KR101638647B1 - 다이어프램 펌프 및 혈압계 - Google Patents

Abstract

토출되는 기체의 가압 리플을 감소시키는 다이어프램 펌프를 제공한다. 다이어프램 펌프(1)는, 펌프실(12)의 용적 변화에 따라 기체를 수송하는 펌프로서, 펌프실(12)로부터 유출되는 기체의 흐름을 허용하고 그 역방향으로의 흐름을 금지하는 토출 밸브(30)와, 토출 밸브(30)를 거쳐 펌프실(12)로부터 유출된 기체가 유입되는 공기실(41)과, 다이어프램 펌프(1)의 외부로 기체를 토출하는 토출구(43)와, 공기실(41)로부터 토출구(43)로 흐르는 기체의 유량을 제한하는 관통구멍부(44)를 구비한다.

Description

다이어프램 펌프 및 혈압계{DIAPHRAGM PUMP AND BLOOD PRESSURE GAUGE}

본 발명은 다이어프램 펌프 및 혈압계에 관한 것이다.

최근 혈압의 자기 관리가 더욱 중요시되어, 가정용 혈압계가 널리 사용되고 있다. 혈압 계측시에는, 생체의 일부에 공기 주머니를 내장한 완대를 감고, 그 공기 주머니에 공기를 보내 가압한다. 생체를 압박함으로써 얻은 동맥 정보로부터 혈압 측정을 행한다. 공기 주머니를 가압하는 데에는 에어 펌프가 사용된다. 에어 펌프는, 케이스 내에 펌프실을 형성하는 고무 형태의 다이어프램부와, 다이어프램부에 설치된 피스톤과, 피스톤에 부착된 구동체를 구비한다. 구동체가 요동하여 피스톤으로 하여금 왕복 운동을 행하게 함으로써, 펌프실 내의 용적이 변화된다. 이러한 펌프실의 용적 변화에 의해, 공기를 이송하는 펌프 작용이 행해진다. 에어 펌프에는, 토출된 공기와 흡기된 공기가 서로 역으로 유동하지 않도록 각각 체크 밸브가 설치된다.

펌프 선단으로부터는, 펌프실의 용적 변화에 따라 공기가 연속적으로 토출된다. 피스톤이 하방으로 이동할 때 펌프실 내에 공기가 유입되고, 피스톤이 상방으로 이동할 때 펌프실로부터 공기가 토출된다. 피스톤이 상하 운동을 반복함으로써, 펌프의 가압 리플(ripple), 즉 펌프로부터 배출되는 기체의 압력 변동이 발생한다. 펌프의 가압 리플이 발생하면, 진폭으로 인해 물결치는 소리(가압 음)가 커져, 펌프 소음이 증가한다.

혈압계에 사용되는 펌프는, 에어관에 의해 에어 밸브, 압력 센서 및 완대에 접속된다. 완대에서 검출된 인체 압맥파가 압력 센서에 의해 계측된다. 이때, 혈압 측정을 정확하게 행하려면, 펌프로부터 발생하는 가압 리플을 제거하고, 순수하게 인체 압맥파를 계측할 것이 요구된다. 따라서 종래, 가압 리플을 제거하기 위한 다양한 기술이 제안되어 있다[예를 들면, 일본 특허 공개 2003-162283호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 공개 평 7-210167호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 공개 평 11-276447호 공보(특허문헌 3) 참조).

일본 특허 공개 2003-162283호 공보(특허문헌 1)에서는, 탱크와 세관을 구비한 음향 필터로서, 필터 케이스를 중첩시킴으로써 탱크 및 세관을 형성하는 음향 필터가 제안되어 있다. 일본 특허 공개 평 7-210167호 공보(특허문헌 2)에서는, 탱크와 세관을 구비한 음향 필터로서, 필터 케이스와 패킹을 중첩시킴으로써 탱크 및 세관을 형성하는 음향 필터가 제안되어 있다.

일본 특허 공개 평 11-276447호 공보(특허문헌 3)에서는, 에어 펌프의 리플 성분을 출력하는 저역 차단 필터, 저역 차단 필터의 출력을 입력으로 하는 리플 억제용 비교기 및 리플 억제용 비교기의 출력과 용적 보상용 비교기의 출력을 가산하는 가산기를 구비하는 혈압계가 제안되어 있다. 또한, 압력 센서에 의해 얻어진 커프 내의 압력 신호가 저역 차단 필터를 통해 혈압 신호 성분을 포함하지 않는 펌프의 리플 성분으로만 되게 하고, 저역 차단 필터로부터의 신호를 리플 억제용 비교기에 의해 기준치 제로와 비교하고, 리플 억제용 비교기로부터 출력되는 오차 신호를 가산기에서 용적 보상용 비교기의 오차 신호에 가산하여 밸브 제어기에 입력하고, 누설 밸브를 제어함으로써, 혈압계에서의 펌프 리플 신호를 제거하는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 2003-162283호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평 7-210167호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 평 11-276447호 공보

