８２と、を有する。第２弁筐体１９２は、例えば樹脂からなる。第１弁座１３９は中央部に第３通気孔１１３を有する円筒形状である。
また、第２弁筐体１９２は、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とを結ぶ第１流路１４１をダイヤフラム１２０とともに形成する。第２弁筐体１９２は、突出部１４０を有する。突出部１４０は、ダイヤフラム１２０に向けて突出し、第１流路１４１の一部に狭小部１４５を形成する。
狭小部１４５における突出部１４０とダイヤフラム１２０との最短距離ｚは図１に示すように、第３通気孔１１３の開口面の最小幅より短い。第３通気孔１１３は円柱形であるため、第３通気孔１１３の最小幅とは第３通気孔１１３の開口面の直径２ｒである。
また、突出部１４０は、物質を吸着する壁面１４４を有する。壁面１４４は例えば両面テープや粘着剤で構成されている。壁面１４４は、ダイヤフラム１２０に対向しない突出部１４０の側面である。
第１弁筐体１９１の底面には、図１に示すように、圧電ポンプ１０の上面が接着されている。第１弁筐体１９１は、図１、図３、図４に示すように、圧電ポンプ１０の吐出孔５６に通じる第１通気孔１１０と、圧電ポンプ１０の吐出孔５５に通じる第１通気孔１１１と、ダイヤフラム１２０側へ突出した第２弁座１３８と、６つの凹部１８２に対向する６つの第１突起１８０と、を有する。さらに、第１弁筐体１９１は、Ｚ軸方向から平面視して６つの第１突起１８０より周縁側に６つの第２突起１８１を有する。第１弁筐体１９１は、例えば樹脂からなる。第２弁座１３８は、円柱形状である。
ダイヤフラム１２０は、長方形状の薄膜からなる。ダイヤフラム１２０は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、又はシリコーンなどのゴムからなる。ダイヤフラム１２０には、図１、図３、図４に示すように、第２弁座１３８に対向する領域の中心部に円形の開口部１２１が設けられている。開口部１２１の直径は、ダイヤフラム１２０に接触する第２弁座１３８の面の直径よりも小さく設けられている。
ダイヤフラム１２０は、６つの第１突起１８０が６つの凹部１８２に嵌め合わさることによって、第２接着部材１５２および第１接着部材１５１を介して第２弁筐体１９２および第１弁筐体１９１に挟持されている。これにより、ダイヤフラム１２０は、第１弁座１３９と離間し、ダイヤフラム１２０における開口部１２１の周囲が第２弁座１３８を与圧して接触するよう、第２弁筐体１９２および第１弁筐体１９１に固定されている。
ダイヤフラム１２０は、第１通気孔１１１に通じる円環状の第１バルブ室１３１と、連絡路１３５を介して第２通気孔１１２に通じる円柱状の第２バルブ室１３３とを、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１とともに構成する。また、ダイヤフラム１２０は、第１通気孔１１０に通じる円柱状の第１バルブ室１３２と、連絡路１３５を介して第２バルブ室１３３に通じる円環状の第２バルブ室１３４とを、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１とともに構成する。
また、ダイヤフラム１２０は、逆止弁１６０を、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１とともに構成する。また、ダイヤフラム１２０は、排気弁１７０を、第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１とともに構成する。
第２接着部材１５２には、第２バルブ室１３３、連絡路１３５及び第２バルブ室１３４に面する領域に第２貫通孔１５６Ａ〜１５６Ｃが設けられている。第２貫通孔１５６Ａは、例えば第２バルブ室１３３と中心軸を略同じとする円形状である。第２貫通孔１５６Ｂは、例えば第２バルブ室１３４と中心軸を略同じとする円形状である。第２接着部材１５２は、例えば両面テープからなる。
次に、第１接着部材１５１には、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２に面する領域に第１貫通孔１５５Ａ〜１５５Ｃが設けられている。第１貫通孔１５５Ａは、例えば第１バルブ室１３１と中心軸を略同じとする円形状である。第１貫通孔１５５Ｂは、例えば第１バルブ室１３２と中心軸を略同じとする円形状である。第１接着部材１５１は、例えば両面テープからなる。
