WO2018221286A1 - 圧力制御装置、および、圧力利用装置 - Google Patents

圧力制御装置、および、圧力利用装置 Download PDF

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伸拓 田中
健二朗 岡口
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株式会社村田製作所
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    • F04F5/48—Control
    • F04F5/52—Control of evacuating pumps

Definitions

  • the present invention relates to a pressure control device that controls the pressure of a desired portion, and a pressure utilization device that uses the pressure control device.
  • Patent Document 1 describes a micropump unit including a plurality of micropumps.
  • the micropump unit described in Patent Document 1 has a configuration in which a plurality of micropumps are connected in series.
  • the micropump unit described in Patent Document 1 realizes high pressure by individually controlling and combining the directions of flow paths of a plurality of micropumps.
  • Patent Document 1 since these are connected using a plurality of micropumps, the structure becomes complicated and the shape becomes large.
  • An object of the present invention is to realize a high pressure with a small and simple configuration.
  • the pressure control device of the present invention includes a pump, a connecting pipe, a first valve, and a second valve.
  • the pump has a suction port and a discharge port.
  • the connecting pipe has a first end communicating with the discharge port, a second end communicating with the suction port, a first space including the first end, a second space including the second end, and a first space and a second space. It has the 3rd space between the spaces.
  • the first valve communicates the first space and the external space of the connecting pipe, disconnects the first space and the third space, and disconnects the first space and the external space of the connecting pipe.
  • the state where the first space and the third space are communicated is switched.
  • the second valve switches between a state in which the second space and the third space are communicated and a state in which the second space and the third space are not in communication.
  • the pressure in the second space is reduced by simply discharging to the first space with the pump and switching between the state of the first valve and the second valve, rather than simply performing suction with respect to the second space with the pump. To do.
  • the pressure control device of the present invention includes a pump, a connecting pipe, a first valve, and a second valve.
  • the pump has a suction port and a discharge port.
  • the connecting pipe has a first end communicating with the suction port, a second end communicating with the discharge port, a first space including the first end, a second space including the second end, and a first space and a second space. It has the 3rd space located between spaces.
  • the first valve communicates the first space and the external space of the connecting pipe, disconnects the first space and the third space, and disconnects the first space and the external space of the connecting pipe.
  • the state where the first space and the third space are communicated is switched.
  • the second valve switches between a state in which the second space and the third space are communicated and a state in which the second space and the third space are not in communication.
  • the pressure in the second space is increased by performing discharge to the second space side with the pump and switching between the state of the first valve and the second valve, rather than simply performing discharge to the second space with the pump. To do.
  • the wall forming the second space in the connecting pipe is a movable wall that can move according to pressure.
  • the behavior of the movable wall can be applied to applications that use pressure.
  • the pressure control device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the pressure control device includes a control unit that controls communication and non-communication by the first valve and communication and non-communication by the second valve.
  • a control part switches and performs a 1st control mode and a 2nd control mode.
  • the first valve In the first control mode, the first valve is in a state in which the first space and the external space of the connecting pipe communicate with each other, the first space and the third space are not in communication, and the second valve is in communication with the second space and the second space. It is assumed that the three spaces communicate with each other.
  • the first valve In the second control mode, the first valve is in a state in which the first space and the external space of the connecting pipe are not in communication, the first space and the third space are in communication, and the second valve is in communication with the second space and the second space. The three spaces are not in communication.
  • the pressure control device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the control unit causes the first valve to communicate with the first space and the external space of the connecting pipe, and causes the first space and the third space to communicate with each other, and causes the second valve to communicate with the second space and the third space. And a third control mode in which the and are not communicated with each other.
  • the control unit executes the third control mode between the first control mode and the second control mode.
  • the pressure control device of the present invention preferably has the following configuration.
  • the pressure control device includes a measurement unit that measures an operation state of a pressure control target.
  • a control part controls the aspect of a 1st valve
  • the pressure utilization apparatus of this invention forms the 2nd space in the structure of another above-mentioned specific pressure control apparatus, a connection pipe, the movable wall which moves according to pressure, and the object for suction which a movable wall connects An elastic membrane.
  • a nasal aspirator or a milking machine using negative pressure is realized as a pressure utilization device.
  • the pressure utilization device of the present invention includes the configuration of the specific pressure control device described above and a cuff or an air cell using the second space in the connecting pipe.
  • a sphygmomanometer using positive pressure, a bed slip prevention mat, and the like are realized as a pressure utilization device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pump 21 and a connecting pipe 30 of a pressure control device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a control system of the pressure control apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a first control mode of operation of the pressure control device 10
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a second control mode of operation of the pressure control device 10.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing a schematic configuration of a breast pump as an example of the pressure utilization device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pump 21 and a connecting pipe 30 of a pressure control device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a control system of the pressure control apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a first control mode
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the pump 21A and the connecting pipe 30 of the pressure control device 10A according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing a first control mode of operation of the pressure control device 10A
  • FIG. 6B is a diagram showing a second control mode of operation of the pressure control device 10A.
  • FIG. 7 is a diagram showing a third control mode of the operation of the pressure control apparatus 10A.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the pressure control apparatus 10B with a feedback function and the control system of the system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a pump 21 and a connecting pipe 30 of the pressure control device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a control system of the pressure control apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the pressure control device 10 includes a pump 21, a connecting pipe 30, a valve 411, a valve 412, a valve 42, a controller 91, and a drive circuit 92.
  • a valve 41 is constituted by the valve 411 and the valve 412, and the valve 41 corresponds to the first valve of the present invention.
  • the valve 42 corresponds to the second valve of the present invention.
  • the controller 91 outputs a drive control signal for the pump 21 to the drive circuit 92.