그러나, 일본 특허 공개 2003-162283호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 공개 평 7-210167호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 공개 평 11-276447호 공보(특허문헌 3)에 제안되어 있는 종래의 방법은, 펌프로부터 발생하는 가압 리플 자체를 감소시키는 방법은 아니다. 이 때문에, 펌프의 가압 리플로 인한 가압 소음이 크다는 문제가 여전히 남는다. 또한, 압력 센서 입구부에 음향 필터를 설치하는 구성이기 때문에, 에어 배관이 복잡해지고, 부품수가 증가하며, 비용이 증가하는 등의 문제가 있다. 또한, 일본 특허 공개 평 11-276447호 공보(특허문헌 3)에 기재된 방법에서는, 리플 억제용 비교기, 저역 차단 필터, 밸브 제어기 등이 필요하여, 에어계 부품이 증가하여 복잡해지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은, 펌프로부터 토출되는 기체의 가압 리플을 감소시키는 것을 가능하게 하는 다이어프램 펌프를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 다이어프램 펌프를 구비하는 혈압계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 다이어프램 펌프는, 펌프실의 용적 변화에 따라 기체를 수송하는 펌프로서, 펌프실로부터 유출되는 기체의 흐름을 허용하고 그 역방향으로의 흐름을 금지하는 토출 밸브와, 토출 밸브를 거쳐 펌프실로부터 유출된 기체가 유입되는 공기실과, 다이어프램 펌프의 외부로 배기로를 경유하여 기체를 토출하는 토출구와, 공기실과 배기로를 구획하는 격벽부를 구비한다. 격벽부에는, 공기실과 배기로를 연통시키는 관통구멍부가 형성되어 있다. 관통구멍부는 공기실로부터 토출구로 흐르는 기체의 유량을 제한한다.

상기 다이어프램 펌프에 있어서, 펌프실이 복수 개 설치되고 있고, 공기실 및 관통구멍부가 펌프실과 동수 설치될 수도 있다.

상기 다이어프램 펌프에 있어서, 펌프실이 복수 개 설치되고 있고, 공기실이 하나 설치되어 있으며, 복수 개의 펌프실로부터 유출된 기체가 공기실에 모일 수도 있다.

본 발명에 따른 혈압계는 피측정자의 혈압 측정 부위에 장착되며, 기체가 충전되는 기체 주머니를 갖는 커프를 구비한다. 또한 혈압계는, 기체 주머니로 기체를 이송시키는 전술한 어느 하나의 양태의 다이어프램 펌프를 구비한다. 또한 혈압계는, 커프 내의 압력을 검출하는 압력 검출부를 구비한다. 또한 혈압계는, 압력 검출부에 의해 검출된 압력치로부터 피측정자의 혈압을 측정하는 측정부를 구비한다.

이 다이어프램 펌프에 의하면, 펌프실로부터 기체를 유출시키는 토출 밸브와 다이어프램 펌프의 외부로 기체를 토출하는 토출구와의 사이에, 공기실 및 관통구멍부가 설치되어 음향 필터를 구성하고 있다. 이 음향 필터의 작용에 의해, 펌프로부터 토출되는 기체의 가압 리플을 감소시킬 수 있으므로, 종래 사용되던 압력 센서 입구부의 음향 필터를 필요로 하지 않아, 펌프의 소형화가 가능하다. 또한, 펌프 내부에서 가압 리플을 감소시킬 수 있기 때문에, 가압 리플로 인한 펌프 소음을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 다이어프램 펌프의 구성을 도시하는 평면 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시한 II-II 선을 따른 다이어프램 펌프의 단면 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시한 III-III 선을 따른 다이어프램 펌프의 단면 모식도이다.
도 4는 음향 필터를 전기적 등가 회로로 나타낸 회로도이다.
도 5는 다이어프램 펌프의 주파수와 가압 리플의 저감률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 혈압계의 외관을 보인 전체 사시도이다.
도 7은 혈압계의 내부 구성을 보인 블럭도이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에서, 동일하거나 상응하는 부분에는 동일한 참조 번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.

또한, 이하에 설명하는 실시 형태에서 각각의 구성 요소는 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고 본 발명에 있어 반드시 필수적인 것은 아니다. 또한, 이하의 실시 형태에서 개수, 양 등에 언급이 있는 경우, 특별히 기재가 있는 경우를 제외하고 상기 개수 등은 예시로서, 본 발명의 범위가 반드시 그 개수, 양 등에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 다이어프램 펌프의 구성을 도시하는 평면 모식도이다. 도 2는 도 1에 도시한 II-II 선을 따른 다이어프램 펌프의 단면 모식도이다. 도 3은 도 1에 도시한 III-III 선을 따른 다이어프램 펌프의 단면 모식도이다. 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 다이어프램 펌프(1)의 하부에는, 소형의 직류 모터인 모터(2)가 설치되어 있다. 모터(2)에는, 모터(2)의 회전 운동에 의해 회전하는 출력축(3)이 부착되어 있다. 출력축(3)은, 다이어프램 펌프(1)의 하부 케이스(4)의 내부까지 연장되어 있다.