第１貫通孔１５５Ａの直径は、第１バルブ室１３１の直径よりも小さい。同様に、第１貫通孔１５５Ｂの直径は、第１バルブ室１３２の直径よりも小さい。そのため、バルブ１０１では、第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４内に第２接着部材１５２の一部が位置する。同様に、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２内に第１接着部材１５１の一部が位置する。
次に、逆止弁１６０は、第１通気孔１１１を備える第１弁筐体１９１の一部と、第２通気孔１１２を備える第２弁筐体１９２の一部と、ダイヤフラム１２０における開口部１２１の周囲と、第１弁筐体１９１からダイヤフラム１２０側へ突出する第２弁座１３８と、によって構成されている。逆止弁１６０は、第１バルブ室１３１側から第２バルブ室１３３側への流体の流れを許可し、第２バルブ室１３３側から第１バルブ室１３１側への流体の流れを遮断する。
逆止弁１６０では、ダイヤフラム１２０における開口部１２１の周囲が第２弁座１３８に接触することによる与圧Ｐ３と第１バルブ室１３１の圧力Ｐ１と第２バルブ室１３３の圧力Ｐ２との大小関係によって、ダイヤフラム１２０における開口部１２１の周囲が第２弁座１３８に対して接触または離間する。
次に、排気弁１７０は、第１通気孔１１０を備える第１弁筐体１９１の一部と、第２通気孔１１２及び第３通気孔１１３を備える第２弁筐体１９２の一部と、ダイヤフラム１２０の一部と、第３通気孔１１３の周囲に形成された第１弁座１３９と、によって構成されている。
排気弁１７０では、第１バルブ室１３２の圧力Ｐ１と第２バルブ室１３４の圧力Ｐ２との大小関係によってダイヤフラム１２０の対向部１２２が第１弁座１３９に対して接触または離間する。ダイヤフラム１２０の対向部１２２は、ダイヤフラム１２０のうち第１弁座１３９に対向する部分である。
なお、ダイヤフラム１２０は本発明の「弁体」の一例に相当する。第１弁筐体１９１及び第２弁筐体１９２は本発明の「弁筐体」の一例に相当する。第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２は本発明の「第１バルブ室」の一例に相当する。第２バルブ室１３３、連絡路１３５、及び第２バルブ室１３４は本発明の「第２バルブ室」の一例に相当する。
ここで、図１に示すように、ダイヤフラム１２０のヤング率をＥとし、ダイヤフラム１２０のポアソン比をｖとし、ダイヤフラム１２０において第１バルブ室１３２の圧力を受ける部分の半径をａとし、ダイヤフラム１２０の厚みをｔとし、ダイヤフラム１２０の中心軸Ｃから第３通気孔１１３の外周のうち最も遠い外周点までの距離をｒとし、圧力差Ｐがかかった時のダイヤフラム１２０における前記外周点軸上の地点Ｓの膨らみ量をｗとしたとき、ｗ＝３／１６×（（１−ｖ２）／（Ｅ×ｔ３））×Ｐ×（ｒ２−ａ２）２の関係を満たす（参考文献：井上達雄著、『弾性力学の基礎』、日刊工業新聞社、１９７９年３月発行）。
このとき、バルブ１０１は、与圧をＰ３とし、ダイヤフラム１２０における前記外周点軸上の地点Ｓから第１弁座１３９までの距離をｙとしたとき、ｙ＜３／１６×（（１−ｖ２）／（Ｅ×ｔ３））×Ｐ３×（ｒ２−ａ２）２の関係を満たす。
なお、ダイヤフラム１２０における地点Ｓが第１弁座１３９に接触することで、第３通気孔１１３は、ダイヤフラム１２０によって完全に閉塞される。
ここで、バルブ１０１では、図１に示すように、第２弁座１３８がダイヤフラム１２０を押し込む長さＡが、ダイヤフラム１２０における前記外周点軸上の地点Ｓから第１弁座１３９までの長さｙより短い。これにより、バルブ１０１は、ｙ＜３／１６×（（１−ｖ２）／（Ｅ×ｔ３））×Ｐ３×（ｒ２−ａ２）２の関係を満たしている。
そのため、バルブ１０１は、血圧測定時において、図６〜図８に示す空気の流れを実現することができる。
図６は、図１に示す圧電ポンプ１０が駆動を開始した直後における、流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。図７は、図１に示す圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。図８は、図１に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置１００の空気の流れを示す説明図である。図６、図７、図８中における矢印は、空気の流れを示している。