  • the drive circuit 92 supplies a drive voltage to the pump 21 based on the drive control signal.
  • the pump 21 performs suction and discharge of fluid according to the drive voltage.
  • the control unit 91 performs opening / closing control of the valve 411, the valve 412, and the valve 42.
  • the opening / closing control is executed according to a measurement value output from a measurement unit (not shown).
  • the measurement unit can measure one item or a plurality of items among the pressure value of the first space, the second space, or the third space, and the change amount, change speed, and change rate of the pressure value for a predetermined time.
  • the elapsed time from the start of driving of the pump and the elapsed time from the start of the first control aspect, the second control aspect, or the third control aspect may be measured.
  • the pump 21 includes a suction port 211 and a discharge port 212.
  • the pump 21 includes, for example, a piezoelectric pump that uses vibration of a piezoelectric element and a fluid control valve that has a flow path in one direction.
  • the pump 21 sucks fluid (for example, gas) from the suction port 211 and discharges fluid (for example, gas) from the discharge port 212.
  • the connecting pipe 30 is made of a tubular member.
  • the first end of the connection pipe 30 communicates with the discharge port 212, and the second end of the connection pipe 30 communicates with the suction port 211.
  • the connecting pipe 30 is connected in the order of the first space 31, the third space 33, and the second space 32 from the first end toward the second end.
  • the wall of the first space 31 and the wall of the third space 33 of the connecting pipe 30 are made of a highly rigid material.
  • the wall 320 of the second space 32 of the connecting pipe 30 is made of an elastic body. That is, the wall 320 is a movable wall that vibrates in a direction orthogonal to the wall surface by the pressure of the second space 32. At this time, the entire wall 320 need not be an elastic body, and at least a part of the wall 320 may be an elastic body. Note that the elastic modulus of the wall 320 may be set so that the second space 32 does not completely collapse in the operation described later, and, for example, the second space 32 has a predetermined dent amount.
  • the valve 411, the valve 412, and the valve 42 are, for example, electromagnetic valves.
  • the valve 411, the valve 412, and the valve 42 open and close the electromagnetic valve by opening / closing control of the control unit 91.
  • the valve 411 is disposed on the wall of the first space 31 in the connecting pipe 30. When the valve 411 is closed, the first space 31 and the external space are isolated. On the other hand, when the valve 411 is open, the first space 31 communicates with the external space.
  • the valve 412 is disposed at the boundary position between the first space 31 and the third space 33 in the connecting pipe 30.
  • the connecting pipe 30 is divided into the first space 31 and the third space 33 by the valve 412.
  • the valve 412 When the valve 412 is closed, the first space 31 and the third space 33 are isolated.
  • the valve 412 when the valve 412 is opened, the first space 31 and the third space 33 communicate with each other.
  • the valve 42 is disposed at a boundary position between the third space 33 and the second space 32 in the connecting pipe 30.
  • the connecting pipe 30 is divided into the third space 33 and the second space 32 by the valve 42.
  • the valve 42 is closed, the third space 33 and the second space 32 are isolated.
  • the valve 42 is opened, the third space 33 and the second space 32 communicate with each other.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of the pressure control apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a first control mode of operation of the pressure control device 10
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a second control mode of operation of the pressure control device 10.
  • the pressure control device 10 operates in the first control mode shown in FIG. 3 (A), and operates in the second control mode shown in FIG. 3 (B) after a predetermined time.
  • the valve 411 is controlled to open and the valve 412 is controlled to close.
  • the valve 42 is controlled to be opened.
  • the first space 31 communicates with the external space and does not communicate with the third space 33 (non-communication).
  • the second space 32 and the third space 33 communicate with each other.
  • the closed space formed by the second space 32 and the third space 33 of the connecting pipe 30 is in communication with the suction port 211 side of the pump 21.
  • the discharge port 212 side of the pump 21 communicates with the external space via the first space 31.
  • valve 411 is closed and the valve 412 is opened.
  • the valve 42 is controlled to be closed. Thereby, the first space 31 and the third space 33 communicate with each other.
  • the second space 32 is isolated from the third space 33 (not communicated).
  • a closed space consisting only of the second space 32 of the connecting pipe 30 is in communication with the suction port 211 side of the pump 21.
  • the discharge port 212 side of the pump 21 is in a state in which a closed space composed of the first space 31 and the third space 33 of the connecting pipe 30 communicates.
  • the pressure of the closed space composed of the first space 31 and the third space 33 of the connecting pipe 30 in the second control mode is lower than the pressure of the first space 31 in the first control mode.
  • the pressure in the second space 32 in the second control mode is a negative pressure than the pressure in the second space 32 in the first control mode. That is, the pressure in the second space 32 further decreases compared to the first control mode.
  • the volume of the first space 31 is V1
  • the volume of the second space 32 is V2
  • the volume of the third space 33 is V3
  • the maximum static pressure that can be sucked by the pump 21 is P
  • the second Let P2 be the pressure in the closed space consisting only of the second space 32 in the control mode. From Boyle's law, the pressure P2 can be calculated using the following equation.
  • P2 ⁇ P ⁇ (1 + V3 / Vall) Note that “Vall” is a volume of a closed space including the first space 31, the second space 32, and the third space 33.
  • the pressure in the second space 32 can be made smaller (larger in absolute value) than the negative maximum static pressure that can be sucked by the pump 21.
  • the pump 21 with the maximum static pressure of 20 kPa
  • the pressure in the two spaces 32 can be about ⁇ 40 kPa. That is, the absolute value of the pressure in the second space 32 is approximately doubled.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing a schematic configuration of a breast pump as an example of the pressure utilization device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the pressure using device 1 includes the pressure control device 10 described above, and includes a mounting portion 2, a connecting pipe portion 3, a liquid retaining portion 4, and an elastic film 5.