출력축(3)의 단부에는 회전체(5)가 고정되어 있다. 회전체(5)는 출력축(3)과 일체로 되어 회전 운동한다. 회전체(5)에는 구동축(6)이 고정되어 있다. 회전체(5)에 고정되어 있는 구동축(6)의 일측의 단부인 기단(基端)은, 출력축(3)의 회전 중심의 연장선으로부터 이격되어 위치해 있다. 한편, 구동축(6)의 타측의 단부측은, 그 중심축의 연장선이 출력축(3)의 회전 중심의 연장선과 교차해 있다. 따라서, 구동축(6)은 출력축(3)에 대해 경사져 있다.

구동축(6)의 선단측에는, 구동체(7)가 회전 가능하게 삽입 관통되어 있다. 구동체(7)는, 평면 형상이 원 형상으로 형성되어 있다. 구동체(7)에는, 3개의 관통 구멍(8)이 서로 120° 간격으로 형성되어 있다. 구동체(7)의 하방에는, 구동축(6)이 연장되는 방향으로 연장되는 통 형상의 지지부(9)가 형성되어 있고, 구동축(6)의 선단부는 지지부(9)의 중앙에 마련된 구멍에 회전 가능하게 삽입 관통되어 있다. 구동체(7)의 주위를 에워싸도록, 상부 케이스(10)가 배치되어 있다. 상부 케이스(10)는 그 하단부에서, 하부 케이스(4)의 상단부에, 나사 작용 등에 의해 고정되어 있다.

상부 케이스(10)의 상측에는, 다이어프램 본체(11)가 설치되어 있다. 다이어프램 본체(11)는, 부드럽고 얇은 고무 등의 탄성재 등에 의해 형성되어 있으며, 원판형으로 성형되어 있다. 다이어프램 본체(11)의 하방에는, 120°의 동일한 각도 간격으로 형성된 펌프실(12)이 형성되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 펌프실(12)은 평면 형상이 원형으로 형성되어 있다.

펌프실(12)의 하방에는, 종 형상(bell-shaped)의 구동부(13)가 마련되어 있다. 구동부(13)의 선단에는, 가는 경부(頸部)를 사이에 두고 헤드부(14)가 형성되어 있다. 구동체(7)에 형성된 관통 구멍(8)을 헤드부(14)가 관통하고, 상기 경부가 관통 구멍(8)의 내부에 위치하도록 배치되어, 구동체(7)에 다이어프램 본체(11)가 조립 장착되어 있다. 구동부(13)의 외주부에는, 신축 가능하게 설치된 박막형의 다이어프램부(15)가 부착되어 있다. 다이어프램부(15)는, 펌프실(12)의 원형의 평면 형상의 주연부를 형성하는 다이어프램 본체(11)와, 구동부(13)의 외주부를 기밀 상태로 연결한다.

다이어프램 본체(11)의 상측에는, 펌프실(12)을 상측으로부터 덮는 밸브 하우징(16)이 설치되어 있다. 펌프실(12)은, 구동부(13), 다이어프램부(15), 다이어프램 본체(11) 및 밸브 하우징(16)에 의해 에워싸이도록 형성되어 있다. 또한, 펌프실(12)의 내면이 상부 케이스(10)의 내측면을 포함하도록 펌프실(12)을 형성할 수도 있다.

밸브 하우징(16)의 상측에는, 기체 포집체(17)가 더 설치되어 있다. 밸브 하우징(16)과 기체 포집체(17)의 사이에 협지되도록, 흡기 밸브(20)와 토출 밸브(30)가 배치되어 있다. 흡기 밸브(20)는, 펌프실(12) 내로 기체를 유입시키는 통기로 내에 설치된 체크 밸브이다. 토출 밸브(30)는, 펌프실(12)로부터 기체를 유출시키는 통기로 내에 설치된 체크 밸브이다. 또한, 도 1에 도시한 평면 모식도에서는, 흡기 밸브(20) 및 토출 밸브(30)가 설치되어 있는 단면에서의 다이어프램 펌프(1)의 평면도를 도시하고 있다.