まず、圧電ポンプ１０が駆動を開始した直後における、流体制御装置１００の空気の流れについて、図６を用いて説明する。
流体制御装置１００は、血圧の測定を開始するとき、圧電ポンプ１０を駆動する。圧電ポンプ１０が駆動すると、まず空気が空洞部９２及び吸引孔５２から圧電ポンプ１０内のポンプ室４５に流入する。次に、空気が吐出孔５５及び吐出孔５６から吐出され、バルブ１０１の第１バルブ室１３２及び第１バルブ室１３１の両方に流入する。
これにより、排気弁１７０では、第１バルブ室１３２の圧力Ｐ１が第２バルブ室１３４の圧力Ｐ２より高く与圧Ｐ３未満になったとき、図６に示すように、ダイヤフラム１２０が第１弁座１３９に接触する。これにより、排気弁１７０では、ダイヤフラム１２０が第３通気孔１１３を塞ぎ、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とが通じなくなる。すなわち、排気弁１７０が閉じる。
次に、圧電ポンプ１０が駆動している間における流体制御装置１００の空気の流れについて、図７を用いて説明する。
排気弁１７０が閉じた後、第１バルブ室１３２の圧力Ｐ１が与圧Ｐ３以上になったとき、逆止弁１６０では、図７に示すように、ダイヤフラム１２０における開口部１２１の周囲が第２弁座１３８から離間する。これにより、第１通気孔１１１と第２通気孔１１２とが開口部１２１を介して通じる。すなわち、逆止弁１６０が開く。
この結果、空気が圧電ポンプ１０からバルブ１０１の第１通気孔１１１と、開口部１２１と、第２通気孔１１２と、を経由してカフ１０９へ送出され（図７参照）、カフ１０９内の圧力（空気圧）が高まる。
なお、ダイヤフラム１２０は、ダイヤフラム１２０の開口部１２１の周囲が第２弁座１３８に接触するよう第２弁筐体１９２及び第１弁筐体１９１に固定されている。そして、第２弁座１３８は、ダイヤフラム１２０における開口部１２１の周囲を与圧している。
これにより、バルブ１０１の第１通気孔１１１を経由して開口部１２１から流出する空気は、圧電ポンプ１０の吐出圧力より若干低い圧力となって、開口部１２１から第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４に流入する。一方、第１バルブ室１３２には圧電ポンプ１０の吐出圧力が加わる。
この結果、バルブ１０１では、第１バルブ室１３２の圧力Ｐ１が第２バルブ室１３４の圧力Ｐ２より若干勝り、ダイヤフラム１２０が第３通気孔１１３を塞いで開口部１２１を開放した状態が維持される。
次に、圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置１００の空気の流れについて、図８を用いて説明する。
血圧の測定が終了すると、流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０の駆動を停止する。ここで、圧電ポンプ１０の駆動が停止すると、ポンプ室４５と第１バルブ室１３１と第１バルブ室１３２の空気は、圧電ポンプ１０の吸引孔５２および空洞部９２から流体制御装置１００の外部へ速やかに排出される。また、第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４には、カフ１０９の圧力が第２通気孔１１２から加わる。
この結果、逆止弁１６０では、第１バルブ室１３２の圧力Ｐ１が第２バルブ室１３４の圧力Ｐ２より低下する。これにより、ダイヤフラム１２０は、第２弁座１３８に接触して開口部１２１を塞ぐ。
また、排気弁１７０では、第１バルブ室１３２の圧力Ｐ１が第２バルブ室１３４の圧力Ｐ２より低下する。これにより、ダイヤフラム１２０は、第１弁座１３９から離間して第３通気孔１１３を開放する。
即ち、バルブ１０１では、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とが連絡路１３５及び第２バルブ室１３４を介して通じる。これにより、カフ１０９の空気が第２通気孔１１２、連絡路１３５及び第２バルブ室１３４を経由して第３通気孔１１３から急速に排出される（図８参照）。これにより、カフ１０９が急速に萎むため、次回の血圧の測定をすぐに開始できる状態となる。