  • the pressure utilization apparatus 1 is a milking machine here.
  • the mounting part 2 has a cup shape and is mounted on the breast.
  • the connecting pipe portion 3 is connected to the cup-shaped root portion of the mounting portion 2.
  • a cylindrical liquid retaining portion 4 and a mounting portion 2 communicate with the connecting pipe portion 3.
  • a part of the wall in the connecting pipe portion 3 is opened, and an elastic film 5 is attached to the opening.
  • the elastic film 5 is in contact with a wall 320 that forms the second space 32 of the pressure control device 10.
  • the elastic film 5 may form part of the wall 320.
  • the elastic membrane 5 corresponds to the suction elastic membrane of the present invention.
  • the pressure utilization apparatus 1 is a milking machine, if it is an instrument which suck
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the pump 21A and the connecting pipe 30 of the pressure control device 10A according to the second embodiment of the present invention.
  • the pressure control device 10A according to the present embodiment is different from the pressure control device 10 according to the first embodiment in that the pump 21 is replaced with a pump 21A.
  • Other portions of the pressure control device 10A are the same as those of the pressure control device 10, and the description of the same portions is omitted.
  • the pump 21A includes a suction port 211A and a discharge port 212A.
  • the pump 21A is configured by, for example, a piezoelectric pump that uses vibration of a piezoelectric element, and a fluid control valve that has a flow path in one direction.
  • the suction port 211A communicates with the first end of the connecting pipe 30, that is, the end of the connecting pipe 30 on the first space 31 side.
  • the discharge port 212A communicates with the second end of the connecting pipe 30, that is, the end of the connecting pipe 30 on the second space 32 side.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of the pressure control apparatus 10A according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing a first control mode of operation of the pressure control device 10A
  • FIG. 6B is a diagram showing a second control mode of operation of the pressure control device 10A.
  • the pressure control device 10A operates in the first control mode shown in FIG. 6 (A), and operates in the second control mode shown in FIG. 6 (B) after a predetermined time.
  • the valve 411 is controlled to open and the valve 412 is controlled to close.
  • the valve 42 is controlled to be opened.
  • the first space 31 communicates with the external space and does not communicate with the third space 33.
  • the second space 32 and the third space 33 communicate with each other.
  • a closed space composed of the second space 32 and the third space 33 of the connecting pipe 30 is in communication with the discharge port 212A side of the pump 21A.
  • the suction port 211 ⁇ / b> A side of the pump 21 ⁇ / b> A is in communication with the external space via the first space 31.
  • valve 411 is closed and the valve 412 is opened.
  • the valve 42 is controlled to be closed. Thereby, the first space 31 and the third space 33 communicate with each other.
  • the second space 32 is isolated from the third space 33.
  • the closed space composed of the first space 31 and the third space 33 of the connecting pipe 30 is in communication with the suction port 211A side of the pump 21A.
  • the discharge port 212 ⁇ / b> A side of the pump 21 is in a state where a closed space including only the second space 32 of the connection pipe 30 is communicated.
  • the pressure in the closed space formed by the first space 31 and the third space 33 of the connecting pipe 30 in the second control mode is higher than the pressure in the first space 31 in the first control mode.
  • the pressure in the second space 32 in the second control mode becomes a positive pressure that is higher than the pressure in the second space 32 in the first control mode. That is, the pressure in the second space 32 is further increased.
  • the pressure in the second space 32 can be made larger than the maximum positive static pressure possible with the pump 21A.
  • the pump 21 with the maximum static pressure of 20 kPa The pressure in the two spaces 32 can be about +40 kPa. That is, the absolute value of the pressure in the second space 32 is approximately doubled.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a third control mode of the operation of the pressure control apparatus 10A.
  • the valve 411 and the valve 412 maintain the first control mode. That is, the valve 411 is controlled to open and the valve 412 is controlled to close. On the other hand, the valve 42 is controlled to be closed. Thereby, the second space 32 is isolated from the third space 33.
  • the second space 32 is isolated from the third space 33 before the first space 31 and the third space 33 communicate with each other. Therefore, before the second space 32 is isolated from the third space 33, the third space 33 communicates with the first space 31, that is, the second space 32, the third space 33, and the first space. It can suppress that 31 communicates and the pressure of the 2nd space 32 falls temporarily.
  • the second space 32 in the connection pipe 30 may be a cuff or an air cell. Further, the second space 32 in the connection pipe 30 may be communicated with a cuff or an air cell.
  • the “cuff or air cell using the second space in the connecting pipe” according to the present invention is an embodiment in which the second space 32 itself is used as the cuff or the air cell. Both modes used as are included.
  • This third control mode can also be applied to the pressure control device 10 of the first embodiment. In this case, it is possible to suppress the pressure in the second space 32 from temporarily rising.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of the pressure control device 10B with a feedback function and the control system of the system.
  • the pressure control device 10B includes a control unit 91B, a drive circuit 92, a pump 21, a valve 41, and a valve 42.
  • the drive circuit 92, the pump 21, the valve 41, and the valve 42 have the same configuration as the pressure control device 10 or the pressure control device 10A.
  • the system that realizes the feedback function includes a pressure control device 10B, a control target device 90, and a measuring instrument 93.
  • the control target device 90 is configured by a portion other than the pressure control device 10B in a pressure utilization device such as a sphygmomanometer or a nasal aspirator.
  • the measuring instrument 93 acquires a predetermined measurement value of the control target device 90. For example, the measuring device 93 acquires a Korotkoff sound if it is a sphygmomanometer, and the flow rate as a measured value if it is a nasal inhaler.
