WO2016024501A1 - 流体制御装置 - Google Patents

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平田篤彦
岡口健二朗
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a fluid control device that controls a fluid in a container.
  • the fluid control device includes a cuff having a fluid bag, a pump unit that supplies air to the fluid bag, a valve that opens and closes to discharge or seal the air in the fluid bag, and a CPU that controls driving of the pump unit and the valve. Is provided.
  • the pressure in the fluid bag is controlled by driving the pump unit and the valve.
  • FIG. 13A is a schematic block diagram of a fluid control device 140 having a conventional configuration.
  • the container 13 is connected to the pump 11 in which the suction port and the discharge port communicate with each other.
  • the pump 11 can transfer a fluid by its driving.
  • the pump 11 can reverse the fluid according to the pressure difference between the suction port and the discharge port of the pump 11 by stopping its driving.
  • the inside of the container 13 can be controlled to a predetermined pressure by repeatedly driving and stopping the pump 11.
  • the fluid inside the container 13 is discharged to the outside through the inside of the pump 11, so that the pressure inside the container 13 is released.
  • the fluid control device 140 even when the main power source is lost, the fluid inside the container 13 is discharged to the outside through the inside of the pump 11, so that the pressure inside the container 13 is released.
  • the fluid control device 140 is used for a human body or the like, it is possible to prevent the internal pressure of the container 13 from being maintained and a danger to the human body or the like.
  • FIG. 13B is a schematic block diagram of a fluid control device 150 having a conventional configuration.
  • an electromagnetic valve 152 is connected between the pump 11 and the container 13.
  • the solenoid valve 152 has a first port and a second port that are shut off when energized and communicate with each other when de-energized.
  • a first port of the electromagnetic valve 152 is connected to the pump 11, and a second port of the electromagnetic valve 152 is connected to the container 13.
  • the fluid control device 150 opens the electromagnetic valve 152 without energizing the electromagnetic valve 152.
  • the fluid control device 150 energizes the electromagnetic valve 152 and closes the electromagnetic valve 152 when maintaining the pressure inside the container 13. Even in the fluid control device 150, when the main power source is lost, the electromagnetic valve 152 is opened, so that the pressure inside the container 13 is released via the pump 11 and the electromagnetic valve 152.
  • FIG. 13C is a schematic block diagram of a fluid control device 160 having a conventional configuration.
  • the first port of the electromagnetic valve 152 is connected between the pump 61 and the container 13, and the second port of the electromagnetic valve 152 is connected to the outside.
  • the fluid is prevented from flowing backward when not energized.
  • the fluid control device 160 energizes the electromagnetic valve 152 and closes the electromagnetic valve 152.
  • the fluid control device 160 opens the electromagnetic valve 152 without energizing the electromagnetic valve 152. Even in the fluid control device 160, when the main power source is lost, the electromagnetic valve 152 is opened, so that the pressure inside the container 13 is released through the electromagnetic valve 152.
  • the pump 11 when the pressure inside the container 13 is kept constant, the pump 11 needs to be continuously driven, so that the power consumption increases. Note that by inserting a check valve between the pump 11 and the container 13, the pressure inside the container 13 can be kept constant without driving the pump 11. Unable to open.
  • the fluid control device 150 when the pressure inside the container 13 is kept constant, it is necessary to continue energizing the electromagnetic valve 152 in order to close the electromagnetic valve 152, so that power consumption increases. Even in the fluid control device 160, when the pressure inside the container 13 is controlled or when the pressure inside the container 13 is maintained, it is necessary to keep the solenoid valve 152 energized in order to close the solenoid valve 152. It gets bigger.
  • An object of the present invention is to provide a fluid control device capable of reducing the power consumption and releasing the pressure inside the container when the power is shut off.
  • the fluid control device of the present invention includes a container, a pump, a valve, and a capacitor or a storage battery.
  • the pump is driven by a main power source and can pressurize or depressurize the container.
  • the suction port and the discharge port of the pump communicate with each other inside.
  • Both or one end of the valve is connected to or communicated with the container and the pump.
  • the valve is driven by the electric power stored in the capacitor or the storage battery to release the pressure of the container.
  • the fluid control device of the present invention may be configured as follows.
  • the valve has a first port connected to the pump and a second port connected to the container, and communicates the first port and the second port when energized, and the first port and the second port when deenergized. Shut off.
  • the valve is energized with the electric power stored in the capacitor or the storage battery when the voltage of the main power source drops or disappears.
  • the fluid control device of the present invention may be configured as follows.
  • the valve has a first port connected to the outside and a second port connected to the pump, and communicates the first port and the second port when energized, and the first port and the second port when deenergized. Shut off.
  • the valve is energized with the electric power stored in the capacitor or the storage battery when the voltage of the main power source drops or disappears.
  • the pressure inside the container is maintained by blocking the first port and the second port of the valve. For this reason, since the valve is not energized when the pressure inside the container is maintained, power consumption can be reduced.
  • the valve is energized with the electric power stored in the capacitor or the storage battery, and the first port and the second port are communicated to release the pressure of the container.
  • the pump may pressurize the inside of the container, and the fluid control apparatus of the present invention may measure blood pressure based on the pressure inside the container.
  • the inside of the container is pressurized by driving the pump and shutting off the first port and the second port of the valve. For this reason, since the valve is not energized when the inside of the container is pressurized, power consumption can be reduced. Further, when the main power supply is turned off or when the voltage of the main power supply decreases, the pressure in the container is released, so that the safety of the subject can be ensured.
  • the container may be a cuff.
  • the fluid control device of the present invention may be configured as follows.
  • the fluid control device of the present invention includes a drive circuit for energizing the valve.
  • the drive circuit includes a capacitor or a storage battery connected to a direct current power source via a diode, and a coil for driving the valve.
  • the drive circuit further includes a switch for applying the electric power stored in the capacitor or the storage battery to the coil when the voltage of the main power source drops or disappears.
  • the switch when the main power supply is turned off or when the voltage of the main power supply decreases, the switch is switched to apply a voltage to the coil for driving the valve.
  • the first port and the second port of the valve communicate with each other, so that the pressure of the container is released.
  • the pressure inside the container can be released when the power is shut off while reducing power consumption.
  • FIG. 1A is a schematic block diagram of the fluid control device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic block diagram of a fluid control device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric pump according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic diagram illustrating the operation of the piezoelectric pump according to the first embodiment.
  • It is a circuit block diagram of the drive circuit which concerns on 1st Embodiment.
  • It is a circuit block diagram of the drive circuit which concerns on 2nd Embodiment.
  • It is a typical block diagram of the fluid control apparatus which concerns on 3rd Embodiment.
  • It is a typical sectional view of a diaphragm pump concerning a 3rd embodiment.
  • FIG. 13A is a schematic block diagram of a fluid control device 140 having a conventional configuration.
  • FIG. 13B is a schematic block diagram of a fluid control device 150 having a conventional configuration.
  • FIG. 13C is a schematic block diagram of a fluid control device 160 having a conventional configuration.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of a fluid control device 170 having a conventional configuration.
  • FIG. 1A is a schematic block diagram of the fluid control apparatus 10.
  • the fluid control apparatus 10 includes a pump 11, a solenoid valve 12, a container 13, and a drive circuit 14 (see FIG. 3).
  • the solenoid valve 12 corresponds to a “valve” of the present invention.
  • the pump 11 is connected to the electromagnetic valve 12 through a tube.
  • the electromagnetic valve 12 is connected to the container 13 via a tube.
  • the pump 11 and the solenoid valve 12 are driven by a drive circuit 14.
  • the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 11.
  • the pump 11, the solenoid valve 12, and the container 13 may be directly connected without using a tube.
  • the pump 11 has a structure in which a suction port and a discharge port communicate with each other inside.
  • the fluid can move in the pump 11 according to the pressure difference between the suction port and the discharge port when not energized.
  • the pump 11 is driven by a piezoelectric element.
  • the solenoid valve 12 is a valve that opens and closes when a magnetic force is generated by energizing the coil and the plunger is moved by the magnetic force.
  • the solenoid valve 12 has a first port and a second port that communicate with each other when energized and are shut off when they are de-energized (cannot communicate with each other).
  • the container 13 has an internal space in which a fluid is stored and an opening that communicates with the internal space.
  • the suction port of the pump 11 communicates with the outside through a flow path in the tube.
  • the discharge port of the pump 11 communicates with the first port of the electromagnetic valve 12 through a flow path in the tube.
  • the second port of the electromagnetic valve 12 communicates with the opening of the container 13 through a flow path in the tube. That is, the pump 11 is connected to the container 13 so as to pressurize the inside of the container 13.
  • FIG. 1B is a schematic block diagram of a fluid control apparatus according to a modification of the first embodiment.
  • the solenoid valve 12 is connected to the pump 11 via a tube.
  • the pump 11 is connected to the container 13 via a tube.
  • the first port of the solenoid valve 12 communicates with the outside through a flow path in the tube.
  • the second port of the solenoid valve 12 communicates with the suction port of the pump 11 through a flow path in the tube.
  • the discharge port of the pump 11 communicates with the opening of the container 13 through a flow path in the tube.
  • This fluid control device performs the same operation as the fluid control device 10.
  • FIG. 2A is a schematic sectional view of the piezoelectric pump 21.
  • the piezoelectric pump 21 is an example of the pump 11.
  • the piezoelectric pump 21 includes a cover plate 22, a flow path plate 23, a counter plate 24, an adhesive layer 25, a vibration plate 26, a piezoelectric element 27, an insulating plate 28, a power supply plate 29, a spacer plate 30, and a lid plate 31 in this order. It becomes.
  • the piezoelectric pump 21 is thin in the stacking direction and has a rectangular shape in plan view (viewed from the stacking direction).
  • a suction port 33 is formed on the cover plate 22 side of the piezoelectric pump 21.
  • a discharge port 34 is formed on the lid plate 31 side of the piezoelectric pump 21. As described above, the discharge port 34 of the piezoelectric pump 21 is connected to the first port of the electromagnetic valve 12 via a tube.
  • a circular flow path hole 37 is formed in the cover plate 22.
  • a circular opening 38 is formed in the flow path plate 23.
  • the opening 38 communicates with the flow path hole 37.
  • the diameter of the opening 38 is larger than the diameter of the flow path hole 37.
  • the counter plate 24 is made of metal.
  • the counter plate 24 is formed with an external connection terminal 35 protruding outward and a circular suction port 33.
  • the suction port 33 communicates with the opening 38.
  • the diameter of the suction port 33 is smaller than the diameter of the opening 38.
  • a bendable movable portion 39 is formed around the suction port 33 of the counter plate 24.
  • the adhesive layer 25 is formed in a frame shape so as to overlap the frame portion 44 of the diaphragm 26.
  • the adhesive layer 25 includes a plurality of conductive particles having a substantially uniform particle size in a thermosetting resin such as an epoxy resin. Thereby, the thickness over the perimeter of the contact bonding layer 25 can be made to be substantially the same as the particle diameter of the conductive particles. Further, the opposing plate 24 and the diaphragm 26 can be electrically connected via the conductive particles of the adhesive layer 25.
  • the diaphragm 26 is made of metal such as SUS301.
  • the diaphragm 26 is opposed to the counter plate 24 with a certain distance therebetween.
  • a gap between the opposing plate 24 and the diaphragm 26 constitutes a pump chamber 40.
  • the diaphragm 26 has a central part 41, a striking part 42, a connecting part 43 and a frame part 44.