このとき、バルブ１０１では、ダイヤフラム１２０は、第１弁座１３９から離間するよう第２弁筐体１９２および第１弁筐体１９１に固定されているため、第３通気孔１１３を閉塞しない。すなわち、バルブ１０１は、第２通気孔１１２および第３通気孔１１３が通じた状態を維持する。そのため、バルブ１０１では、カフ１０９内の圧力が大気圧になるまでカフ１０９内の空気が排出される。
ここで、流体制御装置１００が圧縮空気をカフ１０９に充填し、圧縮空気をカフ１０９から排出する間に、図８に示すようにカフ１０９の内部に異物Ｆが含まれる可能性がある。異物Ｆは例えば、カフ１０９の内表面から剥がれたカフ１０９の繊維である。流体制御装置１００が圧縮空気をカフ１０９に充填し、圧縮空気をカフ１０９から排出することを繰り返すと、カフ１０９の内表面から繊維が剥がれ易くなる。
圧縮空気がカフ１０９から排出される時、異物Ｆが第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れる。この時、異物Ｆが第３通気孔１１３から流体制御装置１００の外部へ排出されれば良いが、例えば開口部１２１又は第３通気孔１１３を塞ぐ可能性もある。
そこで、バルブ１０１では第２弁筐体１９２が突出部１４０を有する。第２弁筐体１９２は、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とを結ぶ第１流路１４１をダイヤフラム１２０とともに形成する。突出部１４０はダイヤフラム１２０とともに、狭小部１４５を第１流路１４１の一部に形成する。狭小部１４５における突出部１４０とダイヤフラム１２０との最短距離ｚは、第３通気孔１１３の開口面の直径２ｒより短い。そのため、圧縮空気がカフ１０９から排出される時、第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた異物Ｆが第３通気孔１１３の開口面の直径２ｒより大きい場合、突出部１４０とダイヤフラム１２０との間を通過できない。この異物Ｆは、突出部１４０の壁面１４４に付着する。壁面１４４は、物質を吸着するため、この異物Ｆは、突出部１４０の壁面１４４に捕捉される。
また、開口部１２１の開口面の直径２Ｒ１は、第２通気孔１１２の開口面の直径２Ｒ２より長い。この構成は、圧縮空気がカフ１０９から排出される時、第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた異物Ｆが開口部１２１を塞ぐことを防止することができる。
したがって、バルブ１０１は、カフ１０９の内部に異物Ｆが含まれたとしても、異物Ｆによって動作不良を起こすことを防止できる。特に排気弁１７０においてバルブ１０１は、異物Ｆが第３通気孔１１３や開口部１２１を塞ぐことを防止することができる。
なお、圧縮空気がカフ１０９から排出される時、第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた異物Ｆが第３通気孔１１３の直径２ｒより小さい場合、突出部１４０とダイヤフラム１２０との間を通過しても、異物Ｆは第３通気孔１１３から第２弁筐体１９２の外部へ排出される。
また、バルブ１０１では前述したように、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２内に第１接着部材１５１の一部が位置し、第２バルブ室１３３及び第２バルブ室１３４内に第２接着部材１５２の一部が位置する。
そのため、第２接着部材１５２及び第１接着部材１５１は、第２弁筐体１９２、第１弁筐体１９１及びダイヤフラム１２０の接着と、各バルブ室１３１、１３２、１３３、１３４内に存在する異物Ｆの捕捉とを行うことができる。
また、この実施形態のバルブ１０１を備える流体制御装置１００及び血圧計も同様の効果を奏する。
以下、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２００について説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係る流体制御装置２００の要部の断面図である。図１０は、図９に示す第２弁筐体２９２の底面図である。