  • the measuring instrument 93 outputs the measured value to the control unit 91B.
  • the control unit 91B refers to the measurement value and selects whether to perform pressure control for improving the absolute value of the pressure described above or normal pressure control, and executes it. For example, when rapid suction or pressure increase is necessary, pressure control for improving the absolute value of the pressure is performed, and when this is not necessary, normal pressure control is performed.

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Abstract

圧力制御装置（１０）は、ポンプ（２１）、連結管（３０）、第１バルブ（４１）および第２バルブ（４２）を備える。ポンプ（２１）は、吸入口（２１１）と吐出口（２１２）とを有する。連結管（３０）は、吐出口（２１２）に第１端が連通し、吸入口（２１１）に第２端が連通し、第１端を含む第１空間（３１）、第２端を含む第２空間（３２）および第１空間（３１）と第２空間（３２）との間の第３空間（３３）を有する。第１バルブ（４１）は、第１空間（３１）と連結管（３０）の外部空間とを連通し、第１空間（３１）と第３空間（３３）とを非連通する状態と、第１空間（３１）と連結管（３０）の外部空間とを非連通し、第１空間（３１）と第３空間（３３）とを連通する状態とを切り替える。第２バルブ（４２）は、第２空間（３２）と第３空間（３３）とを連通する状態と、第２空間（３２）と第３空間（３３）とを非連通する状態とを切り替える。

Description

圧力制御装置、および、圧力利用装置
　本発明は、所望部位の圧力を制御する圧力制御装置、および、当該圧力制御装置を用いた圧力利用装置に関する。
　従来、ポンプによる流体制御を利用して、圧力を制御する装置が各種考案されている。例えば、特許文献１には、複数のマイクロポンプを備えたマイクロポンプユニットが記載されている。
　特許文献１に記載のマイクロポンプユニットは、複数のマイクロポンプを直列接続した構成を備える。特許文献１に記載のマイクロポンプユニットは、複数のマイクロポンプの流路の方向を個別に制御して組み合わせることによって、高圧力を実現している。
特開２０１０－２０３３４９号公報
　しかしながら、特許文献１の構成では、複数のマイクロポンプを用いて、これらを接続するため、構造が複雑になり、形状が大きくなってしまう。
　本発明の目的は、小型且つ簡素な構成で、高圧力を実現することにある。
　この発明の圧力制御装置は、ポンプ、連結管、第１バルブ、および、第２バルブを備える。ポンプは、吸入口と吐出口とを有する。連結管は、吐出口に第１端が連通し、吸入口に第２端が連通し、第１端を含む第１空間、第２端を含む第２空間、および、第１空間と第２空間との間の第３空間を有する。第１バルブは、第１空間と連結管の外部空間とを連通し、第１空間と第３空間とを非連通する状態と、第１空間と連結管の外部空間とを非連通し、第１空間と第３空間とを連通する状態と、を切り替える。第２バルブは、第２空間と第３空間とを連通する状態と、第２空間と第３空間とを非連通する状態と、を切り替える。
　この構成では、ポンプで第１空間側への吐出を行い、第１バルブと第２バルブの状態の切り替えることによって、単にポンプで第２空間に対する吸引を行うよりも、第２空間の圧力が低下する。
　また、この発明の圧力制御装置は、ポンプ、連結管、第１バルブ、および、第２バルブを備える。ポンプは、吸入口と吐出口とを有する。連結管は、吸入口に第１端が連通し、吐出口に第２端が連通し、第１端を含む第１空間、第２端を含む第２空間、および、第１空間と第２空間との間に位置する第３空間を有する。第１バルブは、第１空間と連結管の外部空間とを連通し、第１空間と第３空間とを非連通する状態と、第１空間と連結管の外部空間とを非連通し、第１空間と第３空間とを連通する状態と、を切り替える。第２バルブは、第２空間と第３空間とを連通する状態と、第２空間と第３空間とを非連通する状態と、を切り替える。
　この構成では、ポンプで第２空間側への吐出を行い、第１バルブと第２バルブの状態の切り替えることによって、単にポンプで第２空間に対する吐出を行うよりも、第２空間の圧力が増加する。
　また、この発明の圧力制御装置では、連結管における第２空間を形成する壁は、圧力に応じて可動する可動壁であることが好ましい。
　この構成では、可動壁の挙動を、圧力を利用するアプリケーションに適用できる。
　また、この発明の圧力制御装置では、次の構成であることが好ましい。圧力制御装置は、第１バルブによる連通および非連通と、第２バルブによる連通および非連通と、を制御する制御部を備える。制御部は、第１制御態様と第２制御態様とを切り替えて実行する。第１制御態様は、第１バルブを、第１空間と連結管の外部空間とを連通し、第１空間と第３空間とを非連通する状態とし、第２バルブを、第２空間と第３空間とを連通する状態とする。第２制御態様は、第１バルブを、第１空間と連結管の外部空間とを非連通し、第１空間と第３空間とを連通する状態とし、第２バルブを、第２空間と第３空間とを非連通する状態とする。
　この構成では、上述の第２空間の圧力の上昇、低下が実行される。
　また、この発明の圧力制御装置では、次の構成であることが好ましい。
