JP6724565B2 - 流量制御弁および血圧情報測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、流体の流量を可変に制御可能な流量制御弁、およびそのような流量制御弁を備えた血圧情報測定装置に関する。
血圧情報を測定することは、被験者の健康状態を把握するために重要である。血圧情報測定装置を用いることで、各種の血圧情報を測定することができる。血圧情報測定装置はカフを備えており、カフ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用いられる。排出弁は、加圧ポンプにより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。
排出弁としては、流量制御弁が好適に使用できる。流量制御弁は、可動軸と、流出口に対向する弁体とを備える。弁体は、可動軸の端部に設けられる。カフの内圧を減圧する際、可動軸を用いて流出口と弁体との間の距離を可変に制御することで、流出流量を制御することができる。このような流量制御弁は、リニア式とソレノイド式とに大別される。
ソレノイド式は、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備え、ソレノイドコイルを用いてプランジャを移動させる。ソレノイド式は、リニア式とは異なり永久磁石を必要とせず、構成が簡素であるため軽量化や小型化が可能であり、製造費用を削減しやすいという利点がある。
特開2014−055607号公報(特許文献1)には、ソレノイド式の流量制御弁が開示されている。この流量制御弁は、流出口が設けられたコアと、ボビンと、ボビンの内側に配置されたプランジャと、流出口に対向するようにプランジャの端部に設けられた弁体とを備える。弁体がコアに接触している場合、流出口は弁体によって閉塞される。弁体がコアから離れている場合、空気は、ボビンの内周面とプランジャの外周面との間の隙間を経由して、流量制御弁の外部へと排出される。
実開平02−131405号公報(特許文献2)には、気体流通弁に関する考案が開示されている。この気体流通弁は、筒状の形状を有する筺体と、筺体の内側に配置される弁体とを備える。筺体の内側には、凹部が設けられている。凹部の一辺は直線形状を有し、弁体を筺体の内側に挿入したとき、筺体の内壁(直線部分)と弁体との間には隙間ができる。この隙間は気体流路として機能し、特許文献2によると、この気体流路は、1本、2本、あるいは3本以上でもよいとされている。
特開2014−055607号公報 実開平02−131405号公報
流量制御弁においては、弁体がプランジャとともにコアから離れることで、流出口が開くとともに流体の流出経路(流路断面積)が徐々に拡大し、流体は、ボビンの内周面とプランジャの外周面との間の隙間を経由して排出される。この隙間を大きくすると、排出流量(流体の流路断面積)が増加し、たとえば急速排気が実現可能となる。しかし、ボビンの内周面とプランジャの外周面との間の隙間を大きくすると、プランジャはボビンによって保持されにくくなり、プランジャのがたつき等を招くことが懸念される。
これに対し、ボビンの内周面に凹溝を設けることで、凹溝の内側に形成された空間を、流体を排出するための流路として活用できる。ボビンの内周面のうち、凹溝が設けられていない領域(以下、凸領域とも称する)の表面によってプランジャは保持されることができるため、プランジャのがたつき等を招くことも抑制できる。
ボビンの内周面に複数の凹溝を設けた場合、その結果として、ボビンの内周面には複数の凸領域が形成されることになる。複数の凸領域の表面によって、プランジャが保持される。プランジャがボビンの内側で安定して(がたつきの少ないように)移動可能とするためには、複数の凸領域の表面は、理想的には1つの真円上に位置するように(換言すると、同一半径を有する1つの円周方向に沿うように)形成されていることが好ましい。
本発明者らは、ボビンの内周面に複数の凹溝を設けた場合、これらの間の複数の凸領域の表面が、1つの真円上には位置せず、たとえば1つの楕円上に位置するように形成されることがあることを発見した。このような場合には、プランジャがボビンの内側で安定して(がたつきの少ないように)移動することは難しくなり、ひいては流出口に対する弁体の当たり方も変動しやすくなる。
流出口に対する弁体の当たり方が変動すると、弁体がプランジャとともにコアから離れた際に流出口が開くタイミングや、流体の流出経路の広がり具合にばらつきが生じる。同一の制御条件で流量制御弁を動作させたとしても、カフの内圧が減圧される程度にばらつきが生じることとなり、測定の度に異なる特性を示してしまうことが考えられる。
流出口を封止するための弁体のシール面やコアに設けられた流出口は、必ずしも設計のとおりに製作されているとは限らず、しばしば製造誤差を有している場合がある。特許文献1に開示されているように、弁体のシール面を傾斜させる場合もある。これらの場合において、流出口に対する弁体の当たり方が変動すると、流出口が開くタイミングや流体の流出経路の広がり具合により大きなばらつきが生じやすくなる。
本発明は、上述のような実情に鑑みて為されたものであって、ボビンの内周面に複数の凹溝を設けた場合であっても複数の凸領域の表面が1つの真円により近い位置に配置されることが可能な構成を備えた流量制御弁、および、そのような流量制御弁を備えた血圧情報測定装置を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、上記ソレノイドコイルが周囲に巻回されたボビンと、上記ボビンの内側に配置され、上記ソレノイドコイルが形成した磁束によって軸方向に移動するプランジャと、流体が通過する流出口が形成されたコアと、上記流出口に対向するように上記プランジャの端部に設けられ、上記コアに離接することによって上記流出口を開閉する弁体と、を備え、上記ボビンの内周面には、上記プランジャの軸方向に対して平行な方向に延在する複数の凸領域と、開弁時に流体の流路を形成する複数の凹溝とが、周方向において交互に並んで設けられており、複数の上記凹溝は、周方向において順に並ぶ第1凹溝、第2凹溝および第3凹溝を含み、上記第1凹溝と上記第2凹溝との間の周方向における間隔と、上記第2凹溝と上記第3凹溝との間の周方向における間隔とは、同じである。