  • the central portion 41 has a circular shape in plan view, and is disposed at the center of the diaphragm 26.
  • the frame portion 44 has a frame shape in a plan view and is disposed around the diaphragm 26.
  • the connecting portion 43 has a beam shape and connects the central portion 41 and the frame portion 44.
  • the hitting portion 42 has a circular shape in plan view, and is disposed in the vicinity of the boundary between the central portion 41 and the connecting portion 43.
  • the striking portion 42 is disposed so that the center thereof faces the suction port 33.
  • the diameter of the hitting portion 42 is larger than the diameter of the suction port 33.
  • the hitting portion 42 and the frame portion 44 are thicker than the central portion 41 and the connecting portion 43.
  • the diaphragm 26 is formed with an opening (not shown) surrounded by the components of the diaphragm 26 described above.
  • the pump chamber 40 communicates with the pump chamber 46 through this opening.
  • the piezoelectric element 27 is configured by providing electrodes on both main surfaces of a thin plate made of a piezoelectric material.
  • the piezoelectric element 27 has piezoelectricity such that the area is expanded or reduced in the in-plane direction when an electric field is applied in the thickness direction.
  • the piezoelectric element 27 has a disk shape and is attached to the upper surface of the central portion 41 of the diaphragm 26.
  • the electrode on the lower surface of the piezoelectric element 27 is electrically connected to the external connection terminal 35 through the diaphragm 26, the adhesive layer 25, and the counter plate 24.
  • the insulating plate 28 is made of an insulating resin.
  • the insulating plate 28 is formed with a rectangular opening in plan view.
  • the power feeding plate 29 is made of metal.
  • the power feeding plate 29 is formed with a rectangular opening in plan view, an internal connection terminal 45 projecting into the opening of the power feeding plate 29, and an external connection terminal 36 projecting outward.
  • the tip of the internal connection terminal 45 is soldered to the electrode on the upper surface of the piezoelectric element 27.
  • the spacer plate 30 is made of resin.
  • the spacer plate 30 is formed with a rectangular opening in plan view.
  • the openings of the insulating plate 28, the power feeding plate 29 and the spacer plate 30 constitute a pump chamber 46 by communicating with each other.
  • the lid plate 31 is formed with a circular discharge port 34 in plan view.
  • the discharge port 34 communicates with the pump chamber 46 and the outside.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing the operation of the piezoelectric pump 21.
  • the piezoelectric element 27 tends to expand and contract in an in-plane direction, and the piezoelectric element 27 and the diaphragm 26 are laminated. Bending vibration in the thickness direction occurs concentrically. This bending vibration is a higher-order resonance mode, in which the frame portion 44 becomes a fixed portion, the center of the central portion 41 becomes the antinode of the first vibration, and the center of the hitting portion 42 becomes the antinode of the second vibration.
  • the vibration of the striking part 42 is transmitted to the movable part 39 via the fluid facing the striking part 42.
  • the fluid flows from the vicinity of the suction port 33 to the outer peripheral side of the movable part 39 in the pump chamber 40.
  • a negative pressure is generated around the suction port 33 in the pump chamber 40, and the fluid is sucked from the suction port 33 into the pump chamber 46.
  • a positive pressure is generated inside the pump chamber 46, and this positive pressure is released at the discharge port 34 of the lid plate 31. Therefore, the fluid sucked into the pump chambers 40 and 46 through the suction port 33 flows out from the pump chambers 40 and 46 through the discharge port 34.
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 14.
  • the drive circuit 14 includes a capacitor C1, a diode D1, transistors Q1 to Q4, resistors R1, R2, and R7, a switch SW1, a booster circuit 15, an oscillation circuit 16, and a microcomputer 17.
  • the capacitor C1 is, for example, an electric double layer capacitor.
  • a storage battery may be used instead of the capacitor C1.
  • the storage battery is, for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
  • the transistors Q1 to Q4 are, for example, MOSFETs.
  • the transistor Q2 corresponds to the “switch” of the present invention.
  • the drive circuit 14 is connected to the main power supply P.
  • the main power source P is a DC power source such as a battery. Connection and disconnection of the drive circuit 14 and the main power supply P are switched by the switch SW1. Instead of using a DC power supply as the main power supply, the output of the AC power supply may be converted by an AC
  • a capacitor C1 is connected between the main power supply P and the ground.
  • a diode D1 is connected between the main power supply P and the capacitor C1.
  • the anode of the diode D1 is connected to the main power supply P, and the cathode of the diode D1 is connected to the capacitor C1.
  • a connection point N1 between the diode D1 and the capacitor C1 is connected to the drains of the transistors Q2 and Q3 via the solenoid valve 12.
  • the sources of the transistors Q2 and Q3 are connected to the ground.
  • a connection point N2 between the diode D1 and the connection point N1 is connected to the drain of the transistor Q1 through the resistor R2.
  • the source of the transistor Q1 is connected to the ground.
  • a connection point between the resistor R2 and the transistor Q1 is connected to the gate of the transistor Q2.
  • a connection point N3 between the main power supply P and the diode D1 is connected to the ground via the resistor R1 and to the gate of the transistor
  • the booster circuit 15 is connected to the main power supply P and to the drain of the transistor Q4.
  • the oscillation circuit 16 is connected to the pump 11 and the booster circuit 15, and is connected to the drain of the transistor Q4.
  • the source of the transistor Q4 is connected to the ground.
  • the microcomputer 17 has terminals P1 to P4.
  • the terminal P1 is a power supply terminal and is connected to the main power supply P.
  • the terminal P2 is a ground terminal and is connected to the ground.
  • Terminal P3 is connected to the gate of transistor Q3.
  • Terminal P4 is connected to the gate of transistor Q4.
  • the microcomputer 17 outputs a solenoid valve drive signal from the terminal P3 and outputs a pump drive signal from the terminal P4.
  • a connection point between the gate of the transistor Q4 and the terminal P4 is connected to the ground via a resistor R7.
  • the switch SW1 When the fluid control device 10 is used, the switch SW1 is turned on. As a result, the main power supply P is turned on to the drive circuit 14, and charges are accumulated in the capacitor C1. That is, electric power is stored in the capacitor C1 while the main power source P is turned on.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 11, the switch SW1 is turned on, the electromagnetic valve drive signal becomes high level, and the pump drive signal is output with a predetermined waveform.
  • the pump drive signal goes high, the transistor Q4 is turned on and the voltage of the main power supply P is applied to the booster circuit 15.
  • the booster circuit 15 boosts and outputs the voltage of the main power supply P. Since the transistor Q4 is turned on, the voltage output from the booster circuit 15 is supplied to the oscillation circuit 16.
  • the oscillation circuit generates a drive voltage for driving the pump 11.
  • the pump 11 is driven with this drive voltage.
  • transistor Q4 When the pump drive signal goes low, transistor Q4 is turned off. For this reason, since a drive voltage is not applied to the pump 11, the pump 11 stops.
  • the output of the pump 11 is controlled by repeatedly driving and stopping the pump 11 according to the pump drive signal. Further, since the solenoid valve drive signal becomes high level, the transistor Q3 is turned on. Thereby, since the solenoid valve 12 is energized by the main power supply P, the solenoid valve 12 is opened, and the inside of the pump 11 and the container 13 is communicated. For this reason, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 11.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on, and the solenoid valve drive signal and the pump drive signal become low level. Since the switch SW1 is on, the transistor Q1 is on and the transistor Q2 is off. Further, since the solenoid valve drive signal becomes low level, the transistor Q3 is turned off. Thereby, since the solenoid valve 12 is not energized, the solenoid valve 12 is closed, and the pump 11 and the inside of the container 13 are shut off. For this reason, the pressure inside the container 13 is maintained. Also, since the pump drive signal goes low, the transistor Q4 is turned off. For this reason, since a drive voltage is not applied to the pump 11, the pump 11 stops.
  • the main power supply P is cut off (turned off) from the drive circuit 14.
  • the interruption of the main power supply P corresponds to the switch SW1 being turned off.
  • the power stored in the capacitor C1 is supplied to the drive circuit 14 while the main power supply P is turned on. Since the voltage from the capacitor C1 is not applied to the gate of the transistor Q1 due to the rectifying action of the diode D1, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on. For this reason, since the solenoid valve 12 is energized with the electric power stored in the capacitor C1, the solenoid valve 12 is opened, and the pump 11 and the inside of the container 13 communicate with each other.
  • the suction port and the discharge port of the pump 11 communicate with each other inside.
  • the inside of the container 13 communicates with the outside of the fluid control device 10.
  • the pump 11 since the electric power stored in the capacitor C1 is not supplied to the pump 11 and the microcomputer 17 due to the rectifying action of the diode D1, the pump 11 is not driven.
  • the fluid inside the container 13 is discharged to the outside, and the pressure in the container 13 is released to the outside.
  • the solenoid valve 12 is less likely to be energized, and the solenoid valve 12 is closed. That is, the pressure in the container 13 is released to the outside for several seconds after the main power supply P is shut off until the charge accumulated in the capacitor C1 decreases.
  • the solenoid valve 12 when the pressure inside the container 13 is maintained, the solenoid valve 12 is not energized, so that power is not consumed by the solenoid valve 12 but power is consumed only by the resistance of the drive circuit 14. . For this reason, the power consumption at the time of using the fluid control apparatus 10 can be reduced. Further, when the main power source P is shut off, the electromagnetic valve 12 is opened for several seconds by the electric power stored in the capacitor C1, so that the pressure of the container 13 can be released to the outside.
  • a large amount of electric power can be stored by using an electric double layer capacitor as the capacitor C1 or by using a storage battery instead of the capacitor C1. For this reason, when the main power supply P is shut off, the solenoid valve 12 is opened for a long time, so that the pressure in the container 13 can be reliably released.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 54.
  • the connection point between the main power supply P and the connection point N3 is connected to the ground via series-connected resistors R3 and R4.
  • a connection point between the resistors R3 and R4 is connected to a terminal P5 of the microcomputer 57.
  • Terminal P5 is an input terminal of the A / D converter.
  • Other configurations of the drive circuit 54 are the same as those of the drive circuit 14.
  • the resistance divided voltage of the main power source P by the resistors R3 and R4 is applied to the terminal P5 of the microcomputer 57.
  • the microcomputer 57 converts the voltage applied to the terminal P5 into a digital value.
  • the microcomputer 57 determines that the voltage of the main power supply P is within a normal range when the digital value is higher than the threshold value, and determines that the voltage of the main power supply P has decreased when the digital value is lower than the threshold value. In this way, a voltage drop of the main power supply P is detected.
  • the threshold is set so that normal operation of the fluid control device is ensured near and above the threshold.
  • the solenoid valve drive signal becomes high level and the pump drive signal becomes low level. Since the pump drive signal goes low, the pump 11 stops. Further, since the electromagnetic drive signal becomes high level, the electromagnetic valve 12 is opened, and the inside of the container 13 communicates with the outside of the fluid control device. For this reason, the fluid inside the container 13 is discharged to the outside, and the pressure in the container 13 is released to the outside.
  • the pump drive signal is not output until the voltage of the main power supply P returns to a normal value. That is, the operation of the pump 11 is prohibited until the fluid control device is restarted due to battery replacement or the like.
  • the operation of the fluid control device at the time of pressure control, pressure holding, and power shutoff is the same as in the first embodiment.
  • the fluid control device may not operate normally. For example, there is a possibility that the transistor Q2 does not normally turn on and off due to the voltage drop of the main power supply P, and the solenoid valve 12 does not open and close.