　制御部は、第１バルブを、第１空間と連結管の外部空間とを連通し、第１空間と第３空間とを非連通する状態とし、第２バルブを、第２空間と第３空間とを非連通する状態とした第３制御態様をさらに有する。制御部は、第１制御態様と第２制御態様との間に第３制御態様を実行する。
　この構成では、第１制御態様から第２制御態様への移行時の第１バルブと第２バルブとの制御タイミングのズレによる圧力の不所望な上昇、低下が抑制される。
　また、この発明の圧力制御装置では、次の構成であることが好ましい。圧力制御装置は、圧力制御対象の動作状態を計測する計測部を備える。制御部は、計測部の出力する計測値に応じて、第１バルブおよび第２バルブの態様の制御を行う。
　この構成では、圧力制御対象の動作状態に応じた圧力制御が行われる。
　また、この発明の圧力利用装置は、上述の別の特定の圧力制御装置の構成と、連結管における第２空間を形成し、圧力に応じて可動する可動壁と、可動壁が接続する吸引用弾性膜と、を備える。
　この構成では、圧力利用装置として、負の圧力を利用した鼻水吸引器や搾乳器等が実現される。
　また、この発明の圧力利用装置は、上述の特定の圧力制御装置の構成と、連結管における第２空間を用いたカフまたはエアセルと、を備える。
　この構成では、圧力利用装置として、正の圧力を利用した血圧計や床ずれ防止マット等が実現される。
　この発明によれば、小型且つ簡素な構成で、高圧力を実現できる。
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧力制御装置１０のポンプ２１と連結管３０の構成を示す図である。 図２は本発明の第１の実施形態に係る圧力制御装置１０の制御系の機能ブロック図である。 図３（Ａ）は、圧力制御装置１０の動作の第１制御態様を示す図であり、図３（Ｂ）は、圧力制御装置１０の動作の第２制御態様を示す図である。 図４は本発明の第１の実施形態に係る圧力利用装置１の一例である搾乳器の概略構成を示す側面断面図である。 図５は本発明の第２の実施形態に係る圧力制御装置１０Ａのポンプ２１Ａと連結管３０の構成を示す図である。 図６（Ａ）は、圧力制御装置１０Ａの動作の第１制御態様を示す図であり、図６（Ｂ）は、圧力制御装置１０Ａの動作の第２制御態様を示す図である。 図７は圧力制御装置１０Ａの動作の第３制御態様を示す図である。 図８はフィードバック機能付きの圧力制御装置１０Ｂおよびシステムの制御系の機能ブロック図である。
　本発明の第１の実施形態に係る圧力制御装置および圧力利用装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧力制御装置１０のポンプ２１と連結管３０の構成を示す図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧力制御装置１０の制御系の機能ブロック図である。
　図１、図２に示すように、圧力制御装置１０は、ポンプ２１、連結管３０、バルブ４１１、バルブ４１２、バルブ４２、制御部９１、駆動回路９２を備える。バルブ４１１とバルブ４１２とによってバルブ４１が構成され、当該バルブ４１が本発明の第１バルブに対応する。バルブ４２が本発明の第２バルブに対応する。
　図２に示すように、制御部９１は、駆動回路９２に対して、ポンプ２１の駆動制御信号を出力する。駆動回路９２は、駆動制御信号に基づいて、ポンプ２１に対して、駆動電圧を供給する。ポンプ２１は、駆動電圧に応じて流体の吸入および吐出を行う。また、制御部９１は、バルブ４１１、バルブ４１２、バルブ４２の開閉制御を行う。
　なお、当該開閉制御は、計測部（図示を省略）が出力する計測値に応じて実行される。計測部とは、第１空間、第２空間または第３空間の圧力値や所定時間における当該圧力値の変化量、変化速度、変化率の内の１つの項目または複数の項目を計測できる。また、別態様として、ポンプの駆動開始時から経過時間や、第１制御態様、第２制御態様または第３制御態様の開始時からの経過時間を計測してもよい。
　図１に示すように、ポンプ２１は、吸入口２１１と吐出口２１２とを備える。ポンプ２１は、例えば、圧電素子の振動を利用した圧電ポンプと、流路を一方向とする流体制御用のバルブとによって構成されている。ポンプ２１は、吸入口２１１から流体（例えば気体）を吸入し、吐出口２１２から流体（例えば気体）を吐出する。
　連結管３０は、管状の部材からなる。連結管３０の第１端は、吐出口２１２に連通し、連結管３０の第２端は、吸入口２１１に連通している。連結管３０は、第１端から第２端に向かって、第１空間３１、第３空間３３、および、第２空間３２の順に繋がっている。
　連結管３０の第１空間３１の壁、および第３空間３３の壁は、剛性の高い材料からなる。連結管３０の第２空間３２の壁３２０は、弾性体からなる。すなわち、壁３２０は、第２空間３２の圧力によって、壁面に直交する方向に振動する可動壁である。この際、壁３２０の全体が弾性体である必要はなく、壁３２０の少なくとも一部が弾性体であればよい。なお、壁３２０の弾性率は、後述の動作において、第２空間３２が完全につぶれるものではなく、例えば、第２空間３２が所定の凹み量になるように設定されていればよい。
　バルブ４１１、バルブ４１２、バルブ４２は、例えば、電磁弁である。バルブ４１１、バルブ４１２、バルブ４２は、制御部９１の開閉制御によって、電磁弁を開閉する。
　バルブ４１１は、連結管３０における第１空間３１の壁に配置されている。バルブ４１１が閉じていることによって、第１空間３１と外部空間とは隔離される。一方、バルブ４１１が開いていることによって、第１空間３１と外部空間とは連通する。
　バルブ４１２は、連結管３０における第１空間３１と第３空間３３との境界位置に配置されている。言い換えれば、連結管３０は、バルブ４１２によって第１空間３１と第３空間３３とに分かれている。バルブ４１２が閉じていることによって、第１空間３１と第３空間３３とは隔離される。一方、バルブ４１２が開いていることによって、第１空間３１と第３空間３３とは連通する。