上記流量制御弁において好ましくは、上記第1凹溝、上記第2凹溝および上記第3凹溝の各々の周方向における幅は、同じである。
上記流量制御弁において好ましくは、複数の上記凹溝は、第4凹溝をさらに含み、上記第1凹溝、上記第2凹溝、上記第3凹溝および上記第4凹溝は、周方向において順に並んでおり、上記第1凹溝と上記第2凹溝との間の周方向における間隔と、上記第2凹溝と上記第3凹溝との間の周方向における間隔と、上記第3凹溝と上記第4凹溝との間の周方向における間隔とは、同じである。
上記流量制御弁において好ましくは、上記第1凹溝、上記第2凹溝、上記第3凹溝および上記第4凹溝の各々の径方向における溝深さは、同じである。
上記流量制御弁において好ましくは、複数の上記凹溝は、上記第1凹溝と上記第4凹溝との間に形成された第5凹溝をさらに含み、上記プランジャの外周面は、円周方向に沿って延びる円周面領域と、上記プランジャの軸方向に対して平行な方向に延在し、平坦な表面形状を有する係合領域と、を含み、上記プランジャが上記ボビンの内側に配置された状態では、上記係合領域は、周方向において上記第5凹溝の両側に位置する一対の上記凸領域に対向しており、上記プランジャが上記ボビンの内側で回転することは、上記係合領域と一対の上記凸領域とが相互に係合することによって防止される。
上記流量制御弁は、好ましくは、一対の側壁を有するフレームをさらに備え、上記ボビンおよび上記プランジャは、一対の上記側壁の間に配置されており、一対の上記側壁に対して直交しかつ上記ボビンの軸心を通る直線を描いた場合、上記凸領域は、上記直線に交差する位置に配置されている。
本発明に基づく血圧情報測定装置は、上記の流量制御弁を、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る。
上記血圧情報測定装置は、好ましくは、当該血圧情報測定装置の本体に上記流量制御弁が設けられている場合、上記本体を水平な載置面上に置いた状態では、上記流量制御弁の複数のうちの一つの上記凸領域は、すべての上記凹溝よりも重力方向の下方に位置している。
上記の構成によれば、複数の凹溝同士の間の周方向における間隔のうち、第1凹溝と第2凹溝との間の間隔と、第2凹溝と第3凹溝との間の間隔とが同じであることによって、複数の凸領域の表面は1つの真円により近い位置に配置されることが可能となる。
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。 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。 実施の形態1における流量制御弁を示す斜視図である。 図3中のIV−IV線に沿った矢視断面図である。 図4中のV−V線に沿った矢視断面図である。 実施の形態1における流量制御弁に備えられるボビンを示す断面図である。 比較例における流量制御弁に備えられるボビンおよびプランジャを示す断面図である。 比較例における流量制御弁に備えられるボビンを示す断面図である。 比較例における流量制御弁に備えられるボビンおよびプランジャを示す他の断面図である。 実施の形態2における流量制御弁に備えられるボビンおよびプランジャを示す断面図である。 実施の形態3における流量制御弁に備えられるボビンおよびプランジャを示す断面図である。 実施の形態4における流量制御弁に備えられるボビンおよびプランジャを示す断面図である。 実施の形態4における流量制御弁に備えられるプランジャを示す斜視図である。 実施の形態4の変形例における流量制御弁に備えられるプランジャを示す斜視図である。
以下、実施の形態における流量制御弁および血圧情報測定装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。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場合がある。
以下の実施の形態は、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に基づき説明する。流量制御弁については、このような上腕式血圧計に備えられるという実施の形態に基づき説明する。
ただし、以下に開示する流量制御弁に関する技術的思想は、上腕式血圧計に限られず、手首式血圧計や足式血圧計の他、平均血圧値や酸素飽和度等を測定する血圧情報測定装置にも適用可能である。以下に開示する流量制御弁に関する思想は、流体の吸引や排出を利用して物体を把持するソフトロボティクスの分野や、その他の分野にも適用可能である。
[実施の形態1]
(血圧計1)
図1〜図6を参照して、実施の形態1における血圧計1(血圧情報測定装置)および流量制御弁100Aについて説明する。図1は、血圧計1の外観構造を示す斜視図であり、図2は、血圧計1の機能ブロックの構成を示す図である。
図1に示すように、血圧計1は、本体10、カフ40、エア管50を備える。本体10は、表示部21、操作部23を有する。カフ40は、外装カバー41、圧迫用空気袋42を有する。エア管50は、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、表示部21、操作部23に加え、制御部20、メモリ部22、電源部24、加圧ポンプ31、流量制御弁100A、圧力センサ33、加圧ポンプ駆動回路34、流量制御弁駆動回路35、発振回路36を有する。加圧ポンプ31、流量制御弁100A、圧力センサ33は、圧迫用エア系コンポーネント30を構成し、加圧ポンプ31、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を構成する。
