JP5928160B2 - 圧電ポンプおよびこれを備えた血圧情報測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を用いることで流体を吸入してこれを吐出する圧電ポンプおよび当該圧電ポンプを圧迫用流体袋を加圧するための加圧ポンプとして備えた血圧情報測定装置に関する。

被験者の血圧情報を測定することは、被験者の健康状態を知る上で非常に重要なことである。近年においては、たとえば脳卒中や心不全、心筋梗塞等の心血管系疾患のリスク解析に資する代表的な指標としてその有用性が広く認められている収縮期血圧値、拡張期血圧値を測定することに限られず、被験者の脈波を測定することによって心臓負荷や動脈硬化度を捉える試み等もなされている。

血圧情報測定装置は、これら種々の血圧情報のうちの少なくとも一つを測定するものであり、循環器系疾患の早期発見や予防、治療等の分野においてさらなる活用が期待されている。なお、血圧情報には、収縮期血圧値、拡張期血圧値、平均血圧値、脈波、脈拍、動脈硬化度を示す各種指標等、循環器系の種々の情報が広く含まれる。

一般に、血圧情報の測定には、血圧情報測定装置用カフ（以下、単にカフとも称する）が利用される。ここで、カフとは、圧迫用流体袋を含む帯状または環状の構造物であって生体の一部に装着が可能なものを意味し、気体や液体等の流体を上記圧迫用流体袋の内部に注入することによって圧迫用流体袋を膨張させて動脈を圧迫することで血圧情報の測定に利用されるもののことを指す。

通常、血圧情報測定装置には、圧迫用流体袋を加減圧するための加減圧機構として、加圧ポンプおよび排気弁が設けられる。このうち、加圧ポンプは、圧迫用流体袋を加圧するために用いられるものであり、従来においては、モータポンプが利用されることが一般的であった。

しかしながら、近年においては、空気等の圧縮性流体を吸入してこれを吐出するのに適した小型の圧電ポンプが実用化されてきており、当該圧電ポンプを血圧情報測定装置の加圧ポンプとして利用することが検討されている。

上記圧電ポンプには、種々の構成のものが存在するが、その一つに、振動板に圧電素子を組付けることによってアクチュエータを構成し、流体が通流する連通孔が設けられたダイヤフラムを当該アクチュエータに対向配置させ、圧電素子を共振駆動することによって振動板を振動させることでアクチュエータとダイヤフラムとの間の空間をポンプ室として機能させ、これによりポンプ動作が可能となるように構成されたものがある。

当該構成の圧電ポンプにおいては、アクチュエータがダイヤフラムが位置する側とは反対側に向けて変位することで上記連通孔を介して流体が吸入側からポンプ室に導入され、その後、アクチュエータがダイヤフラムが位置する側に向けて変位することで流体がポンプ室から吐出側に導出されることになる。

なお、当該構成の圧電ポンプが開示された文献としては、たとえば国際公開第２０１１／１４５５４４号明細書（特許文献１）等がある。

国際公開第２０１１／１４５５４４号明細書

しかしながら、上記構成の圧電ポンプにおいては、アクチュエータがダイヤフラムが位置する側に向けて変位する際（すなわち、ポンプ室が吐出動作を行なう際）に、ポンプ室に位置する流体の一部がダイヤフラムに設けられた連通孔を介して吸入側に向けて逆流（漏洩）してしまう問題がある。当該流体の逆流が生じることにより、上記構成の圧電ポンプにおいては、その加圧能力に自ずと限界が生じてしまうことになる。

そのため、上記構成の圧電ポンプを血圧情報測定装置の加圧ポンプとして利用しようとした場合には、圧迫用流体袋を加圧するための加圧力に不足が生じてしまうといった問題や、圧迫用流体袋を所定圧にまで加圧するのに長い時間を要してしまい、結果として短時間の測定が困難になってしまうといった問題が生じてしまうことになる。

したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、加圧効率に優れた高圧力でかつ大流量の圧電ポンプを提供することを目的とするとともに、加圧ポンプとして圧電ポンプを利用した場合にも、圧迫用流体袋の加圧力不足が生じずかつ短時間に測定が可能となる血圧情報測定装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく圧電ポンプは、外部から流体を吸入し、吸入した流体を外部に吐出するものであって、圧電素子および上記圧電素子が組付けられた振動板を含み、上記圧電素子が共振駆動されることで振動するアクチュエータと、流体が通流する第１連通孔が設けられ、上記アクチュエータに対向配置されることで上記アクチュエータの振動に伴って振動する第１ダイヤフラムと、上記アクチュエータと上記第１ダイヤフラムとの間に位置する空間にて構成され、上記アクチュエータが上記第１ダイヤフラムが位置する側とは反対側に向けて変位することにより、上記第１連通孔を介して流体を吸入側から導入し、上記アクチュエータが上記第１ダイヤフラムが位置する側に向けて変位することにより、流体を吐出側に向けて導出するポンプ室と、上記第１連通孔を介して上記ポンプ室に導入された流体が上記第１連通孔を介して吸入側に向けて逆流することを抑制する逆流抑制手段とを備えている。

上記本発明に基づく圧電ポンプは、上記第１ダイヤフラムから見て上記アクチュエータが位置する側とは反対側において上記第１ダイヤフラムに対向配置されることで上記第１ダイヤフラムの振動に伴って振動する第２ダイヤフラムを備えていることが好ましく、その場合に、上記逆流抑制手段が、上記第２ダイヤフラムの上記第１連通孔に対向する部分に設けられた対向壁部にて構成されていることが好ましい。

上記本発明に基づく圧電ポンプにあっては、上記第２ダイヤフラムが、上記第１ダイヤフラムよりも撓み変形し難い部材にて構成されていることが好ましい。

上記本発明に基づく圧電ポンプにあっては、流体が通流する第２連通孔が、上記第２ダイヤフラムの上記対向壁部が設けられた部分の外側に位置する周囲部分に設けられていることが好ましい。その場合には、上記アクチュエータが上記第１ダイヤフラムが位置する側とは反対側に向けて変位することにより、上記第２連通孔および上記第１連通孔を介して流体が吸入側から上記ポンプ室に導入されることになる。

上記本発明に基づく圧電ポンプにあっては、上記アクチュエータに面する部分の上記第１ダイヤフラムに上記第１連通孔を覆うように組付けられ、上記第１連通孔を閉塞または開放可能にする薄膜状の弁体を備えていることが好ましく、その場合には、上記逆流抑制手段が、上記弁体にて構成されていることが好ましい。

上記本発明に基づく圧電ポンプにあっては、上記弁体が、その周縁のうちの一部が上記第１ダイヤフラムに非接合とされることで逆止弁として機能するものであることが好ましい。

上記本発明に基づく圧電ポンプにあっては、上記弁体が、その一部にスリットが形成されることで逆止弁として機能するものであってもよい。

本発明に基づく血圧情報測定装置は、上述した本発明に基づく圧電ポンプを、生体を圧迫するための圧迫用流体袋を加圧するための加圧ポンプとして備えてなるものである。

本発明によれば、加圧効率に優れた高圧力でかつ大流量の圧電ポンプとすることができるとともに、加圧ポンプとして圧電ポンプを利用した場合にも、圧迫用流体袋の加圧力不足が生じずかつ短時間に測定が可能となる血圧情報測定装置とすることができる。