이 다이어프램 펌프(1)에 의해 수송되는 기체는, 기체 포집체(17)의 내부에 형성된 공기실(41), 배기로(42)를 경유하여, 토출구(43)를 통하여 다이어프램 펌프(1)의 외부로 토출된다. 기체 포집체(17)의 일부가 내측으로 돌출하여, 공기실(41)과 배기로(42)를 구획하는 격벽부(18)를 형성한다. 격벽부(18)의 일부에 소직경의 관통구멍부(44)가 형성되어 있고, 관통구멍부(44)에 의해 공기실(41)과 배기로(42)가 연통되어 있다. 공기실(41)로부터 토출구(43)에 이르는 통기로의 직경은, 관통구멍부(44)에서 상대적으로 작게 되어 있다.

펌프실(12)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 120°의 각도 간격으로 3곳에 설치되어 있다. 펌프실(12)로부터 유출된 공기는, 토출 밸브(30)를 경유하여 공기실(41)로 유입된다. 3개의 펌프실에 대응하여 공기실(41)도 3개 설치되어 있으며, 또한 공기실(41)로부터의 공기의 출구가 되는 관통구멍부(44)도 3개 형성되어 있다. 즉, 공기실(41) 및 관통구멍부(44)는 펌프실(12)과 동수 설치되어 있다.

하부 케이스(4), 상부 케이스(10) 및 다이어프램 본체(11)에 의해 에워싸인 공간은, 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간을 형성한다. 흡기로(19)가 하부 케이스(4) 또는 상부 케이스(10)의 적어도 일측의 1곳 또는 복수 곳에 형성되어, 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간과 다이어프램 펌프(1)의 외부를 연통시킨다. 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간에는, 흡기로(19)를 경유하여 계외로부터 대기가 유입된다.

다이어프램 본체(11)와 구동부(13)는, 박막형의 다이어프램부(15)에 의해 기밀 상태로 연결되어 있다. 따라서, 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간과 펌프실(12)은 별도의 공간으로 되어 있다. 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간과 펌프실(12)은 흡기 밸브(20)가 개방 상태로 될 때에만 흡기 밸브(20)를 포함하는 통기로를 경유하여 연통되는 구조로 형성되어 있다.

다이어프램 펌프(1)의 동작에 대해 이하에 설명한다. 모터(2)가 통전되어 출력축(3)이 회전하면, 출력축(3)의 회전이 회전체(5)를 통하여 구동축(6)에 전달되고, 경사진 편심 회전축인 구동축(6)이 회전한다. 구동축(6)은 구동체(7)에 회전 가능하게 조립 장착되어 있고, 또한, 각 펌프실(12)의 구동부(13)는 헤드부(14)를 연결하는 경부에서 구동체(7)에 고정되어 있다. 따라서, 구동축(6)이 회전하면, 구동체(7)와 각 펌프실(12)의 조립 장착부는 120°의 위상차로 상하 방향으로 진동한다.

이 진동에 의해, 구동부(13)는 상하 방향으로 왕복 운동한다. 이 구동부(13)의 상하 방향의 진동에 의해 다이어프램부(15)가 신축하여, 펌프실(12)의 용적을 주기적으로 변화시킨다. 즉, 구동부(13)가 하방으로 이동하면 펌프실(12)의 용적이 증가하고, 구동부(13)가 상방으로 이동하면 펌프실(12)의 용적이 감소한다. 펌프실(12)은, 그 용적이 변화할 수 있도록 형성된 가변 용적실이다. 다이어프램부(15)는 고무 등의 두께가 얇은 탄성 재료에 의해 형성되어 용이하게 변형될 수 있기 때문에, 구동체(7)에 의해 왕복 이동 가능하게 지지된 구동부(13)의 왕복 운동에 의해, 기체를 수송하는 펌프 작용을 행할 수 있게 되어 있다.

구동부(13)가 하방으로 이동하여 펌프실(12)의 용적이 증가하면, 펌프실(12)의 내부가 감압된다. 펌프실(12)의 내부가 감압되면, 토출 밸브(30)의 밸브체가 밸브 하우징(16)에 밀착하여 토출 밸브(30)가 폐쇄되고, 공기실(41)로부터 토출 밸브(30)를 경유하여 펌프실(12) 내로 공기가 역류하는 것을 방해한다. 한편, 흡기 밸브(20)의 밸브체는, 펌프실(12)의 내부의 압력의 변화에 따라 탄성 변형된다. 이에 따라 흡기 밸브(20)가 개방되어, 도 2 및 도 3의 도면 좌측의 흰색 화살표로 도시한 바와 같이, 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간으로부터 흡기 밸브(20)를 경유하여 공기가 흘러, 펌프실(12)로 공기가 유입된다.