  • the electromagnetic valve 12 when a voltage drop of the main power supply P is detected, the electromagnetic valve 12 is opened and the fluid inside the container 13 is discharged to the outside. For this reason, even when the voltage of the main power supply P gradually decreases, the pressure of the container 13 can be released to the outside. Further, the pump 11 is stopped until the fluid control device is restarted. For this reason, the fluid control device does not malfunction. Further, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram of the fluid control device 60.
  • the fluid control device 60 includes a pump 61, a solenoid valve 12, a container 13, and a drive circuit 64 (see FIG. 7).
  • the suction port of the pump 61 communicates with the outside through a flow path in the tube.
  • the discharge port of the pump 61 communicates with the opening of the container 13 through a flow path in the tube.
  • the first port of the solenoid valve 12 communicates with a tube flow path disposed between the pump 61 and the container 13.
  • the second port of the solenoid valve 12 communicates with the outside through a flow path in the tube.
  • the pump 61 is connected to the container 13 so as to pressurize the inside of the container 13.
  • the fluid is prevented from flowing backward when not energized. That is, the fluid does not flow inside the pump 61 from the discharge port of the pump 61 toward the suction port when the pump 61 is not energized.
  • the pump 61 is driven by a DC motor.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of the diaphragm pump 71.
  • the diaphragm pump 71 is an example of the pump 61.
  • a suction port 72 and a discharge port 73 are formed in the diaphragm pump 71.
  • the discharge port 73 of the diaphragm pump 71 is connected to the first port of the electromagnetic valve 12 and the opening of the container 13 through a tube.
  • the case 74 is formed in a substantially bottomed cylindrical shape.
  • a motor 75 that is driven by a DC voltage is attached to the bottom of the case 74.
  • An output shaft 76 of a motor 75 is inserted into the case 74 through an opening formed at the bottom of the case 74.
  • a crank base 77 is fixed to the output shaft 76.
  • a drive shaft 78 is attached to the crank base 77 at an angle.
  • a drive body 79 is attached to the drive shaft 78.
  • the driving body 79 includes a bearing portion 80 and a pair of driving elements 81.
  • a drive shaft 78 is rotatably inserted into the bearing portion 80.
  • the pair of driver elements 81 protrude from the bearing portion 80 in opposite directions.
  • a lid 82 is attached to the upper portion of the case 74.
  • a suction port 72 and a discharge port 73 are formed in the lid 82.
  • a suction valve 83 is provided at the suction port 72 of the lid 82.
  • the suction valve 83 is made of an elastic material. The suction valve 83 allows only the flow from the suction port 72 to the pump chamber 84.
  • the pump chamber 84 is formed by dividing a part of the internal space of the case 74 by a diaphragm 85.
  • the diaphragm 85 is made of an elastic material.
  • the diaphragm 85 has a diaphragm portion 86, a piston portion 87 and a discharge valve 88.
  • the diaphragm portion 86 is formed in a thin film shape.
  • the piston part 87 extends downward from the diaphragm part 86 and is attached to the driver 81.
  • the discharge valve 88 extends from the diaphragm portion 86 along the inner wall of the discharge port 73. The discharge valve 88 allows only the flow from the pump chamber 84 to the discharge port 73.
  • the output shaft 76 and the crank base 77 rotate, and the tilt direction of the drive shaft 78 changes periodically. Due to the change in the inclination direction of the drive shaft 78, the inclination of the driver 81 of the drive body 79 changes periodically, the piston part 87 reciprocates, and the volume of the pump chamber 84 changes periodically.
  • the volume of the pump chamber 84 increases, the pump chamber 84 is depressurized, the discharge valve 88 is closed, the suction valve 83 is opened, and the fluid is sucked into the pump chamber 84 from the suction port 72.
  • the pump chamber 84 When the volume of the pump chamber 84 decreases, the pump chamber 84 is pressurized, the suction valve 83 is closed, the discharge valve 88 is opened, and fluid is discharged from the pump chamber 84 to the discharge port 73. In this way, the fluid sucked from the suction port 72 is discharged from the discharge port 73. Further, in the diaphragm pump 71, since the suction valve 83 and the discharge valve 88 are check valves, no back flow occurs even when no power is supplied.
  • FIG. 7 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 64.
  • the drain of the transistor Q4 is directly connected to the pump 61.
  • the drive circuit 64 is not provided with the transistor Q3 of the first embodiment.
  • the microcomputer 67 is not provided with the terminal P3 of the first embodiment.
  • Other configurations of the drive circuit 64 are the same as those of the drive circuit 14.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 61, the switch SW1 is turned on, and the pump drive signal is output with a predetermined waveform.
  • the pump drive signal goes high, transistor Q4 is turned on. For this reason, a DC drive voltage is applied to the pump 61, and the pump 61 is driven.
  • transistor Q4 When the pump drive signal goes low, transistor Q4 is turned off. For this reason, a drive voltage is not applied to the pump 61 and the pump 61 stops.
  • the output of the pump 61 is controlled by repeatedly driving and stopping the pump 61 according to the pump drive signal. Further, since the switch SW1 is turned on, the transistor Q1 is turned on and the transistor Q2 is turned off. Thereby, since the solenoid valve 12 is not energized, the solenoid valve 12 is closed. For this reason, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 61.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on and the pump drive signal becomes low level. Since the switch SW1 is turned on, the solenoid valve 12 is closed as described above. Also, since the pump drive signal goes low, the transistor Q4 is turned off and the pump 61 is not energized. For this reason, as described above, the fluid does not flow backward in the pump 61. As a result, the inside of the container 13 and the outside of the fluid control device 60 are blocked, so that the pressure inside the container 13 is maintained. In addition, since the pump 61 is not energized, the pump 61 is stopped.
  • the solenoid valve 12 opens for a few seconds and the pump 61 stops as in the case of the first embodiment. For this reason, the fluid inside the container 13 is discharged to the outside through the electromagnetic valve 12 according to the differential pressure between the inside of the container 13 and the outside of the fluid control device 60. As a result, the pressure in the container 13 is released to the outside.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained by using the pump 61 having a structure in which a backflow does not occur during non-energization. Further, since the pump 61 is driven by a DC motor, the drive voltage of the pump 61 may be a low DC voltage. For this reason, the drive circuit 64 does not require a booster circuit or an oscillation circuit. As a result, the configuration of the drive circuit 64 can be simplified. Further, it is not necessary to control the solenoid valve 12 by the microcomputer 67.
  • FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 94.
  • the connection point between the main power supply P and the connection point N3 is connected to the ground via series-connected resistors R3 and R4.
  • a connection point between the resistors R3 and R4 is connected to a terminal P5 of the microcomputer 97.
  • Terminal P5 is an input terminal of the A / D converter.
  • the connection point between the solenoid valve 12 and the drain of the transistor Q2 is connected to the drain of the transistor Q3.
  • the source of the transistor Q3 is connected to the ground.
  • the gate of the transistor Q3 is connected to the terminal P3 of the microcomputer 97.
  • the microcomputer 97 outputs a solenoid valve drive signal from the terminal P3.
  • Other configurations of the drive circuit 94 are the same as those of the drive circuit 64.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 61, the switch SW1 is turned on, the electromagnetic valve drive signal becomes low level, and the pump drive signal is output in a predetermined waveform.
  • the pump 61 operates according to the pump drive signal. Further, since the switch SW1 is turned on, the transistor Q1 is turned on and the transistor Q2 is turned off. Since the solenoid valve drive signal becomes low level, the transistor Q3 is also turned off. Thereby, since the solenoid valve 12 is not energized, the solenoid valve 12 is closed. For this reason, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 61.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on, and the solenoid valve drive signal and the pump drive signal become low level. Since the switch SW1 is turned on and the electromagnetic valve drive signal becomes low level, the electromagnetic valve 12 is closed as described above. Further, since the pump drive signal becomes low level, the pump 61 is not energized. For this reason, the fluid does not flow backward in the pump 61. As a result, since the inside of the container 13 and the outside of the fluid control device are blocked, the pressure inside the container 13 is maintained.
  • the microcomputer 97 detects the voltage drop of the main power supply P based on the voltage applied to the terminal P5, as in the second embodiment.
  • the solenoid valve drive signal becomes high level and the pump drive signal becomes low level. Since the pump drive signal goes low, the pump 61 stops. Further, since the electromagnetic drive signal becomes high level, the electromagnetic valve 12 is opened, and the inside of the container 13 communicates with the outside of the fluid control device. For this reason, the fluid inside the container 13 is discharged to the outside, and the pressure in the container 13 is released to the outside.
  • the pump drive signal is not output until the voltage of the main power supply P returns to a normal value. That is, the operation of the pump 61 is prohibited until the fluid control device is restarted due to battery replacement or the like. Note that the operation of the fluid control device when the power is shut off is the same as in the third embodiment.
  • the same effect as that of the second embodiment can be obtained by using the pump 61 having a structure in which a backflow does not occur during non-energization.
  • FIG. 9 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 104.
  • a connection point between the resistor R2 and the gate of the transistor Q2 is connected to a terminal P3 of the microcomputer 107.
  • the microcomputer 107 outputs a solenoid valve drive signal from the terminal P3.
  • the source of the transistor Q2 is connected to the ground via a resistor R5.
  • the diode D2 is connected in parallel with the solenoid valve 12.
  • the transistors Q1 and Q3 and the resistor R1 of the first embodiment are not provided (see FIG. 3).
  • Other configurations of the drive circuit 104 are the same as those of the drive circuit 14. Note that when the drive circuit is configured so that the charge accumulated in the capacitor C1 does not flow to the pump 11 or the microcomputer 107, the diode D1 may not be provided.
  • the diode D2 is provided to protect the solenoid valve 12 from overvoltage.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 11, the switch SW1 is turned on, the electromagnetic valve drive signal becomes high level, and the pump drive signal is output with a predetermined waveform.
  • the pump 11 operates according to the pump drive signal. Further, since the solenoid valve drive signal becomes high level, the transistor Q2 is turned on, the solenoid valve 12 is energized by the main power supply P, and the solenoid valve 12 is opened. For this reason, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 11.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on, and the solenoid valve drive signal and the pump drive signal become low level. Since the solenoid valve drive signal goes low, the transistor Q2 is turned off. For this reason, since the solenoid valve 12 is not energized and the solenoid valve 12 is closed, the pressure inside the container 13 is maintained. Further, since the pump drive signal becomes low level, the transistor Q4 is turned off and the pump 11 is stopped.
  • the terminal P3 of the microcomputer 107 enters a high impedance state.
  • the drive circuit 104 is supplied with power stored in the capacitor C1 while the main power source P is turned on. Therefore, the transistor Q2 is turned on and the solenoid valve 12 is energized. As a result, the electromagnetic valve 12 is opened and the pressure in the container 13 is released to the outside for a few seconds after the main power supply P is shut off until the charge accumulated in the capacitor C1 decreases.
  • the pump 11 is not driven.
  • the circuit configuration of the drive circuit 104 is utilized by utilizing the fact that the input / output terminals of the microcomputer are in a high impedance state when the main power supply P is shut off or when the voltage of the main power supply P decreases.
  • the number of transistors included in the drive circuit 104 is one, and a circuit configuration for detecting a voltage drop of the main power supply P is not necessary. That is, in the fifth embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained while simplifying the circuit configuration of the drive circuit 104.
  • FIG. 10 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 114.
  • the drive circuit 114 is configured similarly to the drive circuit 104 of the fifth embodiment except that the drain of the transistor Q4 is directly connected to the pump 61 (see FIG. 9).