圧迫用空気袋42は、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。圧迫用空気袋42は、加圧ポンプ31の駆動が制御されることで加圧されて膨張したり、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、血圧計1の全体を制御する。表示部21は、測定結果等を表示する。メモリ部22は、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や、測定結果等を記憶する。操作部23は、外部からの命令を制御部20や電源部24に入力する。電源部24は、制御部20等に電力を供給する。
制御部20は、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、測定結果を表示部21やメモリ部22に入力したりする。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し、表示部21やメモリ部22に入力する。
加圧ポンプ駆動回路34は、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、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の内圧(以下、「カフ圧」とも称する)を加圧するためのものであり、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、流量制御弁駆動回路35によって制御されることで、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。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。
(流量制御弁100A)
図3は、流量制御弁100Aを示す斜視図である。図4は、図3中のIV−IV線に沿った矢視断面図である。図5は、図4中のV−V線に沿った矢視断面図である。図6は、流量制御弁100Aに備えられるボビン120を示す断面図である。
図3を主として参照して、流量制御弁100Aは、全体として略直方体形状の形状を有する。流量制御弁100Aは、フレーム110、ベース114、ボビン120(図4〜図6)、コア130、プランジャ140(図4,図5)、弁体150(図4)、ソレノイドコイル152、接続端子154,156、スプリング160(図4)を備える。
フレーム110およびベース114は、流量制御弁100Aの外殻を構成する。フレーム110は、互いに平行配置された一対の側壁111,112と、側壁111,112の一端同士を接続する端壁113とを有する。ベース114は、側壁111,112の他端同士を接続する。ベース114は、カシメや溶接等によって、側壁111,112の他端に固定される。後述するボビン120、プランジャ140およびソレノイドコイル152は、一対の側壁111,112の間に配置される(図5参照)。
フレーム110およびベース114は、軟磁性材料(たとえば透磁力の高い電磁鋼板または冷間圧延鋼板等)から構成される。フレーム110およびベース114は、ヨークとしても機能し、ソレノイドコイル152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。
ボビン120は、非磁性材料(たとえばポリブチレンテレフタラート等の樹脂)から構成される。本実施の形態のボビン120は、筒状部121(図4)と、一対の端壁127,128と、底部129とを有する。筒状部121は、筒状部121の内側に配置されるプランジャ140の移動経路を規定する。端壁127,128は、いずれも円環形状を有している。
端壁127は、筒状部121の軸方向(矢印DR)における一端に設けられ、端壁128は、筒状部121の同方向における途中部分(他端寄りの部分)に設けられる。底部129は、筒状部121の他端開口を塞ぐように設けられる。ベース114は、開口を有し、筒状部121の他端はこの開口を通り抜けるように配置される。
ソレノイドコイル152は、筒状部121の周囲に巻回され、筒状部121の周面および端壁127,128によって保持される。ソレノイドコイル152の両端は、接続端子154,156に接続される。ソレノイドコイル152は、流量制御弁駆動回路35(図2)および接続端子154,156を通して給電されることで、磁束を発生させる。
コア130は、ノズル部131を有し、フレーム110の端壁113にカシメや溶接等によって固定される。ノズル部131の一端は、流体が通過する流出口132を形成しており、流出口132はボビン120の筒状部121の内側に配置される。ノズル部131の他端は、エア管50(図2)等を介して圧迫用空気袋42に接続される。流出口132が開放されることで、圧迫用空気袋42内の流体が排出される。
コア130は、軟磁性材料(たとえば電磁鋼または硫黄複合快削鋼等)から構成される。コア130は、固定鉄心を構成し、ソレノイドコイル152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。すなわち本実施の形態の流量制御弁100Aは、非作動時においては流出口132が完全に開放される、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。
プランジャ140は、略円柱状の形状を有し、ボビン120(筒状部121)の内側に配置される。プランジャ140は、軟磁性材料(たとえば電磁鋼または硫黄複合快削鋼等)から構成される。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152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軸方向(矢印DR)に移動するものである。