구동부(13)가 상방으로 이동하여 펌프실(12)의 용적이 감소하면, 펌프실(12)의 내부가 증압된다. 펌프실(12)의 내부가 증압되면, 흡기 밸브(20)의 밸브체가 밸브 하우징(16)에 밀착하여 흡기 밸브(20)가 폐쇄되고, 펌프실(12)로부터 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간으로의 공기의 역류를 방해한다. 한편, 토출 밸브(30)의 밸브체는, 펌프실(12)의 내부의 압력의 변화에 따라 탄성 변형된다. 이에 따라, 토출 밸브(30)가 개방되어, 도 3의 도면 우측의 흰색 화살표로 도시한 바와 같이, 토출 밸브(30)를 경유하여 펌프실(12)로부터 공기실(41)로 공기가 유출된다.

상기한 바와 같이, 각 펌프실(12)에 구비된 구동부(13)를 왕복 운동시켜 펌프실(12)의 용적을 변화시킴으로써, 흡기 밸브(20)를 경유하여 공기를 펌프실(12) 내로 흡입하고, 또한 토출 밸브(30)를 경유하여 공기를 펌프실(12)로부터 배출하여, 다이어프램 펌프(1)가 공기를 수송할 수 있게 되어 있다. 흡기 밸브(20)는, 다이어프램 펌프(1)의 내부 공간으로부터 펌프실(12)을 향하는 기체의 흐름을 허용하고 그 역방향으로의 흐름을 금지하는 체크 밸브로서 작용한다. 토출 밸브(30)는, 펌프실(12)로부터 유출되어 토출구(43)를 향하는 기체의 흐름을 허용하고 그 역방향으로의 흐름을 금지하는 체크 밸브로서 작용한다.

토출 밸브(30)를 경유하여 펌프실(12)로부터 유출된 공기는, 전술한 바와 같이, 기체 포집체(17)의 내부에 형성된 공기실(41), 배기로(42)를 지나 토출구(43)를 통하여 외부로 흐른다. 공기실(41)과 배기로(42)는 격벽부(18)에 의해 구획되어 있다. 격벽부(18)에 형성된 관통구멍부(44)를 통하여, 공기실(41)로부터 배기로(42)로 공기가 흐른다. 관통구멍부(44)는 공기실(41) 및 배기로(42)에 대하여, 공기의 유로 단면적이 상대적으로 작아지도록 형성되어 있으며, 공기의 흐름이 관통구멍부(44)에 의해 규제되어 있다. 격벽부(18)에 형성된 관통구멍부(44)는, 공기실(41)로부터 배기로(42)를 거쳐 토출구(43)로 흐르는 공기의 유량을 제한하는 조절부로서 기능한다.

펌프실(12)의 용적 변화에 의해 공기가 단속적으로 펌프실(12)로부터 배출되므로, 펌프실(12)로부터 공기실(41)로 단속적으로 공기가 유입된다. 즉, 펌프실(12)로부터 유출되는 공기의 유량은 항상 일정하지 않고 변동된다. 120°의 동일한 각도 간격으로 3개의 펌프실(12)이 설치된 3기통 타입의 다이어프램 펌프를 사용함으로써, 펌프실(12)을 1개만 갖는 단기통 타입의 다이어프램 펌프와 비교하면 공기의 유량의 변동을 억제할 수 있지만, 여전히 공기 유량의 변동은 잔존한다. 펌프로부터 유출되는 공기의 유량이 변동하면, 펌프의 가압 리플이 발생하여 펌프 소음이 증가하게 된다.

따라서, 본 실시 형태의 다이어프램 펌프(1)에서는, 펌프실(12)로부터 유출된 공기가 공기실(41)에서 일시적으로 저장되고, 공기실(41)로부터 배기로(42)로 흐르는 공기의 유량을 관통구멍부(44)에 의해 조절하여, 배기로(42)로 흐르는 공기의 양을 보다 균일화할 수 있도록 조정되고 있다. 공기실(41) 및 관통구멍부(44)가 설치되어 있는 본 실시 형태의 다이어프램 펌프(1)에서는, 공기실(41)로부터 배기로(42)로 흐르는 공기의 유량의 균일성이 향상된다.

즉, 다이어프램 펌프(1)는, 펌프실(12)로부터 토출구(43)로 흐르는 공기를 일시적으로 축적하는 어큐뮬레이터의 기능을 갖는 공기실(41)을 구비하며, 격벽부(18)에는, 공기실(41)로부터 유출되는 공기의 유량을 규제하는 관통구멍부(44)가 형성되어 있다. 따라서, 다이어프램 펌프(1)로부터 유출되는 공기의 유량의 변동이 억제되고 있다. 따라서, 다이어프램 펌프(1)로부터 배출되는 공기의 압력 변동, 즉 가압 리플이 억제되고 있다. 공기실(41) 및 관통구멍부(44)는, 다이어프램 펌프(1)의 가압 리플을 제거하는 음향 필터로서 기능한다.