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 61, the switch SW1 is turned on, the electromagnetic valve drive signal becomes low level, and the pump drive signal is output in a predetermined waveform.
  • the pump 61 operates according to the pump drive signal. Further, since the electromagnetic valve drive signal is at a low level, the transistor Q2 is turned off, the electromagnetic valve 12 is not energized, and the electromagnetic valve 12 is closed. For this reason, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 61.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on, and the solenoid valve drive signal and the pump drive signal become low level. Since the solenoid valve drive signal goes low, the transistor Q2 is turned off. For this reason, the solenoid valve 12 is not energized and the solenoid valve 12 is closed. Also, since the pump drive signal goes low, the transistor Q4 is turned off and the pump 61 is not energized. For this reason, as described above, the fluid does not flow backward in the pump 61. As a result, since the inside of the container 13 and the outside of the fluid control device are blocked, the pressure inside the container 13 is maintained.
  • the electromagnetic valve 12 is opened and the pressure of the container 13 is released to the outside as in the case of the fifth embodiment. .
  • the pump 61 is not driven.
  • the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained by using the pump 61 having a structure in which a backflow does not occur during non-energization.
  • FIG. 11 is a schematic block diagram of the fluid control device 120.
  • the fluid control device 120 includes the same configuration as the fluid control device of the sixth embodiment, and includes a cuff 123 as the container 13 of the sixth embodiment.
  • the fluid control device 120 includes a configuration (not shown) necessary for blood pressure measurement such as a pressure sensor.
  • the user When measuring the blood pressure, the user turns on the main power to the fluid control device 120 and performs a predetermined operation.
  • the fluid control device 120 pressurizes the interior of the cuff 123 by closing the electromagnetic valve 12 and driving the pump 61 in the same operation as in the sixth embodiment.
  • the fluid control device 120 measures blood pressure by detecting a pulse wave with a pressure sensor while pressurizing the inside of the cuff 123. That is, the fluid control device 120 measures the blood pressure based on the pressure inside the cuff 123.
  • the pump drive signal becomes low level
  • the transistor Q4 (see FIG. 10) is turned off, and the pump 11 is stopped.
  • the solenoid valve drive signal becomes high level
  • the transistor Q2 is turned on
  • the solenoid valve 12 is energized by the main power supply P
  • the solenoid valve 12 is opened. By opening the solenoid valve 12 for several seconds, the air inside the cuff 123 is discharged to the outside.
  • the solenoid valve 12 is opened and the air inside the cuff 123 is outside as in the case of the fifth embodiment. To be discharged. In this case, as in the case of the fifth embodiment, the pump 61 is not driven.
  • FIG. 14 is a schematic block diagram of a fluid control device 170 having a conventional configuration.
  • the fluid control device 170 is used as a sphygmomanometer.
  • the fluid control device 170 has the same configuration as that of the conventional fluid control device 160 (see FIG. 13), and includes a cuff 123 as the container 13 of the fluid control device 160.
  • the fluid control device 170 includes a configuration (not shown) necessary for blood pressure measurement such as a pressure sensor.
  • the fluid control device 170 When measuring the blood pressure, the fluid control device 170 closes the electromagnetic valve 152 by energizing the electromagnetic valve 152 and drives the pump 61 to pressurize the cuff 123 at a predetermined speed.
  • the fluid control device 170 measures blood pressure by detecting a pulse wave with a pressure sensor while pressurizing the inside of the cuff 123.
  • the fluid control device 170 stops the pump 61 and opens the electromagnetic valve 152 by not energizing the electromagnetic valve 152 to discharge the air inside the cuff 123 to the outside.
  • the solenoid valve 152 is opened when the solenoid valve 152 is not energized. For this reason, in the fluid control device 170, the solenoid valve 152 opens when the main power supply is shut off. As a result, the pressure inside the cuff 123 is not released when the power is shut off, and the measurement subject is prevented from entering a dangerous state. On the other hand, in the fluid control device 170, when the blood pressure is measured, the solenoid valve 152 needs to be constantly energized in order to close the solenoid valve 152.
  • the solenoid valve 12 when the power is shut off, the solenoid valve 12 is opened for a few seconds and the pressure inside the cuff 123 is released, so that safety can be ensured. Further, in the fluid control device 120, the electromagnetic valve 12 is closed when not energized, and therefore it is not necessary to energize the electromagnetic valve 12 during blood pressure measurement. That is, in the fluid control device 120, power consumption can be reduced as compared with the fluid control device 170 having the conventional configuration, and safety can be ensured.
  • FIG. 12 is a circuit configuration diagram of the drive circuit 134. In FIG. 12, the drive circuit of the pump 11 and the microcomputer are not shown.
  • a capacitor C1 is connected between the main power supply P and the ground.
  • a connection point N1 between the main power supply P and the capacitor C1 is connected to the drain of the transistor Q2 via the electromagnetic valve 12.
  • the source of the transistor Q2 is connected to the ground.
  • a connection point N2 between the main power supply P and the connection point N1 is connected to the gate of the transistor Q2 and the drain of the transistor Q5 via a resistor R2.
  • the source of the transistor Q5 is connected to the ground.
  • the gate of the transistor Q5 is connected to the microcomputer terminal P3.
  • the microcomputer outputs a solenoid valve drive signal from the terminal P3.
  • a connection point between the gate of the transistor Q5 and the terminal P3 of the microcomputer is connected to the ground via a resistor R6.
  • a diode may be inserted between the main power supply P and the connection point N2.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 11, the switch SW1 is turned on and the electromagnetic valve drive signal becomes low level. Thereby, the transistor Q5 is turned off and the transistor Q2 is turned on. For this reason, the solenoid valve 12 is energized by the main power supply P, and the solenoid valve 12 is opened. As a result, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 11.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on and the solenoid valve drive signal becomes high level. Thereby, the transistor Q5 is turned on and the transistor Q2 is turned off. For this reason, since the solenoid valve 12 is not energized and the solenoid valve 12 is closed, the pressure inside the container 13 is maintained. At this time, the drive of the pump 11 is stopped.
  • the pressure of the container 13 can be released to the outside regardless of the impedance state of the terminal P3 of the microcomputer. Further, when the pressure inside the container 13 is maintained, power consumption can be reduced.
  • the fluid control device of the ninth embodiment is configured in the same manner as the fluid control device 60 of the third embodiment except for the drive circuit (see FIG. 5).
  • the drive circuit of the ninth embodiment is configured similarly to the drive circuit 134 of the eighth embodiment (see FIG. 12).
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is controlled by the operation of the pump 61, the switch SW1 is turned on and the electromagnetic valve drive signal becomes high level. Thereby, the transistor Q5 is turned on and the transistor Q2 is turned off. For this reason, the solenoid valve 12 is not energized and the solenoid valve 12 is closed. As a result, the pressure inside the container 13 is controlled according to the operation of the pump 61.
  • the switch SW1 When the pressure inside the container 13 is maintained, the switch SW1 is turned on and the solenoid valve drive signal becomes high level. Thereby, similarly to the above, the solenoid valve 12 is not energized and the solenoid valve 12 is closed. Further, since the pump 61 is not energized, the fluid does not flow backward in the pump 61. For this reason, since the inside of the container 13 and the outside of the fluid control device are blocked, the pressure inside the container 13 is maintained.
  • the solenoid valve 12 When the main power supply P is shut off or when the voltage of the main power supply P is lowered, the solenoid valve 12 is opened and the pressure of the container 13 is released to the outside as in the case of the eighth embodiment. In this case, as in the case of the eighth embodiment, the pump 61 is not driven.
  • the same effect as that of the eighth embodiment can be obtained by using the pump 61 having a structure in which no back flow occurs when no power is supplied.
  • the inside of the container is pressurized from the outside of the fluid control device, but the inside of the container may be decompressed from the outside of the fluid control device.
  • the suction port of the pump is connected to the container side, and the discharge port of the pump is connected to the outside.
  • the pump 11 is driven by a piezoelectric element, but the present invention is not limited to this.
  • a pump having a structure in which the suction port and the discharge port communicate with each other may be appropriately disposed together with other configurations.
  • the pump 61 is driven by a DC motor, but the present invention is not limited to this.
  • a pump that prevents the fluid from flowing backward when not energized may be appropriately disposed together with other configurations.
  • a pump 11 instead of the pump 61, a pump 11 having a check valve attached to the suction port or the discharge port may be used.
  • the pump output is controlled by repeatedly driving and stopping the pump, but the present invention is not limited to this.
  • the output of the pump may be controlled by changing the magnitude of the pump drive voltage.