図4に示すように、プランジャ140は、小径部146と、軸方向(矢印DR)において、小径部146に対して弁体150が配置される側とは反対側に設けられた大径部147とを含む。小径部146と大径部147との間には、段差148が設けられる。プランジャ140(小径部146)のコア130に面する端面141には、収容凹部145が設けられる。収容凹部145は、流出口132に対応した位置(流出口132に対向する位置)に設けられ、弁体150は、収容凹部145の中に嵌め込まれる。
スプリング160(図4)は、ボビン120(筒状部121)の内側に配置され、軸方向(矢印DR)において、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、小径部146の周囲を囲うように配置され、スプリング160の一端はコア130に接触しており、スプリング160の他端はプランジャ140の段差148に接触している。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。
弁体150は、プランジャ140の端部に設けられ、軸方向において端面141から突出するように設けられる。弁体150は、シリコーンゴムや、NBRに代表されるニトリルゴムから構成される。弁体150は、プランジャ140に設けられた収容凹部145に収容される。弁体150は、シール面151を有し、コア130に設けられた流出口132に対向配置される。弁体150は、プランジャ140と一体化され、弁体150がプランジャ140に対して回転することはない。弁体150は、接着剤等を用いてプランジャ140に固定されていてもよい。
図4を参照して、流量制御弁100Aの非作動時においては、ソレノイドコイル152は給電されておらず、磁気回路は形成されない。スプリング160の付勢力によってプランジャ140および弁体150はコア130から離れた位置に配置される。ノズル部131に連通する圧迫用空気袋42内の空気は、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、さらにはボビン120の周面とプランジャ140の周面との間の隙間(詳細は後述する)を経由して流量制御弁100Aの外部へと排出される。
流量制御弁100Aの作動時においては、ソレノイドコイル152に給電されることで、フレーム110、コア130、プランジャ140およびベース114を磁束が通るように磁気回路が形成される。プランジャ140および弁体150は、スプリング160の付勢力に抗してコア130側に向けて引き寄せられる。
ソレノイドコイル152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、弁体150のシール面151がコア130に接触することで流出口132が閉塞される。当該状態においては、流出口132を介して空気が流出することが阻害され、圧迫用空気袋42の内圧が維持されることになる。
ソレノイドコイル152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。当該状態においては、弁体150のシール面151が流出口132を完全には閉塞しないものの、流出口132はある程度閉塞された状態となる。流出口132を介して空気が流出することになるものの、流出口132から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。
流出口132と弁体150の流出口132側に位置するシール面151との間の距離は、ソレノイドコイル152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。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。
(プランジャ140およびボビン120の詳細構造)
図5および図6を参照して、上述のとおり、プランジャ140(図5)は、略円柱の形状を有しており、ボビン120の筒状部121の内側に配置される。本実施の形態のプランジャ140の外周面は、円周面の形状を有している。換言すると、プランジャ140の断面形状を軸方向(プランジャ140の移動方向)に対して直交する平面方向の断面視で見た場合、プランジャ140の外周面は、曲率中心CT(図5)を中心とし、曲率中心CTから略同一の半径を有するように円周方向に沿って延びる形状を有している。
弁体150(図4)がコア130から離れて流出口132が開いた際、流体は、ボビン120の内周面122とプランジャ140の外周面142との間の隙間を経由して排出される。冒頭で述べたとおり、ボビン120の内周面122に複数の凹溝124(図5,図6)を設けることで、複数の凹溝124の内側に形成された空間を、流体を排出するための流路として活用できる。ボビン120の内周面122に複数の凹溝124を設けた場合、その結果として、ボビン120の内周面122には複数の凸領域123が形成されることになる。
本実施の形態におけるボビン120の内周面122には、プランジャ140の軸方向に対して平行な方向に延在する複数の(ここでは4つの)凸領域123と、開弁時に流体の流路を形成する複数の(ここでは4つの)凹溝124とが、周方向において交互に並んで設けられている。本実施の形態では、複数の凹溝124には、計4つの凹溝G1,G2,G3,G4が含まれており、複数の凸領域123には、計4つの凸領域T1,T2,T3,T4が含まれている。
凹溝G1(第1凹溝)、凹溝G2(第2凹溝)、凹溝G3(第3凹溝)、凹溝G4(第4凹溝)は、周方向においてこの順に並んでおり、凸領域T1,T2,T3,T4も、周方向においてこの順に並んでいる。ボビン120に凹溝G1,G2,G3,G4が設けられていることによって、ボビン120は、径方向における厚さが相対的に薄い薄肉部S1,S2,S3,S4と、径方向における厚さが相対的に厚い厚肉部R1,R2,R3,R4とを有している。
薄肉部S1,S2,S3,S4の内表面は、それぞれ、凹溝G1,G2,G3,G4の溝底部分に相当している。厚肉部R1,R2,R3,R4の内表面が、それぞれ、凸領域T1,T2,T3,T4の頂面部分に相当している。プランジャ140は、厚肉部R1,R2,R3,R4の内表面、すなわち凸領域T1,T2,T3,T4の頂面部分によって保持されることができるため、プランジャ140のがたつき等を招くことを抑制できる。