이와 같이 음향 필터가 펌프실(12)로부터 토출구(43)에 이르는 통기로에 배치되어 있고, 다이어프램 펌프(1)의 내부에 음향 필터가 설치되어 있음으로써, 다이어프램 펌프(1)의 내부에서 가압 리플을 저감시킬 수 있다. 가압 리플의 억제에 따라 가압 음도 저감되므로, 다이어프램 펌프(1)가 발생하는 소음도 억제할 수 있다.

도 4는 음향 필터를 전기적 등가 회로로 나타낸 회로도이다. 본 실시 형태의 음향 필터에서는, 음향 필터로부터 유출되는 공기[즉, 배기로(42)로 유출되는 공기]에 의한 가압 리플을 전압 V로 하고, 해당 공기의 유량을 전류 I라고 하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 세관을 형성하는 관통구멍부(44)를 저항 R로 하고, 공기를 저장하는 에어 탱크로서 기능하는 공기실(41)을 콘덴서 C로 한 R-C 회로로 나타낼 수 있다. 저항 R은 관통구멍부(44)가 격벽부(18)를 관통하여 형성된 길이에 비례하고, 또한 콘덴서 C의 정전 용량은 공기실(41)의 용적에 비례한다.

전압 V₀은 도 4에 도시한 전기 회로에 대한 입력 전압을 나타내며, 음향 필터를 설치하지 않는 경우의 가압 리플에 해당한다. 또한 전압 V₁은 도 4에 도시한 전기 회로로부터의 출력 전압을 나타내며, 음향 필터를 설치한 경우의 가압 리플에 해당한다. 이 전압 V₀와 전압 V₁의 사이에는, 주파수를 f라고 하면, 수학식 1의 관계식이 성립한다.

여기서, ω는 각 주파수로서, 주파수 f와 각 주파수 ω 사이에는 수학식 2의 관계식이 성립한다.

따라서, 음향 필터에서의 감쇠율은, 주파수 f의 함수로서 수학식 3에 나타낸 식으로 표시된다.

도 5는 다이어프램 펌프(1)의 주파수와 가압 리플의 저감률의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5 중의 횡축은 주파수(단위: Hz)를 나타내고, 좌측의 종축은 FFT(고속 푸리에 변환)를 이용한 스펙트럼 애널라이저에 의한 출력치(단위: dBV)를 나타내고, 우측의 종축은 다이어프램 펌프(1)의 모터(2)의 전압(단위: V)을 나타낸다. 도 5에 도시한 그래프 (1)은, 음향 필터를 설치한 경우의 주파수와 FFT 스펙트럼 출력의 관계를 나타낸다. 그래프 (2)는, 음향 필터를 설치하지 않는 경우의 주파수와 FFT 스펙트럼 출력의 관계를 나타낸다. 그래프 (3)은, 주파수와 모터 전압의 관계를 나타낸다.

어느 특정 주파수에서의 그래프 (1)과 그래프 (2)의 FFT 스펙트럼 출력의 값의 차가, 해당 주파수에서의 음향 필터에 의한 가압 리플의 감쇠율을 나타낸다. 도 5에 도시한 바와 같이, 그래프 (1)과 그래프(2)의 FFT 스펙트럼 출력 값의 차는, 주파수 100 Hz 부근과 비교하여, 주파수 195 Hz 부근에서 보다 증가하고 있다. 즉, 주파수 195 Hz 부근에서, 음향 필터에 의한 가압 리플을 감쇠시키는 효과를 더욱 현저하게 얻을 수 있게 된다.

도 5의 그래프 (3)에 의하면, 주파수 195 Hz 부근의 모터(2)의 전압은, 약 3 V로 되어 있다. 3기통의 다이어프램 펌프(1)의 경우, 모터(2)의 회전수를 4000 rpm으로 했을 때의 주파수가 200 Hz이다. 즉, 본 실시 형태의 다이어프램 펌프(1)의 경우, 모터(2)에 인가하는 전압을 약 3 V로 하고, 모터(2)의 회전수를 4000 rpm보다 약간 작게 했을 때, 음향 필터[공기실(41) 및 관통구멍부(44)]에 의해 가압 리플을 저감시키는 효과를 보다 효과적으로 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 다이어프램 펌프(1)는, 펌프실(12)로부터 유출된 기체가 유입되는 공기실(41)과, 공기실(41)로부터 토출구(43) 쪽으로 흐르는 공기의 유량을 제한하는 관통구멍부(44)가 형성된 격벽부(18)를 구비한다. 이와 같이 하면, 공기실(41) 및 관통구멍부(44)가 음향 필터로서 작용하기 때문에, 다이어프램 펌프(1)로부터 토출되는 공기압의 가압 리플을 감소시킬 수 있다.