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Abstract

 流体制御装置(10)は、容器(13)、ポンプ(11)、電磁弁(12)およびキャパシタを備える。ポンプ(11)は、主電源で駆動され、容器(13)内を加圧または減圧可能である。ポンプ(11)の吸引口と吐出口とは内部で連通する。電磁弁(12)の両端は容器(13)およびポンプ(11)に接続している。電磁弁(12)は、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、キャパシタまたは蓄電池に貯蔵されている電力で駆動され、容器(13)の圧力を開放する。

Description

流体制御装置
 本発明は、容器内の流体を制御する流体制御装置に関する。
 従来の流体制御装置として、例えば、特許文献1に記載のものがある。この流体制御装置は、流体袋を有するカフ、流体袋に空気を供給するポンプユニット、流体袋内の空気を排出または封入するために開閉する弁、および、ポンプユニットや弁の駆動を制御するCPUを備える。この流体制御装置では、ポンプユニットおよび弁の駆動により流体袋内の圧力が制御されている。
 図13(A)は従来構成の流体制御装置140の模式的ブロック図である。流体制御装置140では、吸引口と吐出口とが内部で連通したポンプ11に容器13が接続されている。ポンプ11は、その駆動により流体を移送することができる。また、ポンプ11は、その駆動を停止することにより、ポンプ11の吸引口と吐出口との差圧に従って流体を逆流させることができる。このため、流体制御装置140では、ポンプ11の駆動および停止を繰り返すことにより、容器13の内部を所定の圧力に制御することができる。また、流体制御装置140では、主電源が失われた場合でも、容器13の内部の流体がポンプ11の内部を通って外部に排出されるので、容器13の内部の圧力が開放される。この結果、流体制御装置140を人体等に用いる場合でも、容器13の内部の圧力が維持されて人体等に危険が及ぶことを防止できる。
 図13(B)は従来構成の流体制御装置150の模式的ブロック図である。流体制御装置150では、ポンプ11と容器13との間に電磁弁152が接続されている。電磁弁152は、通電時に遮断され、非通電時に連通する第1ポートおよび第2ポートを有している。電磁弁152の第1ポートはポンプ11に接続され、電磁弁152の第2ポートは容器13に接続されている。流体制御装置150は、容器13の内部の圧力を制御する場合または容器13の内部の圧力を開放する場合、電磁弁152に通電せずに電磁弁152を開く。流体制御装置150は、容器13の内部の圧力を保持する場合、電磁弁152に通電して電磁弁152を閉じる。流体制御装置150でも、主電源が失われた場合、電磁弁152が開くので、ポンプ11および電磁弁152を介して、容器13の内部の圧力が開放される。
 図13(C)は従来構成の流体制御装置160の模式的ブロック図である。流体制御装置160では、ポンプ61と容器13との間に電磁弁152の第1ポートが接続され、外部に電磁弁152の第2ポートが接続されている。ポンプ61では、非通電時に流体が逆流することが防止されている。流体制御装置160は、容器13の内部の圧力を制御する場合または容器13の内部の圧力を保持する場合、電磁弁152に通電して電磁弁152を閉じる。流体制御装置160は、容器13の内部の圧力を外部に開放する場合、電磁弁152に通電せずに電磁弁152を開く。流体制御装置160でも、主電源が失われた場合、電磁弁152が開くので、電磁弁152を介して容器13の内部の圧力が開放される。
特開2013-220187号公報
 以下、本願発明者が検討した内容を説明する。
 流体制御装置140では、容器13の内部の圧力を一定に保持する場合、ポンプ11を常に駆動し続ける必要があるので、消費電力が大きくなってしまう。なお、ポンプ11と容器13との間に逆止弁を挿入することにより、ポンプ11を駆動しなくても、容器13の内部の圧力を一定に保持できるようになるが、容器13の圧力を開放することができなくなる。
 流体制御装置150では、容器13の内部の圧力を一定に保持する場合、電磁弁152を閉じるために電磁弁152に通電し続ける必要があるので、消費電力が大きくなってしまう。流体制御装置160でも、容器13の内部の圧力を制御する場合または容器13の内部の圧力を保持する場合、電磁弁152を閉じるために電磁弁152に通電し続ける必要があるので、消費電力が大きくなってしまう。
 本発明の目的は、消費電力を削減しつつ、電源遮断時に容器の内部の圧力を開放することができる流体制御装置を提供することにある。
 本発明の流体制御装置は、容器、ポンプ、バルブ、およびキャパシタまたは蓄電池を備える。ポンプは、主電源で駆動され、容器内を加圧または減圧可能である。ポンプの吸引口と吐出口とは内部で連通する。バルブの両端若しくは一端は容器およびポンプに接続若しくは連通している。バルブは、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、キャパシタまたは蓄電池に貯蔵されている電力で駆動され、容器の圧力を開放する。
 この構成では、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、容器の圧力が開放されるので、容器に圧力が印加されたままになることを防止できる。
 本発明の流体制御装置は次のように構成されてもよい。バルブは、ポンプに接続される第1ポートと容器に接続される第2ポートとを有し、通電時に第1ポートと第2ポートとを連通させ、非通電時に第1ポートと第2ポートとを遮断する。バルブは、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、キャパシタまたは蓄電池に貯蔵された電力で通電される。
 本発明の流体制御装置は次のように構成されてもよい。バルブは、外部に接続される第1ポートとポンプに接続される第2ポートとを有し、通電時に第1ポートと第2ポートとを連通させ、非通電時に第1ポートと第2ポートとを遮断する。バルブは、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、キャパシタまたは蓄電池に貯蔵された電力で通電される。
 これらの構成では、バルブの第1ポートと第2ポートとが遮断されることにより、容器の内部の圧力が保持される。このため、容器の内部の圧力が保持される際、バルブが通電されないので、消費電力を削減することができる。また、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、キャパシタまたは蓄電池に貯蔵された電力でバルブが通電され、第1ポートと第2ポートとが連通することにより、容器の圧力が開放される。
 本発明の流体制御装置では、キャパシタまたは蓄電池に主電源より電力が供給されることが好ましい。
 本発明の流体制御装置では、ポンプは容器の内部を加圧し、本発明の流体制御装置は容器の内部の圧力に基づいて血圧を測定してもよい。
 この構成では、ポンプが駆動され、かつ、バルブの第1ポートと第2ポートとが遮断されることにより、容器の内部が加圧される。このため、容器の内部が加圧される際、バルブが通電されないので、消費電力を削減することができる。また、主電源がオフされた場合または主電源の電圧が低下した場合、容器の圧力が開放されるので、被測定者の安全性を確保することができる。
 本発明の流体制御装置では、容器がカフでもよい。
 本発明の流体制御装置は次のように構成されてもよい。本発明の流体制御装置は、バルブに通電するための駆動回路を備える。駆動回路は、直流電源にダイオードを介して接続されるキャパシタまたは蓄電池と、バルブを駆動するためのコイルとを含む。駆動回路は、主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、キャパシタまたは蓄電池に貯蔵された電力をコイルに印加するためのスイッチをさらに含む。
 この構成では、主電源がオフされた場合または主電源の電圧が低下した場合、スイッチが切り替わることにより、バルブを駆動するためのコイルに電圧が印加される。これにより、バルブの第1ポートと第2ポートとが連通するので、容器の圧力が開放される。
 本発明によれば、消費電力を削減しつつ、電源遮断時に容器の内部の圧力を開放することができる。
図1(A)は、第1の実施形態に係る流体制御装置の模式的ブロック図である。図1(B)は、第1の実施形態の変形例に係る流体制御装置の模式的ブロック図である。 図2(A)は、第1の実施形態に係る圧電ポンプの模式的断面図である。図2(B)は、第1の実施形態に係る圧電ポンプの動作を示す模式図である。 第1の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 第2の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 第3の実施形態に係る流体制御装置の模式的ブロック図である。 第3の実施形態に係るダイヤフラムポンプの模式的断面図である。 第3の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 第4の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 第5の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 第6の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 第7の実施形態に係る流体制御装置の模式的ブロック図である。 第8の実施形態に係る駆動回路の回路構成図である。 図13(A)は、従来構成の流体制御装置140の模式的ブロック図である。図13(B)は、従来構成の流体制御装置150の模式的ブロック図である。図13(C)は、従来構成の流体制御装置160の模式的ブロック図である。 従来構成の流体制御装置170の模式的ブロック図である。
《第1の実施形態》
 本発明の第1の実施形態に係る流体制御装置10について説明する。流体制御装置10は、例えば、エアバックにより体を繰り返し圧迫するような加圧マッサージ器等に用いられる。図1(A)は流体制御装置10の模式的ブロック図である。流体制御装置10は、ポンプ11、電磁弁12、容器13および駆動回路14(図3参照)を備える。電磁弁12は本発明の「バルブ」に相当する。ポンプ11はチューブを介して電磁弁12に接続されている。電磁弁12はチューブを介して容器13に接続されている。ポンプ11および電磁弁12は駆動回路14により駆動される。流体制御装置10では、ポンプ11の動作により容器13の内部の圧力が制御される。なお、ポンプ11、電磁弁12および容器13は、チューブを介さずに直接接続されてもよい。
 ポンプ11は、吸引口と吐出口が内部で連通した構造を有している。ポンプ11では、非通電時に、吸引口と吐出口との差圧に従ってポンプ11の内部を流体が移動可能である。ポンプ11は圧電素子により駆動される。電磁弁12は、コイルへの通電により磁力が発生し、その磁力でプランジャが移動することにより弁が開閉するものである。電磁弁12は、通電時に連通し、非通電時に遮断される(連通しなくなる)第1ポートおよび第2ポートを有している。容器13は、流体が貯蔵される内部空間、および、内部空間に連通する開口部を有している。
 ポンプ11の吸引口はチューブ内の流路を介して外部に連通している。ポンプ11の吐出口はチューブ内の流路を介して電磁弁12の第1ポートに連通している。電磁弁12の第2ポートはチューブ内の流路を介して容器13の開口部に連通している。すなわち、ポンプ11は、容器13の内部を加圧するように容器13に接続されている。
 図1(B)は、第1の実施形態の変形例に係る流体制御装置の模式的ブロック図である。電磁弁12はチューブを介してポンプ11に接続されている。ポンプ11はチューブを介して容器13に接続されている。電磁弁12の第1ポートはチューブ内の流路を介して外部に連通している。電磁弁12の第2ポートはチューブ内の流路を介してポンプ11の吸引口に連通している。ポンプ11の吐出口はチューブ内の流路を介して容器13の開口部に連通している。この流体制御装置は流体制御装置10と同様の動作を行う。
 図2(A)は圧電ポンプ21の模式的断面図である。圧電ポンプ21はポンプ11の一例である。圧電ポンプ21は、カバー板22、流路板23、対向板24、接着層25、振動板26、圧電素子27、絶縁板28、給電板29、スペーサ板30および蓋板31をこの順に積層してなる。圧電ポンプ21は、積層方向に薄く、平面視で(積層方向から見て)矩形状になっている。圧電ポンプ21のカバー板22側には、吸引口33が形成されている。圧電ポンプ21の蓋板31側には、吐出口34が形成されている。圧電ポンプ21の吐出口34は、上述のように、チューブを介して電磁弁12の第1ポートに接続される。
 カバー板22には、円形状の流路孔37が形成されている。流路板23には、円形状の開口部38が形成されている。開口部38は流路孔37に連通している。開口部38の径は流路孔37の径より大きくなっている。対向板24は金属製である。対向板24には、外側に突出する外部接続端子35、および、円形状の吸引口33が形成されている。吸引口33は開口部38に連通している。吸引口33の径は開口部38の径より小さくなっている。これにより、対向板24の吸引口33の周囲には、屈曲可能な可動部39が形成される。