図6を参照して、本実施の形態においては、凹溝G1と凹溝G2との間の周方向における間隔L1と、凹溝G2と凹溝G3との間の周方向における間隔L1とは、同じである。換言すると、周方向のうち、凸領域T1(厚肉部R1)が設けられている角度範囲θ1と、凸領域T2(厚肉部R2)が設けられている角度範囲θ1とが同じ値である。
(作用および効果)
冒頭に述べたように、たとえば、ボビン120の内周面122に複数の凹溝G1,G2,G3を設けた場合、これらの間の凸領域T1,T2の表面が、1つの真円上には位置せず、たとえば1つの楕円上に位置するように形成されることがある。これは、凹溝G1と凹溝G2との間の周方向における間隔L1と、凹溝G2と凹溝G3との間の周方向における間隔L1とが異なる値である場合に生じやすい。理由は次の通りであると推察される。
凸領域T1,T2や凹溝G1,G2,G3を有するボビン120は、たとえば金型を用いた成型によって作製することができる。このようなボビン120は、凸領域T1に対応する部分に厚肉部R1を有し、凸領域T2に対応する部分に厚肉部R2を有し、凹溝G2に対応する部分に薄肉部S2を有することになる。
たとえば成型によってボビン120を作製する場合、厚肉部R1,R2および薄肉部S2には、熱収縮に起因する応力が発生する。凹溝G1,G2の間の間隔L1と、凹溝G2,G3の間の間隔L1とが異なっているということは、厚肉部R1の周方向における幅と、厚肉部R2の周方向における幅とが異なっていることと同義である。凹溝G1,G2の間の間隔L1と、凹溝G2,G3の間の間隔L1とが異なっている場合には、薄肉部S2の一方側に位置する厚肉部R1に作用する熱収縮力と、薄肉部S2の他方側に位置する厚肉部R2に作用する熱収縮力との間に差が生じることとなる。
薄肉部S2を中心としてみた場合には、薄肉部S2の一方側に位置する厚肉部R1が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力と、薄肉部S2の他方側に位置する厚肉部R2が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力との間に差が生じることになる。この力の差の存在に起因して、凸領域T1,T2の表面は、1つの真円上には位置せず、たとえば1つの楕円上に位置するように形成されるものと推察される。これは、成型に限られず、たとえば切削加工等によってボビン120の内周面122に複数の凹溝G1,G2,G3を設けた場合にも同様であると推察される。
本実施の形態においては、上述のとおり、凹溝G1,G2の間の間隔L1と、凹溝G2,G3の間の間隔L1とが同じである。したがって、薄肉部S2を中心としてみた場合には、薄肉部S2の一方側に位置する厚肉部R1が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力と、薄肉部S2の他方側に位置する厚肉部R2が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力との間に差が生じることはほとんどない。結果として、凸領域T1,T2の表面は、1つの真円により近い位置に配置されることが可能となる。
図6に示すように、好適には、凹溝G1,G2,G3の各々の周方向における幅L2も、同じ値となるように構成される。換言すると、周方向のうち、凹溝G1(薄肉部S1)が設けられている角度範囲θ2と、凹溝G2(薄肉部S2)が設けられている角度範囲θ2と、凹溝G3(薄肉部S3)が設けられている角度範囲θ2とが、同じ値となるように構成される。
当該構成によれば、凸領域T1を中心としてみた場合には、凸領域T1の一方側に位置する薄肉部S1が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力と、凸領域T1の他方側に位置する薄肉部S2が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力との間に差が生じることがほとんどなくなる。同様に、凸領域T2を中心としてみた場合には、凸領域T2の一方側に位置する薄肉部S2が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力と、凸領域T2の他方側に位置する薄肉部S3が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力との間に差が生じることもほとんどなくなる。結果として、凸領域T1,T2の表面は、1つの真円により近い位置に配置されることが可能となる。
上述のとおり、本実施の形態では、複数の凹溝124に、計4つの凹溝G1,G2,G3,G4が含まれている。凹溝G1,G2の間の間隔L1と、凹溝G2,G3の間の間隔L1と、凹溝G3,G4の間の間隔L1とは、いずれも同じ値であり、さらに、凹溝G4,G1の間の間隔L1も、これらの間隔L1と同じ値である。凹溝G1,G2,G3,G4の各々の周方向における幅L2も、同じ値となるように構成される。ボビン120を作製する際、厚肉部R1,R2,R3,R4が径方向の内側に向かって変位しようとする力と、薄肉部S1,S2,S3,S4が径方向の内側に向かって変位しようとする力とは、周方向においてバランスがとれるように構成されており、結果として、凸領域T1,T2,T3,T4の表面は、1つの真円により近い位置に配置されることが可能となっている。
本実施の形態においては、さらに、凹溝G1,G2,G3,G4の各々の径方向における溝深さも同じとなるように構成されており、ボビン120の製作の際に発生する応力が周方向においてよりバランスがとれるように構成されており、結果として、凸領域T1,T2,T3,T4の表面は、1つの真円により近い位置に配置されることが可能となっている。