또한, 복수 개 설치된 펌프실(12)에 대해, 각각 대응하는 공기실(41) 및 관통구멍부(44)가 독립적으로 설치되어 있고, 공기실(41) 및 관통구멍부(44)가 펌프실(12)과 동수 설치되어 있는 구성이지만, 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 펌프실(12)이 복수 개 설치되어 있고, 공기실이 하나 설치되어 있으며, 또한 공기실로부터의 공기의 출구가 되는 관통구멍부도 하나 형성되어 있고, 복수 개의 펌프실(12)로부터 유출된 기체가 하나의 공기실로 모이는 구성으로 할 수도 있다. 이러한 구성으로 해도, 복수 개의 펌프실(12)과 동수의 공기실(41) 및 관통구멍부(44)를 설치하고 있는 병렬 구성에 비교하여, 전기적 등가 회로의 관점에서 보면 동등한 감쇠율을 얻을 수 있어, 가압 리플의 감쇄 효과가 동등해진다.

다음으로, 가정용 혈압계(300)의 개략 구성에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 혈압계의 외관을 나타내는 전체 사시도이고, 도 7은 혈압계의 내부 구성을 나타내는 블럭도이다. 두 도면을 참조하면, 혈압계(300)는, 혈압 측정을 위한 제어 장치가 내장된 본체부(301)와, 피측정자의 혈압 측정 부위에 장착되어 공기압에 의해 혈압 측정 부위를 가압하기 위한 커프(302)와, 본체부(301) 및 커프(302)를 연결하는 에어관(312)을 구비한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본체부(301)는, 피측정자가 혈압치 등의 표시 내용을 확인할 수 있도록 설치된 표시부(303)와, 피측정자가 외부에서 혈압계(300)를 조작할 수 있도록 설치된 조작부(304)를 외표면에 갖는다. 커프(302)는, 본체부(301)로부터 송출되고 에어관(312)을 경유하여 이송되는 공기가 충전되어 저장되고, 피측정자의 혈압 측정 부위(상완부)의 동맥을 압박하기 위해 사용되는 압박용 공기 주머니(309)를 갖는다. 또한 커프(302)는, 공기 주머니(309)가 그 내면측에 설치되고, 피측정자의 상완부에 장착하기 위한 띠 형태의 밴드(310) 및 밴드(310)를 상완부에 감아 고정하기 위한 면 패스너(311)를 갖는다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본체부(301)의 내부에는, 혈압 측정용 에어계(305)가 마련되어 있다. 혈압 측정용 에어계(305)는, 커프(302) 내의 압력(커프압)을 검출하는 압력 검출부로서의 압력 센서(102), 공기 주머니(309)에 기체(공기)를 이송하여 커프압을 상승시키는 다이어프램 펌프(1), 공기 주머니(309)로부터 배출되는 기체의 유량을 제어하는 컨트롤 밸브(104)를 포함한다.

압력 센서(102)는, 커프(302)에 내장된 공기 주머니(309)를 개재시켜 검출되는 피측정 부위의 맥압의 변화를 맥파의 신호로서 출력한다. 다이어프램 펌프(1) 및 컨트롤 밸브(104)는, 공기 주머니(309)에 의한 가압(공기압) 레벨을 조정한다. 공기 주머니(309)와, 압력 센서(102), 다이어프램 펌프(1) 및 컨트롤 밸브(104)는 에어관(312)에 의해 접속되어 있다.

또한 본체부(301)의 내부에는, 측정부의 일례로서의 CPU(Central Processing Unit)(110)가 설치되어 있다. CPU(110)는, 압력 센서(102), 다이어프램 펌프(1), 컨트롤 밸브(104) 등의 기기를 제어하고, 압력 센서(102)에 의해 검출된 압력치로부터 피측정자의 혈압치, 맥박수 등을 측정한다.

또한 본체부(301)는, 압력 센서(102)로부터 출력된 커프압의 신호를 증폭시키는 증폭기(105), 증폭기(105)로부터 출력된 증폭후의 커프압의 아날로그 신호를 입력하여 디지탈 신호로 변환하여 CPU(110)에 출력하는 A/D(아날로그/디지탈) 변환기(109), 다이어프램 펌프(1)를 구동하는 펌프 구동 회로(107), 컨트롤 밸브(104)의 개폐를 조정하기 위한 밸브 구동 회로(108)를 구비한다. 또한 본체부(301)는, 측정 결과 데이터, 혈압 측정 동작, 표시부(303)에 의한 표시 동작, 통신 동작 등을 제어하기 위한 각종 프로그램 및 데이터가 저장되는 메모리(111)를 구비한다.

상기 구성을 구비하는 혈압계(300)에서, 피측정자의 혈압을 측정하는 경우에는, 커프(302)가 피측정자의 혈압 측정 부위(상완)에 장착된다. CPU(110)의 제어 하에, 컨트롤 밸브(104)를 폐쇄 상태로 하여, 다이어프램 펌프(1)로부터 토출되는 공기가 전부 공기 주머니(309)로 유출되도록 하여 공기 주머니(309)를 가압한다. 한편, 컨트롤 밸브(104)를 개방 상태로 하여, 공기 주머니(309) 내의 공기를 컨트롤 밸브(104)를 통해 외부로 방출하여 공기 주머니(309)를 감압한다. 이 때 CPU(110)는, 압력 센서(102)에 입력된 인체 압맥파 신호를 디지털 데이터로 변환한 후, 해당 데이터에 대해 소정의 알고리즘을 적용하여 최고 혈압 및 최저 혈압을 결정하고, 맥박수를 산출한다.