流体制御装置２００が流体制御装置１００と相違する点は、第２弁筐体２９２である。流体制御装置２００の第２弁筐体２９２が流体制御装置１００の第２弁筐体１９２と相違する点は、突出部２４０及び中間部２４５を有する点である。突出部２４０の形状は突出部１４０の形状と相違する。第２弁筐体２９２は、第２通気孔１１２と突出部２４０との間に中間部２４５を有する。中間部２４５とダイヤフラム１２０との最短距離ｗは、突出部２４０とダイヤフラム１２０との最短距離ｚより長い。突出部２４０とダイヤフラム１２０との最短距離ｚは、第３通気孔１１３の直径２ｒより短い。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。
図１１は、図９に示す圧電ポンプ１０が駆動を停止した直後における、流体制御装置２００の空気の流れを示す説明図である。図１１中における矢印は、空気の流れを示している。
流体制御装置１００では図８に示すように、圧縮空気がカフ１０９から排出される時、第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた圧縮空気が第２バルブ室１３３に流れるおそれがある。即ち第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた異物Ｆが第２バルブ室１３３に流れ、ダイヤフラム１２０と第２弁筐体２９２との間に挟まったり、開口部１２１を塞いだりする可能性が考えられる。
そこで、図１１に示すように、流体制御装置２００では第２弁筐体２９２が中間部２４５を有している。そのため、圧縮空気がカフ１０９から排出される時、流路抵抗が減少することにより第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた空気が第２バルブ室１３４方向に流れ易くなる。即ち、第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた異物Ｆは、第２バルブ室１３４に誘導される。第２バルブ室１３４に流れた異物Ｆは、突出部２４０の壁面１４４に付着する。
したがって、バルブ２０１はさらに、異物Ｆによって動作不良を起こすことをバルブ１０１より防止できる。特に逆止弁１６０においてバルブ１０１は、異物Ｆがダイヤフラム１２０と第２弁筐体２９２との間に挟まったり、開口部１２１を塞いだりすることを防止することができる。また、バルブ２０１を備える流体制御装置２００及び血圧計も同様の効果を奏する。
また、中間部２４５を備えることにより突出部２４０の壁面１４４に付着した異物Ｆが第２通気孔１１２の開口面と対向することを回避できる。この構成により、付着した異物Ｆが複数であった場合であっても、それら複数の異物Ｆが第２通気孔１１２を塞ぐことを防止できる。
以下、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３００について説明する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る流体制御装置３００の要部の断面図である。図１３は、図１２に示す第２弁筐体３９２の底面図である。
流体制御装置３００が流体制御装置２００と相違する点は、第２弁筐体３９２である。流体制御装置３００の第２弁筐体３９２が流体制御装置２００の第２弁筐体２９２と相違する点は、第２弁筐体３９２が第１流路３４１及び第２流路３４２をダイヤフラム１２０とともに形成する点である。第２弁筐体３９２は、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３との間に位置する障壁３４９と、突出部３４０と、中間部３４５と、を有する。突出部３４０の形状は突出部２４０の形状と相違する。第２弁筐体３９２は、第２通気孔１１２と突出部３４０との間に中間部３４５を有する。中間部３４５とダイヤフラム１２０との最短距離は、突出部３４０とダイヤフラム１２０との最短距離より長い。突出部３４０とダイヤフラム１２０との最短距離は、第３通気孔１１３の開口面の直径２ｒより短い。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。
第１流路３４１は図１３に示すように、障壁３４９を迂回することによって第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とを結ぶ。そのため、第１流路３４１の長さは、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とを結ぶ最短距離より長い。即ち、第１流路３４１の長さは、図５及び図１０に示す第１流路１４１の長さより長い。