　バルブ４２は、連結管３０における第３空間３３と第２空間３２との境界位置に配置されている。言い換えれば、連結管３０は、バルブ４２によって第３空間３３と第２空間３２とに分かれている。バルブ４２が閉じていることによって、第３空間３３と第２空間３２とは隔離される。一方、バルブ４２が開いていることによって、第３空間３３と第２空間３２とは連通する。
　このような構成において、圧力制御装置１０は、次に示すように動作する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る圧力制御装置１０の動作を示す図である。図３（Ａ）は、圧力制御装置１０の動作の第１制御態様を示す図であり、図３（Ｂ）は、圧力制御装置１０の動作の第２制御態様を示す図である。
　圧力制御装置１０は、図３（Ａ）に示す第１制御態様で動作し、所定時間後に、図３（Ｂ）に示す第２制御態様で動作する。
　（第１制御態様）
　バルブ４１１は開制御され、バルブ４１２は閉制御される。バルブ４２は開制御される。これにより、第１空間３１は、外部空間に連通しており、第３空間３３とは連通していない（非連通）。第２空間３２と第３空間３３とは連通している。
　この状態では、ポンプ２１の吸入口２１１側には、連結管３０の第２空間３２と第３空間３３とからなる閉空間が連通した状態となる。一方、ポンプ２１の吐出口２１２側は、第１空間３１を介して、外部空間に連通した状態となる。
　この状態において、ポンプ２１が駆動すると、連結管３０の第２空間３２と第３空間３３とからなる閉空間の空気がポンプ２１に吸入され、外部空間に向けて、吸入した空気が吐出される。これにより、連結管３０の第２空間３２と第３空間３３とからなる閉空間の圧力は外気圧よりも低下し、外気圧に対して負圧となる。
　（第２制御態様）
　バルブ４１１は閉制御され、バルブ４１２は開制御される。バルブ４２は閉制御される。これにより、第１空間３１と第３空間３３とは連通している。第２空間３２は、第３空間３３に対して隔離される（非連通）。
　この状態では、ポンプ２１の吸入口２１１側には、連結管３０の第２空間３２のみからなる閉空間が連通した状態となる。一方、ポンプ２１の吐出口２１２側は、連結管３０の第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間が連通した状態となる。
　この状態において、第１制御態様から引き続き、ポンプ２１が駆動すると、連結管３０の第２空間３２のみからなる閉空間の空気がポンプ２１に吸入され、第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間に向けて、吸入した空気が吐出される。これにより、連結管３０の第２空間３２のみからなる閉空間の圧力は、第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間の圧力よりも負圧になる。
　ここで、第２制御態様における連結管３０の第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間の圧力は、第１制御態様における第１空間３１の圧力より低い。
　したがって、第２制御態様における第２空間３２の圧力は、第１制御態様における第２空間３２の圧力よりも負圧になる。すなわち、第２空間３２の圧力は、第１制御態様と比較してさらに低下する。
　例えば、第１空間３１の体積をＶ１とし、第２空間３２の体積をＶ２とし、第３空間３３の体積をＶ３とし、ポンプ２１で吸引可能な負圧の最大静圧をＰとし、第２制御態様における第２空間３２のみからなる閉空間の圧力をＰ２とする。ボイルの法則から、圧力Ｐ２は、以下の式を用いて算出できる。
　Ｐ２＝－Ｐ×（１＋Ｖ３／Ｖａｌｌ）
　なお、Ｖａｌｌは、第１空間３１、第２空間３２、および第３空間３３からなる閉空間の体積である。
　このような構成によって、第２空間３２の圧力は、ポンプ２１で吸引可能な負圧の最大静圧よりも小さく（絶対値としては大きく）することができる。例えば、第１空間３１の体積Ｖ１と第２空間３２の体積Ｖ２をできる限り小さくし、第３空間３３の体積Ｖ３をできる限り大きくすることによって、最大静圧２０ｋＰａのポンプ２１に対して、第２空間３２の圧力を約－４０ｋＰａにすることができる。すなわち、第２空間３２の圧力の絶対値は、略２倍になる。
　また、この構成では、ポンプ２１を１個用いるだけでよく、小型且つ簡素な構成で、絶対値が高い圧力の空間を実現できる。
　このような圧力制御装置１０は、次に示すような圧力利用装置１に適用できる。図４は、本発明の第１の実施形態に係る圧力利用装置１の一例である搾乳器の概略構成を示す側面断面図である。
　図４に示すように、圧力利用装置１は、上述の圧力制御装置１０を備えるとともに、装着部２、連結管部３、液体保留部４、および、弾性膜５を備える。圧力利用装置１は、ここでは搾乳器である。装着部２は、カップ形状になっており、乳房に装着される。装着部２のカップ形状の根元部には、連結管部３が接続されている。連結管部３には、筒状の液体保留部４および装着部２が連通している。連結管部３における壁の一部は、開口しており、この開口部には、弾性膜５が装着されている。そして、この弾性膜５は、圧力制御装置１０の第２空間３２を形成する壁３２０に当接している。また、弾性膜５は、壁３２０の一部を形成していてもよい。弾性膜５は、本発明の吸引用弾性膜に対応する。
　このような構成において、圧力制御装置１０を作動させると、高い負圧によって、壁３２０が第２空間３２側に湾曲し、弾性膜５が第２空間３２内に引かれる。これにより、高い負圧による搾乳が可能になり、従来の構成よりも、搾乳効率を向上することができる。