 接着層25は、振動板26の枠部44と重なるように枠状に形成されている。接着層25は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、粒径が略均一な複数の導電性粒子を含有してなる。これにより、接着層25の全周にわたる厚みを、導電性粒子の粒径とほぼ一致させて一定にすることができる。また、対向板24と振動板26とを接着層25の導電性粒子を介して電気的に導通させることができる。
 振動板26は、例えば、SUS301のような金属製である。振動板26は、一定の間隔だけ離れて対向板24と対向している。対向板24と振動板26との隙間はポンプ室40を構成している。振動板26は、中央部41、打撃部42、連結部43および枠部44を有する。中央部41は、平面視で円形状であり、振動板26の中央に配置されている。枠部44は、平面視で枠状であり、振動板26の周囲に配置されている。連結部43は、梁状であり、中央部41と枠部44とを連結する。打撃部42は、平面視で円形状であり、中央部41と連結部43との境界付近に配置されている。打撃部42は、その中心が吸引口33と対向するように配置されている。打撃部42の径は吸引口33の径より大きくなっている。打撃部42および枠部44は中央部41および連結部43より厚くなっている。振動板26には、上述の振動板26の構成部分で囲まれる開口部(図示せず)が形成されている。ポンプ室40はこの開口部を介してポンプ室46に連通している。
 圧電素子27は、圧電材料からなる薄板の両主面に電極を設けて構成されている。圧電素子27は、厚み方向に電界が印加されることにより、面内方向に面積が拡大または縮小するような圧電性を有している。圧電素子27は、円板状であり、振動板26の中央部41の上面に貼り付けられている。圧電素子27の下面の電極は、振動板26、接着層25および対向板24を介して、外部接続端子35に電気的に接続されている。
 絶縁板28は絶縁性樹脂からなる。絶縁板28には、平面視で矩形状の開口部が形成されている。給電板29は金属製である。給電板29には、平面視で矩形状の開口部、給電板29の開口部に突出する内部接続端子45、および、外側に突出する外部接続端子36が形成されている。内部接続端子45の先端は圧電素子27の上面の電極にはんだ付けされている。スペーサ板30は樹脂製である。スペーサ板30には、平面視で矩形状の開口部が形成されている。絶縁板28、給電板29およびスペーサ板30の開口部は、互いに連通することでポンプ室46を構成している。蓋板31には、平面視で円形状の吐出口34が形成されている。吐出口34はポンプ室46および外部に連通している。
 図2(B)は、圧電ポンプ21の動作を示す模式図である。圧電ポンプ21では、外部接続端子35,36に交流の駆動電圧が印加されると、圧電素子27が面内方向に等方的に伸縮しようとして、圧電素子27と振動板26との積層体に厚み方向の屈曲振動が同心円状に生じる。この屈曲振動は、高次の共振モードであり、枠部44が固定部となり、中央部41の中心が第1の振動の腹となり、打撃部42の中心が第2の振動の腹となる。
 打撃部42の振動は、打撃部42に対向する流体を介して可動部39に伝達される。打撃部42の振動と可動部39の振動とが連成されることにより、ポンプ室40において吸引口33の近傍から可動部39の外周側に流体が流れるようになる。これにより、ポンプ室40において吸引口33の周辺に負圧が生じて、吸引口33からポンプ室46に流体が吸引される。また、ポンプ室46の内部に正圧が生じ、この正圧が蓋板31の吐出口34で開放される。したがって、吸引口33を介してポンプ室40,46に吸引された流体は、吐出口34を介してポンプ室40,46から流出する。
 図3は駆動回路14の回路構成図である。駆動回路14は、キャパシタC1、ダイオードD1、トランジスタQ1~Q4、抵抗R1,R2,R7、スイッチSW1、昇圧回路15、発振回路16およびマイコン17を備える。キャパシタC1は、例えば、電気二重層キャパシタである。また、キャパシタC1の代わりに蓄電池が用いられてもよい。蓄電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等である。トランジスタQ1~Q4は、例えば、MOSFET等である。トランジスタQ2は本発明の「スイッチ」に相当する。駆動回路14は主電源Pに接続されている。主電源Pは電池等の直流電源である。駆動回路14と主電源Pとの接続および切断は、スイッチSW1により切り換えられる。なお、主電源として直流電源を用いる代わりに、交流電源の出力をAC/DCコンバータで変換してもよい。
 主電源Pとグランドとの間には、キャパシタC1が接続されている。主電源PとキャパシタC1との間には、ダイオードD1が接続されている。ダイオードD1のアノードは主電源Pに接続され、ダイオードD1のカソードはキャパシタC1に接続されている。ダイオードD1とキャパシタC1との接続点N1は、電磁弁12を介してトランジスタQ2およびトランジスタQ3のドレインに接続されている。トランジスタQ2およびトランジスタQ3のソースはグランドに接続されている。ダイオードD1と接続点N1との接続点N2は、抵抗R2を介してトランジスタQ1のドレインに接続されている。トランジスタQ1のソースはグランドに接続されている。抵抗R2とトランジスタQ1との接続点はトランジスタQ2のゲートに接続されている。主電源PとダイオードD1との接続点N3は、抵抗R1を介してグランドに接続されるとともに、トランジスタQ1のゲートに接続されている。
 昇圧回路15は、主電源Pに接続されるとともに、トランジスタQ4のドレインに接続されている。発振回路16は、ポンプ11および昇圧回路15に接続されるとともに、トランジスタQ4のドレインに接続されている。トランジスタQ4のソースはグランドに接続されている。マイコン17は端子P1~P4を有している。端子P1は、電源端子であり、主電源Pに接続されている。端子P2は、グランド端子であり、グランドに接続されている。端子P3はトランジスタQ3のゲートに接続されている。端子P4はトランジスタQ4のゲートに接続されている。マイコン17は、端子P3から電磁弁駆動信号を出力し、端子P4からポンプ駆動信号を出力する。トランジスタQ4のゲートと端子P4との接続点は、抵抗R7を介してグランドに接続されている。
 流体制御装置10が使用される場合、スイッチSW1がオンされる。これにより、駆動回路14に主電源Pが投入され、キャパシタC1に電荷が蓄積される。すなわち、主電源Pがオンされている間にキャパシタC1に電力が貯蔵される。
 ポンプ11の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はハイレベルになり、ポンプ駆動信号は所定の波形で出力される。ポンプ駆動信号がハイレベルになるとき、トランジスタQ4がオンになり、昇圧回路15に主電源Pの電圧が印加される。昇圧回路15は、主電源Pの電圧を昇圧して出力する。トランジスタQ4がオンになるので、昇圧回路15から出力された電圧は発振回路16に供給される。発振回路は、ポンプ11を駆動するための駆動電圧を生成する。ポンプ11はこの駆動電圧で駆動される。ポンプ駆動信号がローレベルになるとき、トランジスタQ4がオフになる。このため、ポンプ11に駆動電圧が印加されないので、ポンプ11は停止する。ポンプ駆動信号に応じてポンプ11の駆動および停止が繰り返されることにより、ポンプ11の出力が制御される。また、電磁弁駆動信号がハイレベルになるので、トランジスタQ3がオンになる。これにより、電磁弁12が主電源Pで通電されるので、電磁弁12が開き、ポンプ11と容器13の内部が連通する。このため、ポンプ11の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号およびポンプ駆動信号はローレベルになる。スイッチSW1がオンされているので、トランジスタQ1がオンになり、トランジスタQ2がオフになっている。また、電磁弁駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ3がオフになる。これにより、電磁弁12が通電されないので、電磁弁12が閉じ、ポンプ11と容器13の内部とが遮断される。このため、容器13の内部の圧力が保持される。また、ポンプ駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ4がオフになる。このため、ポンプ11に駆動電圧が印加されないので、ポンプ11は停止する。
 流体制御装置10の使用が終了したり、何らかの理由で主電源Pが失われたりした場合、駆動回路14から主電源Pが遮断される(オフされる)。主電源Pの遮断は、スイッチSW1がオフされることに対応する。一方、駆動回路14には、主電源Pが投入されている間にキャパシタC1に貯蔵された電力が供給される。キャパシタC1による電圧はダイオードD1の整流作用によりトランジスタQ1のゲートに印加されないので、トランジスタQ1はオフになり、トランジスタQ2はオンになる。このため、キャパシタC1に貯蔵された電力で電磁弁12が通電されるので、電磁弁12が開き、ポンプ11と容器13の内部が連通する。また、上述のように、ポンプ11の吸引口と吐出口は内部で連通している。このため、容器13の内部と流体制御装置10の外部とが連通する。さらに、キャパシタC1に貯蔵された電力はダイオードD1の整流作用によりポンプ11およびマイコン17に供給されないので、ポンプ11は駆動されない。このため、容器13の内部と流体制御装置10の外部との差圧に従って、容器13の内部の流体は外部に排出され、容器13の圧力は外部に開放される。キャパシタC1に蓄積された電荷が少なくなると、電磁弁12が通電されにくくなくなるので、電磁弁12が閉じる。すなわち、主電源Pが遮断されてから、キャパシタC1に蓄積された電荷が少なくなるまでの数秒間に、容器13の圧力は外部に開放される。
 第1の実施形態では、容器13の内部の圧力が保持される際に、電磁弁12が通電されないので、電磁弁12で電力が消費されず、駆動回路14の抵抗でのみ電力が消費される。このため、流体制御装置10を使用する際の消費電力を削減することができる。また、主電源Pが遮断される際に、キャパシタC1に貯蔵された電力により電磁弁12が数秒間開くので、容器13の圧力を外部に開放することができる。
 また、キャパシタC1として電気二重層キャパシタを用いることにより、または、キャパシタC1の代わりに蓄電池を用いることにより、多くの電力を貯蔵することができる。このため、主電源Pが遮断されたとき、電磁弁12がある程度長い間開くので、容器13の圧力を確実に開放することができる。
《第2の実施形態》
 本発明の第2の実施形態に係る流体制御装置について説明する。第2の実施形態の流体制御装置は、第2の実施形態の駆動回路54を除いて、第1の実施形態の流体制御装置10と同様に構成されている(図1(A)参照)。図4は駆動回路54の回路構成図である。主電源Pと接続点N3との接続点は、直列接続された抵抗R3,R4を介してグランドに接続されている。抵抗R3と抵抗R4との接続点はマイコン57の端子P5に接続されている。端子P5はA/Dコンバータの入力端子である。駆動回路54の他の構成は駆動回路14の構成と同様である。
 マイコン57の端子P5には、抵抗R3,R4による主電源Pの抵抗分圧が印加される。マイコン57は、端子P5に印加された電圧をデジタル値に変換する。マイコン57は、上記デジタル値が閾値より高い場合、主電源Pの電圧が正常な範囲内であると判断し、上記デジタル値が閾値より低い場合、主電源Pの電圧が低下したと判断する。このようにして、主電源Pの電圧低下が検出される。なお、閾値は、閾値付近および閾値以上で流体制御装置の正常な動作が保障されるように設定される。
 主電源Pの電圧低下が検出されると、電磁弁駆動信号がハイレベルになり、ポンプ駆動信号がローレベルになる。ポンプ駆動信号がローレベルになるので、ポンプ11は停止する。また、電磁駆動信号がハイレベルになるので、電磁弁12が開き、容器13の内部と流体制御装置の外部とが連通する。このため、容器13の内部の流体は外部に排出され、容器13の圧力は外部に開放される。そして、主電源Pの電圧が正常値に戻るまで、ポンプ駆動信号は出力されない。すなわち、電池の交換等により流体制御装置の再起動を行うまで、ポンプ11の動作を禁止する。なお、圧力制御、圧力保持および電源遮断の際における流体制御装置の動作は、第1の実施形態の場合と同様である。
 主電源Pの電圧が低下すると、流体制御装置が正常に動作しない可能性がある。例えば、主電源Pの電圧低下によりトランジスタQ2が正常にオンオフせず、電磁弁12が開閉しない可能性がある。第2の実施形態では、主電源Pの電圧低下が検出されると、電磁弁12が開き、容器13の内部の流体は外部に排出される。このため、主電源Pの電圧が徐々に低下した場合でも、容器13の圧力を外部に開放することができる。また、流体制御装置の再起動が行われるまで、ポンプ11が停止される。このため、流体制御装置が誤動作することがない。また、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
《第3の実施形態》