凸領域T1,T2の表面や、あるいはすべての凸領域T1,T2,T3,T4の表面が1つの真円により近い位置に配置されている場合には、ボビン120の内周面122とプランジャ140の外周面142との間のクリアランスを小さくすることが可能となる。プランジャ140がは、ボビン120によってより安定して保持され、プランジャ140は適度な摩擦力をもってボビン120の内側で安定して摺動することが可能となる。このような場合、プランジャ140がボビン120の内側で安定して(がたつきの少ないように)移動することが可能となり、ひいては流出口132に対する弁体150の当たり方も変動しにくくなる。
図4に示すように、弁体150のシール面151を傾斜させる場合もある。流出口132に対するシール面151の当たり方が変動すると、流出口132が開くタイミングや流体の流出経路の広がり具合にばらつきがより生じやすくなるところ、本実施の形態では、流出口132に対する弁体150のシール面151の当たり方が変動することは効果的に抑制されており、流出口132が開くタイミングや、流体の流出経路の広がり具合にばらつきが生じることも効果的に抑制されている。したがって、同一の制御条件で流量制御弁100Aを動作させた場合、カフの内圧が減圧される程度にばらつきが生じることはほとんどなく、測定の度に異なる特性を示してしまうこともほとんどないものとすることができ、歩留まり改善やロットアウト軽減による品質向上を期待することが可能となる。
図5に示すように、好ましくは、一対の側壁111,112に対して直交し且つボビン120の軸心CTを通る直線LLを描いた場合、複数の凸領域T1〜T4のうちの一つの凸領域は、この直線LLに交差する位置に配置されているとよい。当該構成によれば、たとえば、側壁111,112が水平になるように流量制御弁100A(あるいは図1に示す血圧計1)が設置されたとき、凸領域(ここでは凸領域T2)が、その広い内表面でプランジャ140の重みを主として受けることが可能となる。
仮に、上記の直線LLに交差する位置に凹溝G2や凹溝G3が配置されている場合には、側壁111,112が水平になるように流量制御弁100A(あるいは血圧計1)が設置されたとき、プランジャ140の重みは凸領域T1〜T4等の内表面に上記の場合に比べて作用しなくなる。したがって側壁111,112が水平になるように流量制御弁100Aを設置したときに、凸領域T1〜T4の内表面によって安定してプランジャ140を保持可能にすることを考えた場合には、凸領域T1〜T4のいずれかがこの直線LLに交差する位置に配置されているとよい。より好適には、凸領域T1〜T4のいずれか1つの凸領域の内表面のうち、周方向における中央部分がこの直線LLに交差するように構成されているとよい。
あるいは、側壁111,112が重力方向に対して垂直になるように流量制御弁100Aあるいは図1に示す血圧計1を設置したときに、凸領域T1〜T4の内表面によって安定してプランジャ140を保持可能にすることを考えた場合には、直線LLに対して直交する直線に交差する位置に、凸領域T1〜T4のいずれかが配置されていてもよい。
たとえば、血圧計1の本体10(図1)を水平な載置面上に置いた状態では、流量制御弁100Aの複数の凸領域T1〜T4のうちの一つの凸領域が、すべての凹溝G1〜G4よりも重力方向の下方に位置していることが好ましい。より好適には、凸領域T1〜T4のいずれか1つの凸領域の内表面のうち、周方向における中央部分が、ボビン120の内周面122の中で重力方向における最も下の位置に配置されるように構成されているとよい。これらの構成によれば、凸領域の内表面によって、安定してプランジャ140を保持することが可能となる。
[比較例]
図7は、比較例における流量制御弁100Bに備えられるボビン120およびプランジャ140を示す断面図である。図8は、流量制御弁100Bに備えられるボビン120を示す断面図である。
図7および図8に示すように、比較例においては、凹溝G1,G2,G3,G4の各々の周方向における幅L4(角度範囲θ4)は互いに同一であるが、凹溝G1,G2の間の間隔L3と、凹溝G2,G3の間の間隔L5とが異なっている。さらに、凹溝G2,G3の間の間隔L5と、凹溝G3,G4の間の間隔L3とも異なっており、凹溝G3,G4の間の間隔L3と、凹溝G4,G1の間の間隔L5とも異なっている。
ボビン120を作製する際、厚肉部R1,R2,R3,R4が径方向の内側に向かって変位しようとする力と、薄肉部S1,S2,S3,S4が径方向の内側に向かって変位しようとする力とは、周方向においてバランスがとれておらず、凸領域T1,T2,T3,T4の表面は、1つの真円により近い位置に配置されることは難しくなっている。
図7に示すように、たとえば、凸領域T1〜T4のうちの凸領域T2(厚肉部R2)が周方向における最も下方となるように、流量制御弁100Bが配置されたとする。この場合には、凸領域T2の内表面でプランジャ140の重みを主として受けることになる。
図9は、流量制御弁100Bに備えられるボビン120およびプランジャ140を示す他の断面図である。図9に示すように、凸領域T1〜T4のうちの凸領域T3(厚肉部R3)が周方向における最も下方となるように、流量制御弁100Bが配置されたとする。この場合には、凸領域T3の内表面でプランジャ140の重みを主として受けることになる。
比較例の流量制御弁100Bにおいては、凸領域T2の表面積と凸領域T3の表面積とが異なっており、流量制御弁100Bの設置の仕方によって、プランジャ140とボビン120との間に生じる摩擦力が変動しやすくなっている。同一の制御条件で流量制御弁を動作させたとしても、流量制御弁100Bの設置の仕方によっては、カフの内圧が減圧される程度にばらつきが生じることとなり、測定の度に異なる特性を示してしまうことが考えられる。
これに対して上述の実施の形態1においては、凸領域T1〜T4の各々の表面積が同一である。プランジャ140の外周面142およびボビン120の内周面122は、回転対称の形状を有しており、同一の制御条件で流量制御弁を動作させた際、流量制御弁100Aの設置の仕方による影響をほとんど受けず、カフの内圧が減圧される程度にばらつきが生じることもなく、測定の度に異なる特性を示してしまうことも効果的に抑制されている。