同様に、第２流路３４２は図１３に示すように、障壁３４９を迂回することによって第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とを結ぶ。そのため、第２流路３４２の長さは、第２通気孔１１２と第３通気孔１１３とを結ぶ最短距離より長い。即ち、第２流路３４２の長さは、図５及び図１０に示す第１流路１４１の長さより長い。
以上よりバルブ３０１は、第１流路３４１又は第２流路３４２のいずれか１つの流路が異物Ｆによって塞がれた場合でも、圧縮空気がカフ１０９から排出される時、第２通気孔１１２から連絡路１３５に流れた空気を、他方の流路を介して第３通気孔１１３から排出できる。
また、第１流路３４１及び第２流路３４２が第１流路１４１より長いため、異物Ｆを補足できる確率が高くなる。
したがって、バルブ３０１はさらに、異物Ｆによって動作不良を起こすことをバルブ２０１より防止できる。また、バルブ３０１を備える流体制御装置３００及び血圧計も同様の効果を奏する。
《その他の実施形態》
なお、前述の実施形態では流体として空気を用いているが、これに限るものではなく、流体が、空気以外の気体でも適用できる。
また、前述の実施形態では流体制御装置１００、２００、３００がカフ１０９に空気を充填したが、これに限るものではない。実施の際、流体制御装置がカフ以外の容器に気体を充填してもよい。
また、前述の実施形態では流体制御装置１００、２００、３００が図１、図９、図１２に示すように、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２を分離する障壁１８５を備えているが、これに限るものではない。実施の際、流体制御装置１００、２００、３００は障壁１８５を除去し、第１バルブ室１３１及び第１バルブ室１３２を連結してもよい。この場合、第１弁筐体１９１は、第１通気孔１１０及び第１通気孔１１１のいずれか１つだけを備えれば良い。この場合、圧電ポンプ１０も、吐出孔５５及び吐出孔５６のいずれか１つだけを備えれば良い。
また、前述の実施形態では圧電ポンプ１０は、ユニモルフ型で屈曲振動する圧電アクチュエータ４０を備えるが、振動板４１の両面に圧電素子４２を貼着してバイモルフ型で屈曲振動する圧電アクチュエータを備えてもよい。
また、前述の実施形態において、圧電素子４２はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などからなってもよい。
また、前述の実施形態では流体制御装置１００、２００、３００は、圧電素子４２の伸縮によって駆動する圧電ポンプ１０を備えているが、これに限るものではない。流体制御装置は例えば、電磁誘導により駆動する電磁ポンプを備えてもよい。
また、前述の実施形態では第３通気孔１１３が円柱形であるため、第３通気孔１１３の最小幅が第３通気孔１１３の直径２ｒに相当するが、これに限るものではない。第３通気孔が他の形状（例えば四角柱形）である場合、突出部と弁体との最短距離は、第３通気孔の最小幅より短ければ良い。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であり、制限的なものではない。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。
Ｆ…異物
１０…圧電ポンプ
４０…圧電アクチュエータ
４１…振動板
４２…圧電素子
４３…補強板
４５…ポンプ室
５１…可撓板
５２…吸引孔
５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ…スペーサ
５４…蓋板
５５、５６…吐出孔
５７…固定部
５８…可動部
６０…振動板ユニット
６１…枠板
６２…連結部
６３、７２…外部端子
７０…電極導通用板
７１…枠部位
７３…内部端子
８０…ポンプ筐体
９１…基板
９２…空洞部
１００、２００、３００…流体制御装置
１０１、２０１、３０１…バルブ
１０６Ａ…ノズル
１０９…カフ
１０９Ａ…腕帯ゴム管
１１０、１１１…第１通気孔
１１２…第２通気孔
１１３…第３通気孔
１２０…ダイヤフラム
１２１…開口部
１２２…対向部
１３１、１３２…第１バルブ室
１３３、１３４…第２バルブ室
１３５…連絡路
１３８…第２弁座
１３９…第１弁座
１４０、２４０、３４０…突出部