이 혈압계(300)에서는, 음향 필터를 구성하는 공기실(41) 및 관통구멍부(44)가 다이어프램 펌프(1)의 내부에 형성되어 있고, 다이어프램 펌프(1)로부터 발생하는 가압 리플을 제거할 수 있는 구성으로 되어 있다. 다이어프램 펌프(1)로부터 토출되는 공기의 가압 리플을 감소시킬 수 있으므로, 인체로부터 센싱된 압맥파에 노이즈의 영향을 없애 혈압 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래 다이어프램 펌프에서는 가압 리플에 의한 가압 소음이 발생했었으나, 이 구성에 의해 펌프 리플 감소에 따른 펌프 자체의 가압 소음 감소를 구현할 수 있다.

또한, 인체 압맥파를 계측하기 위해 설치한 압력 센서(102)의 입구에 노이즈 제거용 음향 필터를 설치할 필요가 없다. 따라서, 혈압계(300)를 구성하는 부품수를 저감할 수 있으므로, 혈압계(300)의 비용을 저감할 수 있고, 또한 혈압계(300)의 본체부(301)의 소형화를 달성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시 형태에 대해 설명을 했으나, 이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구 범위에 의해 개시되며, 청구 범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

1…다이어프램 펌프, 2…모터, 3…출력축, 4…하부 케이스, 5…회전체, 6…구동축, 7…구동체, 8…관통 구멍, 9…지지부, 10…상부 케이스, 11…다이어프램 본체, 12…펌프실, 13…구동부, 14…헤드부, 15…다이어프램부, 16…밸브 하우징, 17…기체 포집체, 18…격벽부, 19…흡기로, 20…흡기 밸브, 30…토출 밸브, 41…공기실, 42…배기로, 43…토출구, 44…관통구멍부, 102…압력 센서, 104…컨트롤 밸브, 300…혈압계, 301…본체부, 302…커프, 305…혈압 측정용 에어계, 309…공기 주머니, 312…에어관.

Claims (4)

1. 펌프실(12)의 용적 변화에 따라 기체를 수송하는 다이어프램 펌프(1)로서,
   상기 펌프실(12)로부터 유출되는 기체의 흐름을 허용하고, 그 역방향으로의 흐름을 금지하는 토출 밸브(30)와,
   상기 토출 밸브(30)를 거쳐 상기 펌프실(12)로부터 유출된 기체가 유입되는 공기실(41)과,
   상기 다이어프램 펌프(1)의 외부로 배기로(42)를 경유하여 기체를 토출하는 토출구(43)와,
   상기 공기실(41)과 상기 배기로(42)를 구획하는 격벽부(18)
   를 구비하고,
   상기 격벽부(18)에는 상기 공기실(41)과 상기 배기로(42)를 연통시키는 관통구멍부(44)가 형성되어 있고,
   상기 관통구멍부(44)는 상기 공기실(41)로부터 상기 토출구(43)로 흐르는 기체의 유량을 제한하며,
   상기 펌프실(12)로부터 상기 토출 밸브(30)를 경유하여 상기 공기실(41)로 유출된 공기는, 상기 공기실(41)에서 일시적으로 저장되고 나서, 상기 관통구멍부(44)를 통하여 상기 배기로(42)로 흐르는 것인 다이어프램 펌프(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 펌프실(12)은 복수 개 설치되어 있고,
   상기 공기실(41) 및 상기 관통구멍부(44)는 상기 펌프실(12)과 동수로 설치되어 있는 것인 다이어프램 펌프(1).
3. 제1항에 있어서, 상기 펌프실(12)은 복수 개 설치되어 있고,
   상기 공기실(41)은 하나 설치되어 있으며,
   복수 개의 상기 펌프실(12)로부터 유출된 기체가 상기 공기실(41)로 모이는 것인 다이어프램 펌프(1).
4. 피측정자의 혈압 측정 부위에 장착되며, 기체가 충전되는 기체 주머니(309)를 갖는 커프(302)와,
   상기 기체 주머니(309)로 기체를 이송시키는 청구항 1에 기재된 다이어프램 펌프(1)와,
   상기 커프(302) 내의 압력을 검출하는 압력 검출부와,
   상기 압력 검출부에 의해 검출된 압력치로부터 피측정자의 혈압을 측정하는 측정부
   를 구비하는 혈압계(300).

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