[実施の形態2]
図10は、実施の形態2における流量制御弁100Cに備えられるボビン120およびプランジャ140を示す断面図である。実施の形態1と実施の形態2とは、以下の点において相違している。
流量制御弁100Cのボビン120においては、複数の凹溝124に、計3つの凹溝G1,G2,G3が含まれており、複数の凸領域123に、計3つの凸領域T1,T2,T3が含まれている。本実施の形態においても、凹溝G1,G2の間の間隔と、凹溝G2,G3の間の間隔とは、同じであり、さらに、凹溝G2,G3の間の間隔も、これらの間隔と同じである。当該構成によっても、上記の実施の形態1と同様の作用および効果を得ることができる。
[実施の形態3]
図11は、実施の形態3における流量制御弁100Dに備えられるボビン120およびプランジャ140を示す断面図である。実施の形態1と実施の形態3とは、以下の点において相違している。
流量制御弁100Dのボビン120においては、複数の凹溝124が、凹溝G1と凹溝G4との間に形成された凹溝G5(第5凹溝)をさらに含んでいる。
薄肉部S1を中心としてみた場合には、薄肉部S1の一方側に位置する厚肉部R1が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力と、薄肉部S1の他方側に位置する厚肉部R5が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力との間に差が生じる。薄肉部S4を中心としてみた場合や、厚肉部R4,R5を中心としてみた場合についても同様である。
しかしながら、薄肉部S2を中心としてみた場合には、薄肉部S2の一方側に位置する厚肉部R1が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力と、薄肉部S2の他方側に位置する厚肉部R3が径方向の内側に向かって収縮(変位)しようとする力との間に差が生じることはほとんどない。薄肉部S3を中心としてみた場合や、厚肉部R1,R2,R3を中心としてみた場合についても同様である。これらの部分については、ボビン120を作製する際に、径方向の内側に向かって変位しようとする力がバランスをとれるように構成されており、結果として、凸領域T1,T2,T3の表面は、1つの真円により近い位置に配置されることが可能となっている。
[実施の形態4]
図12は、実施の形態4における流量制御弁100Eに備えられるボビン120およびプランジャ140を示す断面図である。図13は、流量制御弁100Eに備えられるプランジャ140を示す斜視図である。実施の形態3と実施の形態4とは、以下の点において相違している。
図12および図13に示すように、流量制御弁100Eにおいては、プランジャ140の外周面142は、円周方向に沿って延びる円周面領域143と、プランジャ140の軸方向に対して平行な方向に延在し、平坦な表面形状を有する係合領域144とを含んでいる。
図12に示すように、ボビン120に設けられた凸領域T4,T5は、実施の形態3の場合に比べて内側に向かって突出している。換言すると、凸領域T1〜T3の曲率中心CRと凸領域T1〜T3との間の距離LL1に比べて、凸領域T1〜T3の曲率中心CRと凸領域T4,T5との間の距離LL2の方が短い。
プランジャ140がボビン120の内側に配置された状態では、上記の係合領域144は、周方向において凹溝G5の両側に位置する一対の凸領域T4,T5に対向しており、プランジャ140がボビン120の内側で回転することは、係合領域144と一対の凸領域T4,T5とが相互に係合することによって防止される。すなわち、本実施の形態においては、プランジャ140の外周面142とボビン120の内周面122とによって、プランジャ140がボビン120の内側で回転することを防止する回転防止構造が構成されている。
実施の形態1で述べたように、プランジャ140の端部に設けられた弁体150(図4等参照)のシール面151が、流出口132(具体的には、コア130のうちの流出口132を形成している縁部分、以下同じ)に接触あるいは密着していることで、流出口132は閉じられる。ボビン120に対してプランジャ140が回転すると、流出口132に対する弁体150のシール面151の当たり方も変動する。
流出口132に対する弁体150のシール面151の当たり方が変動すると、流出口132が開くタイミングや、流体の流出経路の広がり具合にばらつきが生じやすくなる。シール面151や流出口132は、製造誤差を有している場合がある。たとえば、コア130のノズル部131を旋盤加工で形成した場合には、加工精度によっては流出口132が設計位置(センター位置)からずれたり、後処理によって流出口132の周縁部分に微細なキズや欠けが生じたりすることもあり得る。図4に示すように、弁体150のシール面151を傾斜させる場合もある。これらの場合において、流出口132に対するシール面151の当たり方が変動すると、流出口132が開くタイミングや流体の流出経路の広がり具合にばらつきがより生じやすくなる。
これに対して本実施の形態においては、プランジャ140がボビン120の内側でボビン120に対して回転することは、係合領域144と凸領域T4,T5とが相互に係合することによって防止されている。結果として、流出口132に対する弁体150のシール面151の当たり方が変動することは効果的に抑制されており、流出口132が開くタイミングや、流体の流出経路の広がり具合にばらつきが生じることも効果的に抑制されている。したがって、同一の制御条件で流量制御弁100Eを動作させた場合、カフの内圧が減圧される程度にばらつきが生じることはほとんどなく、測定の度に異なる特性を示してしまうこともほとんどないものとすることができ、歩留まり改善やロットアウト軽減による品質向上を期待することが可能となる。