１４１…第１流路
１４４…壁面
１４５…狭小部
１５１…第１接着部材
１５２…第２接着部材
１５５Ａ、１５５Ｂ…第１貫通孔
１５６Ａ、１５６Ｂ…第２貫通孔
１６０…逆止弁
１７０…排気弁
１８０…第１突起
１８１…第２突起
１８２…凹部
１８５…障壁
１９１…第１弁筐体
１９２、２９２、３９２…第２弁筐体
２４５、３４５…中間部
３４１…第１流路
３４２…第２流路
３４９…障壁
９００…流体制御装置
９０１…バルブ
９１０、９１１…第１通気孔
９１２…第２通気孔
９１３…第３通気孔
９２０…ダイヤフラム
９２１…開口部
９３１…第１バルブ室
９３３…第２バルブ室
９３８、９３９…弁座
９９１…第１弁筐体
９９２…第２弁筐体

Claims (10)

  1. 外部と連通し流体が流入する第１通気孔と、容器に連通し前記容器に対し流体が流出入する第２通気孔と、外部に連通し流体が外部に流出する第３通気孔と、前記第３通気孔の周囲に形成された第１弁座と、を有する弁筐体と、
    前記第２通気孔と前記第３通気孔とを結ぶ第１流路を前記弁筐体とともに形成する弁体と、を備え、
    前記弁体は、前記第１弁座に接触して、前記第３通気孔における前記弁筐体内部と外部とを非連通とし、又は前記第１弁座から離間して、前記第３通気孔における前記弁筐体内部と外部とを連通させ、
    前記弁筐体は、前記弁体に向けて突出し、前記第１流路の一部を形成する突出部を有し、
    前記第１流路は、前記突出部と前記弁筐体とにより形成される狭小部を有し、
    前記突出部と前記弁体との最短距離は、前記第３通気孔の開口面における最小幅より短い、バルブ。
  2. 前記弁体は、前記第１通気孔に通じる第１バルブ室と、前記第２通気孔および前記第３通気孔に通じる第２バルブ室とを、前記弁筐体とともに形成し、
    前記弁筐体は、前記弁体が接触または離間可能な第２弁座を有し、
    前記弁体は、前記第１バルブ室と前記第２バルブ室を連通可能な開口部を有し、
    前記開口部は、前記弁体が前記第２弁座に接触して前記第１バルブ室と前記第２バルブ室を非連通とし、前記弁体が前記第２弁座から離間して前記第１バルブ室と前記第２バルブ室とを連通させる、請求項１に記載のバルブ。
  3. 前記開口部の開口面における最大幅は、前記第２通気孔の開口面における最大幅より長い、請求項２に記載のバルブ。
  4. 前記弁筐体は、前記第２通気孔と前記突出部との間に中間部を有し、
    前記中間部と前記弁体との最短距離は、前記狭小部における前記突出部と前記弁体との最短距離より長いことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブ。
  5. 前記第１流路の長さは、前記第２通気孔と前記第３通気孔とを結ぶ最短距離より長い、請求項１から４のいずれか１項に記載のバルブ。
  6. 前記弁筐体は、前記第２通気孔と前記第３通気孔とを結び、前記第１流路と異なる第２流路を前記弁体とともに形成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のバルブ。
  7. 前記突出部は、物質を吸着する壁面を有し、
    前記壁面は、前記弁体に対向しない、請求項１から６のいずれか１項に記載のバルブ。
  8. 前記弁体は、前記第１バルブ室の圧力が前記第２バルブ室の圧力より高くなったとき、前記第２弁座から離間して前記開口部を介して前記第１通気孔と前記第２通気孔とを連通し、前記第１弁座と接触して前記第３通気孔を閉塞し、
    前記弁体は、前記第１バルブ室の圧力が前記第２バルブ室の圧力以下になったとき、前記第１弁座から離間して前記第３通気孔を介して前記第２通気孔と前記第３通気孔とを連通し、前記第２弁座に接触して前記開口部を閉塞する、請求項２から７のいずれか１項に記載のバルブ。
  9. 吐出孔を有するポンプと、
    請求項１から８のいずれか１項に記載のバルブと、
    気体を貯蔵する容器と、を備え、
    前記バルブの前記第１通気孔は、前記ポンプの前記吐出孔に接続され、
    前記バルブの前記第２通気孔は、前記容器に接続され、
    前記バルブの前記第３通気孔は、大気に開放される、流体制御装置。
  10. 請求項９に記載の流体制御装置を備える血圧計。
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