　なお、本実施形態では、圧力利用装置１は、搾乳器であるが、鼻水吸引器等の液体を吸引する器具であれば、本発明の圧力制御装置１０の構成を用いて、吸引の能力を向上することができる。
　次に、本発明の第２の実施形態に係る圧力制御装置について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧力制御装置１０Ａのポンプ２１Ａと連結管３０の構成を示す図である。
　本実施形態の圧力制御装置１０Ａは、第１の実施形態に係る圧力制御装置１０に対して、ポンプ２１をポンプ２１Ａに置き換えた点において異なる。圧力制御装置１０Ａの他の箇所は、圧力制御装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
　ポンプ２１Ａは、ポンプ２１と同様に、吸入口２１１Ａと吐出口２１２Ａとを備える。ポンプ２１Ａは、例えば、圧電素子の振動を利用した圧電ポンプと、流路を一方向とする流体制御用のバルブとによって構成されている。
　吸入口２１１Ａは、連結管３０の第１端、すなわち、連結管３０の第１空間３１側の端部に連通している。吐出口２１２Ａは、連結管３０の第２端、すなわち、連結管３０の第２空間３２側の端部に連通している。
　このような構成において、圧力制御装置１０Ａは、次に示すように動作する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る圧力制御装置１０Ａの動作を示す図である。図６（Ａ）は、圧力制御装置１０Ａの動作の第１制御態様を示す図であり、図６（Ｂ）は、圧力制御装置１０Ａの動作の第２制御態様を示す図である。
　圧力制御装置１０Ａは、図６（Ａ）に示す第１制御態様で動作し、所定時間後に、図６（Ｂ）に示す第２制御態様で動作する。
　（第１制御態様）
　バルブ４１１は開制御され、バルブ４１２は閉制御される。バルブ４２は開制御される。これにより、第１空間３１は、外部空間に連通しており、第３空間３３とは連通していない。第２空間３２と第３空間３３とは連通している。
　この状態では、ポンプ２１Ａの吐出口２１２Ａ側には、連結管３０の第２空間３２と第３空間３３とからなる閉空間が連通した状態となる。一方、ポンプ２１Ａの吸入口２１１Ａ側は、第１空間３１を介して、外部空間に連通した状態となる。
　この状態において、ポンプ２１Ａが駆動すると、外部空間から空気がポンプ２１Ａに吸入され、連結管３０の第２空間３２と第３空間３３とからなる閉空間に向けて、吸入した空気が吐出される。これにより、連結管３０の第２空間３２と第３空間３３とからなる閉空間の圧力は外気圧よりも高くなり、外気圧に対して正の高圧状態となる。
　（第２制御態様）
　バルブ４１１は閉制御され、バルブ４１２は開制御される。バルブ４２は閉制御される。これにより、第１空間３１と第３空間３３とは連通している。第２空間３２は、第３空間３３に対して隔離される。
　この状態では、ポンプ２１Ａの吸入口２１１Ａ側には、連結管３０の第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間が連通した状態となる。一方、ポンプ２１の吐出口２１２Ａ側は、連結管３０の第２空間３２のみからなる閉空間が連通した状態となる。
　この状態において、第１制御態様から引き続き、ポンプ２１Ａが駆動すると、連結管３０の第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間の空気がポンプ２１に吸入され、第２空間３２のみからなる閉空間に向けて、吸入した空気が吐出される。これにより、連結管３０の第２空間３２のみからなる閉空間の圧力は、第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間の圧力よりも高圧になる。
　ここで、第２制御態様における連結管３０の第１空間３１と第３空間３３とからなる閉空間の圧力は、第１制御態様における第１空間３１の圧力より高い。
　したがって、第２制御態様における第２空間３２の圧力は、第１制御態様における第２空間３２の圧力よりもさらに高い正圧になる。すなわち、第２空間３２の圧力は、さらに高くなる。
　このような構成によって、第２空間３２の圧力は、ポンプ２１Ａで可能な正圧の最大静圧よりも大きくすることができる。例えば、第１空間３１の体積Ｖ１と第２空間３２の体積Ｖ２をできる限り小さくし、第３空間３３の体積Ｖ３をできる限り大きくすることによって、最大静圧２０ｋＰａのポンプ２１に対して、第２空間３２の圧力を約＋４０ｋＰａにすることができる。すなわち、第２空間３２の圧力の絶対値は、略２倍になる。
　また、この構成では、ポンプ２１Ａを１個用いるだけでよく、小型且つ簡素な構成で、絶対値が高い圧力の空間を実現できる。
　なお、圧力制御装置１０Ａは、第１制御態様から第２制御態様への移行時に、次に示す第３制御態様を実行してもよい。図７は、圧力制御装置１０Ａの動作の第３制御態様を示す図である。
　（第３制御態様）
　バルブ４１１とバルブ４１２は、第１制御態様を維持する。すなわち、バルブ４１１は開制御され、バルブ４１２は閉制御される。一方、バルブ４２は閉制御される。これにより、第２空間３２は、第３空間３３に対して隔離される。
　この構成では、第１空間３１と第３空間３３とが連通する前に、第２空間３２が第３空間３３に対して隔離される。このため、第２空間３２を第３空間３３に対して隔離する前に、第３空間３３が第１空間３１に連通して、すなわち、第２空間３２、第３空間３３、および第１空間３１が連通して、第２空間３２の圧力が一時的に低下することを抑制できる。
　なお、このような圧力制御装置１０Ａは、例えば、血圧計、床ずれ防止マット等の圧力利用装置に適用できる。この場合、連結管３０における第２空間３２をカフまたはエアセルにすればよい。また、連結管３０における第２空間３２を、カフまたはエアセルに連通させてもよい。このように、本願発明の「連結管における第２空間を用いたカフまたはエアセル」とは、第２空間３２自体をカフまたはエアセルとして用いる態様も、第２空間３２に連通する空間をカフまたはエアセルとして用いる態様もどちらも含むものである。