図13に示すように、本実施の形態における係合領域144は、軸方向において段差148から大径部147の端部149に到達するように、大径部147の軸方向における全体に亘って延びるように設けられている。
図14に示すように、係合領域144は、大径部147の軸方向における一部分にのみ設けられていても構わない。図14に示す係合領域144は、大径部147の軸方向における途中部分147Tから、大径部147の端部149に到達するように設けられている。このような形状を有する係合領域144は、引き抜き成型によって、容易にプランジャ140に設けることが可能である。これとは逆に、係合領域144は、大径部147の軸方向における途中部分147Tから、段差148に到達するように設けられていても構わない。
以上において説明した各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、上記において開示した内容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み合わせることが当然に可能である。
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容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。
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、100A,100B,100C,100D,100E 流量制御弁、110 フレーム、111,112 側壁、113,127,128 端壁、114 ベース、120 ボビン、121 筒状部、122 内周面、123,T1,T2,T3,T4,T5 凸領域、124,G1,G2,G3,G4,G5 凹溝、129 底部、130 コア、131 ノズル部、132 流出口、140 プランジャ、141 端面、142 外周面、143 円周面領域、144 係合領域、145 収容凹部、146 小径部、147 大径部、147T 途中部分、148 段差、149 端部、150 弁体、151 シール面、152 ソレノイドコイル、154,156 接続端子、160 スプリング、CR,CT 曲率中心(軸心)、DR 矢印、L1,L3,L5 間隔、L2,L4 幅、LL 直線、LL1,LL2 距離、R1,R2,R3,R4,R5 厚肉部、S1,S2,S3,S4 薄肉部。

Claims (8)

  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周囲に巻回されたボビンと、
    前記ボビンの内側に配置され、前記ソレノイドコイルが形成した磁束によって軸方向に移動するプランジャと、
    流体が通過する流出口が形成されたコアと、
    前記流出口に対向するように前記プランジャの端部に設けられ、前記コアに離接することによって前記流出口を開閉する弁体と、を備え、
    前記ボビンの内周面には、
    前記プランジャの軸方向に対して平行な方向に延在する複数の凸領域と、開弁時に流体の流路を形成する複数の凹溝とが、周方向において交互に並んで設けられており、
    複数の前記凹溝は、周方向において順に並ぶ第1凹溝、第2凹溝第3凹溝および第4凹溝を含み、
    前記第1凹溝と前記第2凹溝との間の周方向における間隔と、前記第2凹溝と前記第3凹溝との間の周方向における間隔と、前記第3凹溝と前記第4凹溝との間の周方向における間隔とは、同じであり、
    複数の前記凹溝は、前記第1凹溝と前記第4凹溝との間に形成された第5凹溝をさらに含み、
    前記プランジャの外周面は、円周方向に沿って延びる円周面領域と、前記プランジャの軸方向に対して平行な方向に延在し、平坦な表面形状を有する係合領域と、を含み、
    前記プランジャが前記ボビンの内側に配置された状態では、前記係合領域は、周方向において前記第5凹溝の両側に位置する一対の前記凸領域に対向しており、前記プランジャが前記ボビンの内側で回転することは、前記係合領域と一対の前記凸領域とが相互に係合することによって防止される、
    流量制御弁。
  2. 前記第1凹溝、前記第2凹溝および前記第3凹溝の各々の周方向における幅は、同じである、
    請求項1に記載の流量制御弁。
  3. 前記第1凹溝、前記第2凹溝、前記第3凹溝および前記第4凹溝の各々の径方向における溝深さは、同じである、
    請求項1または2に記載の流量制御弁。
  4. 一対の側壁を有するフレームをさらに備え、
    前記ボビンおよび前記プランジャは、一対の前記側壁の間に配置されており、
    一対の前記側壁に対して直交しかつ前記ボビンの軸心を通る直線を描いた場合、前記凸領域は、前記直線に交差する位置に配置されている、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の流量制御弁。
  5. 前記プランジャは、
    内側に前記弁体が配置される小径部と、
    軸方向において、前記小径部に対して前記弁体が配置される側とは反対側に設けられた大径部と、を含み、
    前記係合領域は、前記大径部にのみ設けられている、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の流量制御弁。
  6. 前記係合領域は、前記大径部の軸方向における一部分にのみ設けられている、
    請求項5に記載の流量制御弁。
  7. 請求項1から6のいずれか1項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る、
    血圧情報測定装置。
  8. 当該血圧情報測定装置の本体に前記流量制御弁が設けられている場合、前記本体を水平な載置面上に置いた状態では、前記流量制御弁の複数のうちの一つの前記凸領域は、すべての前記凹溝よりも重力方向の下方に位置している、
    請求項7に記載の血圧情報測定装置。
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