 本発明の第3の実施形態に係る流体制御装置60について説明する。図5は流体制御装置60の模式的ブロック図である。流体制御装置60は、ポンプ61、電磁弁12、容器13および駆動回路64(図7参照)を備える。ポンプ61の吸引口はチューブ内の流路を介して外部に連通している。ポンプ61の吐出口はチューブ内の流路を介して容器13の開口部に連通している。電磁弁12の第1ポートは、ポンプ61と容器13との間に配置されたチューブの流路に連通している。電磁弁12の第2ポートはチューブ内の流路を介して外部に連通している。すなわち、ポンプ61は、容器13の内部を加圧するように容器13に接続されている。ポンプ61では、非通電時に流体が逆流することが防止されている。すなわち、流体は、ポンプ61が通電されていないときに、ポンプ61の吐出口から吸引口に向かってポンプ61の内部を流れない。ポンプ61は直流モータにより駆動される。
 図6はダイヤフラムポンプ71の模式的断面図である。ダイヤフラムポンプ71はポンプ61の一例である。ダイヤフラムポンプ71には、吸引口72および吐出口73が形成されている。ダイヤフラムポンプ71の吐出口73は、上述のように、チューブを介して電磁弁12の第1ポートおよび容器13の開口部に接続される。
 ケース74は略有底筒状に形成されている。ケース74の底部には、直流電圧で駆動するモータ75が取り付けられている。ケース74の底部に形成された開口部からケース74の内部にモータ75の出力軸76が挿入されている。出力軸76には、クランク台77が固定されている。クランク台77には、駆動軸78が傾斜して取り付けられている。駆動軸78には、駆動体79が取り付けられている。駆動体79は軸受部80および一対の駆動子81からなる。軸受部80には、駆動軸78が回転自在に挿入されている。一対の駆動子81は軸受部80から互いに反対方向に突設されている。ケース74の上部には、蓋体82が取り付けられている。蓋体82には、吸引口72および吐出口73が形成されている。蓋体82の吸引口72には、吸引弁83が設けられている。吸引弁83は弾性材料から形成されている。吸引弁83は吸引口72からポンプ室84への流れのみを許容する。
 ポンプ室84は、ダイヤフラム85によりケース74の内部空間の一部が区切られることで形成されている。ダイヤフラム85は弾性材料から形成されている。ダイヤフラム85は、ダイヤフラム部86、ピストン部87および吐出弁88を有する。ダイヤフラム部86は薄膜状に形成されている。ピストン部87は、ダイヤフラム部86から下方に延設され、駆動子81に取り付けられている。吐出弁88は、吐出口73の内壁に沿ってダイヤフラム部86から延設されている。吐出弁88は、ポンプ室84から吐出口73への流れのみを許容する。
 モータ75が駆動電圧で駆動されると、出力軸76そしてクランク台77が回転し、駆動軸78の傾斜方向が周期的に変化する。駆動軸78の傾斜方向の変化により、駆動体79の駆動子81の傾きが周期的に変化し、ピストン部87が往復運動し、ポンプ室84の容積が周期的に変化する。ポンプ室84の容積が増加すると、ポンプ室84が減圧され、吐出弁88が閉じ、吸引弁83が開き、流体が吸引口72からポンプ室84に吸引される。ポンプ室84の容積が減少すると、ポンプ室84が加圧され、吸引弁83が閉じ、吐出弁88が開き、流体がポンプ室84から吐出口73に吐出される。このようにして、吸引口72から吸引された流体は吐出口73から吐出される。また、ダイヤフラムポンプ71では、吸引弁83および吐出弁88が逆止弁であるので、非通電時にも逆流が生じない。
 図7は駆動回路64の回路構成図である。トランジスタQ4のドレインはポンプ61に直接接続されている。駆動回路64には、第1の実施形態のトランジスタQ3が設けられていない。マイコン67には、第1の実施形態の端子P3が設けられていない。駆動回路64の他の構成は駆動回路14の構成と同様である。
 ポンプ61の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、ポンプ駆動信号は所定の波形で出力される。ポンプ駆動信号がハイレベルになるとき、トランジスタQ4がオンする。このため、ポンプ61に直流の駆動電圧が印加され、ポンプ61が駆動される。ポンプ駆動信号がローレベルになるとき、トランジスタQ4がオフする。このため、ポンプ61に駆動電圧が印加されず、ポンプ61が停止する。ポンプ駆動信号に応じてポンプ61の駆動および停止が繰り返されることにより、ポンプ61の出力が制御される。また、スイッチSW1がオンされているので、トランジスタQ1がオンになり、トランジスタQ2がオフになっている。これにより、電磁弁12が通電されないので、電磁弁12が閉じる。このため、ポンプ61の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、ポンプ駆動信号がローレベルになる。スイッチSW1がオンされているので、上述と同様に、電磁弁12が閉じている。また、ポンプ駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ4がオフになり、ポンプ61が通電されない。このため、上述のように、ポンプ61の内部を流体が逆流することがない。この結果、容器13の内部と流体制御装置60の外部とが遮断されるので、容器13の内部の圧力が保持される。なお、ポンプ61が通電されないので、ポンプ61は停止している。
 駆動回路64から主電源Pが遮断される場合、第1の実施形態の場合と同様に、電磁弁12は数秒間開くとともに、ポンプ61は停止する。このため、容器13の内部の流体は、容器13の内部と流体制御装置60の外部との差圧に従って、電磁弁12を通って外部に排出される。この結果、容器13の圧力は外部に開放される。
 第3の実施形態では、非通電時に逆流が生じない構造のポンプ61を用いて、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ポンプ61は直流モータにより駆動されるので、ポンプ61の駆動電圧は低い直流電圧で済む。このため、駆動回路64には昇圧回路や発振回路が必要ない。この結果、駆動回路64の構成を簡易にすることができる。また、電磁弁12をマイコン67で制御する必要がない。
《第4の実施形態》
 本発明の第4の実施形態に係る流体制御装置について説明する。第4の実施形態の流体制御装置は、第4の実施形態の駆動回路94を除いて、第3の実施形態の流体制御装置60と同様に構成されている(図5参照)。図8は駆動回路94の回路構成図である。主電源Pと接続点N3との接続点は、直列接続された抵抗R3,R4を介してグランドに接続されている。抵抗R3と抵抗R4との接続点はマイコン97の端子P5に接続されている。端子P5はA/Dコンバータの入力端子である。電磁弁12とトランジスタQ2のドレインとの接続点は、トランジスタQ3のドレインに接続されている。トランジスタQ3のソースはグランドに接続されている。トランジスタQ3のゲートはマイコン97の端子P3に接続されている。マイコン97は端子P3から電磁弁駆動信号を出力する。駆動回路94の他の構成は駆動回路64の構成と同様である。
 ポンプ61の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はローレベルになり、ポンプ駆動信号は所定の波形で出力される。ポンプ61はポンプ駆動信号に応じて動作する。また、スイッチSW1がオンされているので、トランジスタQ1がオンになり、トランジスタQ2がオフになる。電磁弁駆動信号はローレベルになるので、トランジスタQ3もオフになる。これにより、電磁弁12が通電されないので、電磁弁12が閉じる。このため、ポンプ61の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号およびポンプ駆動信号はローレベルになる。スイッチSW1がオンされており、かつ、電磁弁駆動信号がローレベルになるので、上述と同様に、電磁弁12が閉じている。また、ポンプ駆動信号がローレベルになるので、ポンプ61が通電されない。このため、ポンプ61の内部を流体が逆流することがない。この結果、容器13の内部と流体制御装置の外部とが遮断されるので、容器13の内部の圧力が保持される。
 マイコン97は、第2の実施形態と同様に、端子P5に印加される電圧に基づいて主電源Pの電圧低下を検出する。主電源Pの電圧低下が検出されると、電磁弁駆動信号がハイレベルになり、ポンプ駆動信号がローレベルになる。ポンプ駆動信号がローレベルになるので、ポンプ61は停止する。また、電磁駆動信号がハイレベルになるので、電磁弁12が開き、容器13の内部と流体制御装置の外部とが連通する。このため、容器13の内部の流体は外部に排出され、容器13の圧力は外部に開放される。そして、主電源Pの電圧が正常値に戻るまで、ポンプ駆動信号は出力されない。すなわち、電池の交換等により流体制御装置の再起動を行うまで、ポンプ61の動作を禁止する。なお、電源遮断時の流体制御装置の動作は、第3の実施形態の場合と同様である。
 第4の実施形態では、非通電時に逆流が生じない構造のポンプ61を用いて、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
《第5の実施形態》
 本発明の第5の実施形態に係る流体制御装置について説明する。第5の実施形態の流体制御装置は、第5の実施形態の駆動回路104を除いて、第1の実施形態の流体制御装置10と同様に構成されている(図1(A)参照)。図9は駆動回路104の回路構成図である。抵抗R2とトランジスタQ2のゲートとの接続点はマイコン107の端子P3に接続されている。マイコン107は端子P3から電磁弁駆動信号を出力する。トランジスタQ2のソースは抵抗R5を介してグランドに接続されている。ダイオードD2は電磁弁12と並列に接続されている。第1の実施形態のトランジスタQ1,Q3および抵抗R1は設けられていない(図3参照)。駆動回路104の他の構成は駆動回路14の構成と同様である。なお、キャパシタC1に蓄積された電荷がポンプ11やマイコン107に流れないように駆動回路が構成されている場合、ダイオードD1を設けなくてもよい。また、ダイオードD2は、過電圧から電磁弁12を保護するために設けられている。
 ポンプ11の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はハイレベルになり、ポンプ駆動信号は所定の波形で出力される。ポンプ11はポンプ駆動信号に応じて動作する。また、電磁弁駆動信号がハイレベルになるので、トランジスタQ2がオンになり、電磁弁12が主電源Pで通電され、電磁弁12が開く。このため、ポンプ11の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号およびポンプ駆動信号はローレベルになる。電磁弁駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ2がオフになる。このため、電磁弁12が通電されず、電磁弁12が閉じるので、容器13の内部の圧力が保持される。また、ポンプ駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ4がオフになり、ポンプ11は停止する。
 駆動回路104から主電源Pが遮断される場合、マイコン107の端子P3がハイインピーダンス状態になる。また、駆動回路104には、主電源Pが投入されている間にキャパシタC1に貯蔵された電力が供給される。このため、トランジスタQ2がオンし、電磁弁12が通電される。この結果、主電源Pが遮断されてから、キャパシタC1に蓄積された電荷が少なくなるまでの数秒間、電磁弁12が開き、容器13の圧力は外部に開放される。なお、上述のように、キャパシタC1に貯蔵された電力はポンプ11およびマイコン107に供給されないので、ポンプ11は駆動されない。
 主電源Pの電圧が低下した場合も、マイコン107の端子P3がハイインピーダンス状態になる。このため、トランジスタQ2がオンし、電磁弁12が通電され、電磁弁12が開く。このため、容器13の内部の流体は外部に排出され、容器13の圧力は外部に開放される。なお、主電源Pの電圧が低下した場合、マイコン107の端子P4もハイインピーダンス状態になる。このため、トランジスタQ4がオフになるので、ポンプ11は駆動されない。
 第5の実施形態では、主電源Pが遮断された場合または主電源Pの電圧が低下した場合に、マイコンの入出力端子がハイインピーダンス状態になることを利用して、駆動回路104の回路構成を簡素にしている。具体的には、駆動回路104に含まれるトランジスタの数が1つになり、また、主電源Pの電圧低下を検出するための回路構成も必要ない。すなわち、第5の実施形態では、駆動回路104の回路構成を簡素にしつつ、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
《第6の実施形態》
 本発明の第6の実施形態に係る流体制御装置について説明する。第6の実施形態の流体制御装置は、第6の実施形態の駆動回路114を除いて、第3の実施形態の流体制御装置60と同様に構成されている(図5参照)。図10は駆動回路114の回路構成図である。駆動回路114は、トランジスタQ4のドレインがポンプ61に直接接続されていることを除いて、第5の実施形態の駆動回路104と同様に構成されている(図9参照)。
 ポンプ61の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はローレベルになり、ポンプ駆動信号は所定の波形で出力される。ポンプ61はポンプ駆動信号に応じて動作する。また、電磁弁駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ2がオフになり、電磁弁12が通電されず、電磁弁12が閉じる。このため、ポンプ61の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号およびポンプ駆動信号はローレベルになる。電磁弁駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ2がオフになる。このため、電磁弁12が通電されず、電磁弁12が閉じる。また、ポンプ駆動信号がローレベルになるので、トランジスタQ4がオフになり、ポンプ61が通電されない。このため、上述のように、ポンプ61の内部を流体が逆流することがない。この結果、容器13の内部と流体制御装置の外部とが遮断されるので、容器13の内部の圧力が保持される。