　この第３制御態様は、第１の実施形態の圧力制御装置１０にも適用することができる。この場合、第２空間３２の圧力が一時的に上昇することを抑制できる。
　上述の各実施形態では、印加する圧力の絶対値の向上のみを行っていたが、次に示す構成を備えることによって、印加する圧力を適正に調整することが可能になる。図８は、フィードバック機能付きの圧力制御装置１０Ｂおよびシステムの制御系の機能ブロック図である。
　圧力制御装置１０Ｂは、制御部９１Ｂ、駆動回路９２、ポンプ２１、バルブ４１、バルブ４２を備える。駆動回路９２、ポンプ２１、バルブ４１、バルブ４２は、圧力制御装置１０または圧力制御装置１０Ａと同様の構成である。
　フィードバック機能を実現するシステムは、圧力制御装置１０Ｂ、制御対象機器９０、および、計測器９３を備える。制御対象機器９０は、血圧計または鼻水吸引器等の圧力利用装置における圧力制御装置１０Ｂ以外の部分によって構成されている。計測器９３は、制御対象機器９０の所定の計測値を取得する。例えば、計測器９３は、血圧計であればコロトコフ音、鼻水吸引器であれば流量を計測値として取得する。計測器９３は、計測値を制御部９１Ｂに出力する。
　制御部９１Ｂは、計測値を参照して、上述の圧力の絶対値を向上させる圧力制御を行うか、通常の圧力制御を行うかを選択して実行する。例えば、急速な吸引や圧力の上昇が必要な時には、上述の圧力の絶対値を向上させる圧力制御を行い、これが必要無い時には、通常の圧力制御を行う。
　このような構成とすることによって、制御対象機器９０の動作状況に応じた圧力制御を行うことができる。
１：圧力利用装置
３：連結管部
４：液体保留部
５：弾性膜
１０、１０Ａ、１０Ｂ：圧力制御装置
２１、２１Ａ：ポンプ
２２：装着部
３０：連結管
３１：第１空間
３２：第２空間
３３：第３空間
４１：第１バルブ
４２：第２バルブ
９０：制御対象機器
９１、９１Ｂ：制御部
９２：駆動回路
９３：計測器
２１１：吸入口
２１１Ａ：吸入口
２１２：吐出口
２１２Ａ：吐出口
３２０：壁
４１１：バルブ
４１２：バルブ

Claims (8)

  1. 　吸入口と吐出口とを有するポンプと、
    　前記吐出口に第１端が連通し、前記吸入口に第２端が連通し、前記第１端を含む第１空間、前記第２端を含む第２空間、および、前記第１空間と前記第２空間との間に位置する第３空間を有する、連結管と、
    　前記第１空間と前記連結管の外部空間とを連通し、前記第１空間と前記第３空間とを非連通する状態と、前記第１空間と前記連結管の外部空間とを非連通し、前記第１空間と前記第３空間とを連通する状態と、を切り替える第１バルブと、
    　前記第２空間と前記第３空間とを連通する状態と、前記第２空間と前記第３空間とを非連通する状態と、を切り替える第２バルブと、
    　を備える、圧力制御装置。
  2. 　吸入口と吐出口とを有するポンプと、
    　前記吸入口に第１端が連通し、前記吐出口に第２端が連通し、前記第１端を含む第１空間、前記第２端を含む第２空間、および、前記第１空間と前記第２空間との間に位置する第３空間を有する、連結管と、
    　前記第１空間と前記連結管の外部空間とを連通し、前記第１空間と前記第３空間とを非連通する状態と、前記第１空間と前記連結管の外部空間とを非連通し、前記第１空間と前記第３空間とを連通する状態と、を切り替える第１バルブと、
    　前記第２空間と前記第３空間とを連通する状態と、前記第２空間と前記第３空間とを非連通する状態と、を切り替える第２バルブと、
    　を備える、圧力制御装置。
  3. 　前記連結管における前記第２空間を形成する壁は、圧力に応じて可動する可動壁である、
    　請求項１または請求項２に記載の圧力制御装置。
  4. 　前記第１バルブによる連通および非連通と、前記第２バルブによる連通および非連通と、を制御する制御部を備え、
    　前記制御部は、
    　前記第１バルブを、前記第１空間と前記連結管の外部空間とを連通し、前記第１空間と前記第３空間とを非連通する状態とし、前記第２バルブを、前記第２空間と前記第３空間とを連通する状態とした第１制御態様と、
    　前記第１バルブを、前記第１空間と前記連結管の外部空間とを非連通し、前記第１空間と前記第３空間とを連通する状態とし、前記第２バルブを、前記第２空間と前記第３空間とを非連通する状態とした第２制御態様と、
    　を切り替える、
    　請求項１または請求項２に記載の圧力制御装置。
  5. 　前記第１バルブを、前記第１空間と前記連結管の外部空間とを連通し、前記第１空間と前記第３空間とを非連通する状態とし、前記第２バルブを、前記第２空間と前記第３空間とを非連通する状態とした第３制御態様をさらに有し、
    　前記制御部は、
    　前記第１制御態様と前記第２制御態様との間に前記第３制御態様を実行する、
    　請求項４に記載の圧力制御装置。
  6. 　圧力制御対象の動作状態を計測する計測部を備え、
    　前記制御部は、
    　前記計測部の出力する計測値に応じて、前記第１バルブおよび前記第２バルブの態様の制御を行う、
    　請求項４または請求項５に記載の圧力制御装置。
  7. 　請求項１に記載の圧力制御装置の構成と、
    　前記連結管における前記第２空間を形成し、圧力に応じて可動する可動壁と、
    　前記可動壁が接続する吸引用弾性膜と、
    　を備える、圧力利用装置。
  8. 　請求項２に記載の圧力制御装置の構成と、
    　前記連結管における前記第２空間を用いたカフまたはエアセルと、
    　を備える、圧力利用装置。
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