 駆動回路114から主電源Pが遮断された場合または主電源Pの電圧が低下した場合、第5の実施形態の場合と同様に、電磁弁12が開き、容器13の圧力が外部に開放される。なお、この場合、第5の実施形態の場合と同様に、ポンプ61は駆動されない。
 第6の実施形態では、非通電時に逆流が生じない構造のポンプ61を用いて、第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。
《第7の実施形態》
 本発明の第7の実施形態に係る流体制御装置120について説明する。流体制御装置120は血圧計として用いられる。図11は流体制御装置120の模式的ブロック図である。流体制御装置120は、第6の実施形態の流体制御装置と同様の構成を備え、第6の実施形態の容器13としてカフ123を備える。また、流体制御装置120は、圧力センサ等の血圧測定に必要な構成(図示せず)を備える。
 使用者は、血圧を測定する場合、流体制御装置120に主電源を投入し、所定の操作を行う。流体制御装置120は、第6の実施形態の場合と同様の動作で、電磁弁12を閉じるとともに、ポンプ61を駆動することにより、カフ123の内部を加圧していく。流体制御装置120は、カフ123の内部を加圧しながら、圧力センサで脈波を検出することにより血圧を測定する。すなわち、流体制御装置120はカフ123の内部の圧力に基づいて血圧を測定する。
 血圧の測定が終了した場合、ポンプ駆動信号がローレベルになり、トランジスタQ4(図10参照)がオフになり、ポンプ11は停止する。電磁弁駆動信号はハイレベルになり、トランジスタQ2がオンになり、電磁弁12が主電源Pで通電され、電磁弁12が開く。電磁弁12が数秒間開くことにより、カフ123の内部の空気が外部に排出される。
 また、駆動回路114から主電源Pが遮断された場合または主電源Pの電圧が低下した場合、第5の実施形態の場合と同様に、電磁弁12が開き、カフ123の内部の空気が外部に排出される。なお、この場合、第5の実施形態の場合と同様に、ポンプ61は駆動されない。
 図14は従来構成の流体制御装置170の模式的ブロック図である。流体制御装置170は血圧計として用いられる。流体制御装置170は従来構成の流体制御装置160(図13参照)と同様の構成を備え、流体制御装置160の容器13としてカフ123を備える。また、流体制御装置170は、圧力センサ等の血圧測定に必要な構成(図示せず)を備える。
 流体制御装置170は、血圧を測定する場合、電磁弁152に通電することで電磁弁152を閉じるとともに、ポンプ61を駆動してカフ123を所定の速度で加圧していく。流体制御装置170は、カフ123の内部を加圧しながら、圧力センサで脈波を検出することにより血圧を測定する。流体制御装置170は、血圧の測定を終了する場合、ポンプ61を停止するとともに、電磁弁152に通電しないことで電磁弁152を開いて、カフ123の内部の空気を外部に排出する。
 流体制御装置170では、電磁弁152が通電されないときに電磁弁152が開くようになっている。このため、流体制御装置170では、主電源が遮断されたときに電磁弁152が開く。これにより、電源遮断時にカフ123の内部の圧力が開放されず、被測定者が危険な状態になることが防止されている。一方、流体制御装置170では、血圧の測定時に、電磁弁152が閉じるために電磁弁152が常に通電され続ける必要がある。
 これに対して、流体制御装置120では、電源遮断時に電磁弁12が数秒間開き、カフ123の内部の圧力が開放されるので、安全性を確保することができる。また、流体制御装置120では、非通電時に電磁弁12が閉じるので、血圧の測定時に電磁弁12が通電される必要がない。すなわち、流体制御装置120では、従来構成の流体制御装置170より消費電力を削減することができるとともに、安全性を確保することができる。
《第8の実施形態》
 本発明の第8の実施形態に係る流体制御装置について説明する。第8の実施形態の流体制御装置は、第8の実施形態の駆動回路134を除いて、第1の実施形態の流体制御装置10と同様に構成されている(図1(A)参照)。図12は駆動回路134の回路構成図である。図12では、ポンプ11の駆動回路およびマイコンの図示を省略している。
 主電源Pとグランドとの間には、キャパシタC1が接続されている。主電源PとキャパシタC1との接続点N1は、電磁弁12を介してトランジスタQ2のドレインに接続されている。トランジスタQ2のソースはグランドに接続されている。主電源Pと接続点N1との接続点N2は、抵抗R2を介してトランジスタQ2のゲートおよびトランジスタQ5のドレインに接続されている。トランジスタQ5のソースはグランドに接続されている。トランジスタQ5のゲートはマイコンの端子P3に接続されている。マイコンは端子P3から電磁弁駆動信号を出力する。トランジスタQ5のゲートとマイコンの端子P3との接続点は抵抗R6を介してグランドに接続されている。なお、主電源Pと接続点N2との間にダイオードが挿入されてもよい。
 ポンプ11の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はローレベルになる。これにより、トランジスタQ5がオフになり、トランジスタQ2がオンになる。このため、電磁弁12が主電源Pで通電され、電磁弁12が開く。この結果、ポンプ11の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はハイレベルになる。これにより、トランジスタQ5がオンになり、トランジスタQ2がオフになる。このため、電磁弁12が通電されず、電磁弁12が閉じるので、容器13の内部の圧力が保持される。この際、ポンプ11の駆動は停止されている。
 主電源Pが遮断された場合または主電源Pの電圧が低下した場合、マイコンへの供給電圧も低下するので、電磁弁駆動信号はローレベルになる。これにより、トランジスタQ5がオフになり、トランジスタQ2がオンになる。このため、電磁弁12が通電され、電磁弁12が開くので、容器13の圧力は外部に開放される。なお、この際、ポンプ11の駆動は停止されている。
 第8の実施形態では、主電源Pが遮断された場合または主電源Pの電圧が低下した場合、マイコンの端子P3のインピーダンス状態にかかわらず、容器13の圧力を外部に開放することができる。また、容器13の内部の圧力が保持される際に、消費電力を削減することができる。
《第9の実施形態》
 本発明の第9の実施形態に係る流体制御装置について説明する。第9の実施形態の流体制御装置は、駆動回路を除いて、第3の実施形態の流体制御装置60と同様に構成されている(図5参照)。第9の実施形態の駆動回路は、第8の実施形態の駆動回路134と同様に構成されている(図12参照)。
 ポンプ61の動作により容器13の内部の圧力が制御される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はハイレベルになる。これにより、トランジスタQ5がオンになり、トランジスタQ2がオフになる。このため、電磁弁12が通電されず、電磁弁12が閉じる。この結果、ポンプ61の動作に応じて容器13の内部の圧力が制御される。
 容器13の内部の圧力が保持される場合、スイッチSW1はオンされており、電磁弁駆動信号はハイレベルになる。これにより、上述と同様に、電磁弁12が通電されず、電磁弁12が閉じる。また、ポンプ61が通電されないので、ポンプ61の内部を流体が逆流することがない。このため、容器13の内部と流体制御装置の外部とが遮断されるので、容器13の内部の圧力が保持される。
 主電源Pが遮断された場合または主電源Pの電圧が低下した場合、第8の実施形態の場合と同様に、電磁弁12が開き、容器13の圧力が外部に開放される。なお、この場合、第8の実施形態の場合と同様に、ポンプ61は駆動されない。
 第9の実施形態では、非通電時に逆流が生じない構造のポンプ61を用いて、第8の実施形態と同様の効果を得ることができる。
 なお、上述の実施形態では、容器の内部が流体制御装置の外部より加圧されるが、容器の内部が流体制御装置の外部より減圧されてもよい。この場合、ポンプの吸引口が容器側に接続され、ポンプの吐出口が外部に接続される。
 また、上述の実施形態では、ポンプ11は圧電素子により駆動されるが、本発明はこれに限定されない。本発明では、吸引口と吐出口が内部で連通した構造を有しているポンプが他の構成とともに適切に配設されればよい。
 また、上述の実施形態では、ポンプ61は直流モータにより駆動されるが、本発明はこれに限定されない。本発明では、非通電時に流体が逆流することが防止されているポンプが他の構成とともに適切に配設されればよい。例えば、ポンプ61の代わりに、ポンプ11の吸引口または吐出口に逆止弁が取り付けられたものが使用されてもよい。
 また、上述の実施形態では、ポンプの駆動および停止が繰り返されることにより、ポンプの出力が制御されるが、本発明はこれに限定されない。本発明では、ポンプの駆動電圧の大きさが変化することにより、ポンプの出力が制御されてもよい。
C1…キャパシタ
D1,D2…ダイオード
N1~N3…接続点
P…主電源
P1~P5…端子
Q1,Q3~Q5…トランジスタ
Q2…トランジスタ(スイッチ)
R1~R7…抵抗
SW1…スイッチ
10,60,120,140,150,160,170…流体制御装置
11,61…ポンプ
12,152…電磁弁(バルブ)
13…容器
14,54,64,94,104,114,134…駆動回路
15…昇圧回路
16…発振回路
17,57,67,97,107…マイコン
21…圧電ポンプ
22…カバー板
23…流路板
24…対向板
25…接着層
26…振動板
27…圧電素子
28…絶縁板
29…給電板
30…スペーサ板
31…蓋板
33…吸引口
34…吐出口
35,36…外部接続端子
37…流路孔
38…開口部
39…可動部
40,46…ポンプ室
41…中央部
42…打撃部
43…連結部
44…枠部
45…内部接続端子
71…ダイヤフラムポンプ
72…吸引口
73…吐出口
74…ケース
75…モータ
76…出力軸
77…クランク台
78…駆動軸
79…駆動体
80…軸受部
81…駆動子
82…蓋体
83…吸引弁
84…ポンプ室
85…ダイヤフラム
86…ダイヤフラム部
87…ピストン部
88…吐出弁
123…カフ

Claims (7)

  1.  容器と、
     主電源で駆動され、前記容器内を加圧または減圧可能な、吸引口と吐出口とが内部で連通するポンプと、
     両端若しくは一端が前記容器および前記ポンプに接続若しくは連通している、バルブと、
     キャパシタまたは蓄電池と、を備え、
     前記バルブは、前記主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、前記キャパシタまたは前記蓄電池に貯蔵されている電力で駆動され、前記容器の圧力を開放する、
     流体制御装置。
  2.  前記バルブが、前記ポンプに接続される第1ポートと前記容器に接続される第2ポートとを有し、
     通電時に前記第1ポートと前記第2ポートとを連通させ、
     非通電時に前記第1ポートと前記第2ポートとを遮断し、
     前記主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、前記キャパシタまたは前記蓄電池に貯蔵された電力で通電される、
     請求項1に記載の流体制御装置。
  3.  前記バルブが、外部に接続される第1ポートと前記ポンプに接続される第2ポートとを有し、
     通電時に前記第1ポートと前記第2ポートとを連通させ、
     非通電時に前記第1ポートと前記第2ポートとを遮断し、
     前記主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、前記キャパシタまたは前記蓄電池に貯蔵された電力で通電される、
     請求項1に記載の流体制御装置。
  4.  前記キャパシタまたは前記蓄電池に前記主電源より電力が供給される、
     請求項1に記載の流体制御装置。
  5.  前記ポンプは前記容器の内部を加圧し、
     前記容器の内部の圧力に基づいて血圧を測定する、
     請求項1に記載の流体制御装置。
  6.  前記容器がカフである、請求項1に記載の流体制御装置。
  7.  バルブに通電するための駆動回路を備え、
     前記駆動回路は、直流電源にダイオードを介して接続される前記キャパシタまたは前記蓄電池と、前記バルブを駆動するためのコイルと、前記主電源の電圧が低下若しくは消失した場合、前記キャパシタまたは前記蓄電池に貯蔵された電力を前記コイルに印加するためのスイッチと、
     を含む、請求項1ないし6のいずれかに記載の流体制御装置。
PCT/JP2015/072176 2014-08-11 2015-08-05 流体制御装置 WO2016024501A1 (ja)

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