本発明の実施の形態１における血圧計の外観構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における血圧計の機能ブロックの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における血圧計の動作フローを示す図である。 本発明の実施の形態１における圧電ポンプの模式断面図である。 本発明の実施の形態１における圧電ポンプの分解斜視図である。 本発明の実施の形態１における圧電ポンプの動作を説明するための模式断面図である。 本発明の実施の形態１における圧電ポンプの動作を説明するための模式断面図である。 本発明の実施の形態１における圧電ポンプの動作を説明するための模式断面図である。 本発明の実施の形態２における圧電ポンプの模式断面図である。 本発明の実施の形態２における圧電ポンプの第１ダイヤフラムの斜視図である。 本発明の実施の形態２における圧電ポンプの動作を説明するための拡大模式断面図である。 本発明の実施の形態２における圧電ポンプの動作を説明するための拡大模式断面図である。 本発明の実施の形態２に基づいた変形例に係る圧電ポンプの第１ダイヤフ ラムの斜視図である。 本発明の実施の形態２に基づいた変形例に係る圧電ポンプの動作を説明するための拡大模式断面図である。 本発明の実施の形態２に基づいた変形例に係る圧電ポンプの動作を説明するための拡大模式断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態においては、血圧情報測定装置として、被験者の上腕にカフが装着されて使用されることで被験者の収縮期血圧値および拡張期血圧値が測定可能に構成された、いわゆる上腕式血圧計を例示して説明を行なう。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における血圧計の外観構造を示す斜視図であり、図２は、本実施の形態における血圧計の機能ブロックの構成を示す図である。まず、これら図１および図２を参照して、本実施の形態における血圧計１の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態における血圧計１は、本体１０と、カフ４０と、エア管５０とを備えている。本体１０は、箱状の筐体を有しており、その上面に表示部２１および操作部２３を有している。本体１０は、測定時においてテーブル等の載置面に載置されて使用される。カフ４０は、帯状でかつ袋状の外装カバー４１と、当該外装カバー４１に内包された圧迫用流体袋としての圧迫用空気袋４２とを主として有しており、全体として略環状の形態を有している。カフ４０は、測定時において被験者の上腕に巻き付けられて装着されることで使用される。エア管５０は、分離して構成された本体１０とカフ４０とを接続している。

図２に示すように、本体１０は、上述した表示部２１および操作部２３に加え、制御部２０と、メモリ部２２と、電源部２４と、加圧ポンプ３１と、排気弁３２と、圧力センサ３３と、加圧ポンプ駆動回路３４と、排気弁駆動回路３５と、発振回路３６とを有している。加圧ポンプ３１、排気弁３２および圧力センサ３３は、血圧計１に具備される圧迫用エア系コンポーネント３０に相当し、特に加圧ポンプ３１および排気弁３２は、圧迫用空気袋４２の内圧を加減圧するための加減圧機構に相当する。

圧迫用空気袋４２は、装着状態において上腕を圧迫するためのものであり、その内部に空間を有している。圧迫用空気袋４２は、上述したエア管５０を介して上述した圧迫用エア系コンポーネント３０である加圧ポンプ３１、排気弁３２および圧力センサ３３のそれぞれに接続されている。これにより、圧迫用空気袋４２は、加圧ポンプ３１が駆動することで加圧されて膨張し、排出弁としての排気弁３２の駆動が制御されることでその内圧が維持されたり減圧されて収縮したりする。

制御部２０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）にて構成され、血圧計１の全体を制御するための手段である。表示部２１は、たとえばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）にて構成され、測定結果等を表示するための手段である。メモリ部２２は、たとえばＲＯＭ（Read-Only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）にて構成され、血圧値測定のための処理手順を制御部２０等に実行させるためのプログラムを記憶したり、測定結果等を記憶したりするための手段である。操作部２３は、被験者等による操作を受付けてこの外部からの命令を制御部２０や電源部２４に入力するための手段である。電源部２４は、制御部２０に電力を供給するための手段である。

制御部２０は、加圧ポンプ３１および排気弁３２を駆動するための制御信号を加圧ポンプ駆動回路３４および排気弁駆動回路３５にそれぞれ入力したり、測定結果としての血圧値を表示部２１やメモリ部２２に入力したりする。また、制御部２０は、圧力センサ３３によって検出された圧力値に基づいて被験者の血圧値を取得する血圧情報取得部（不図示）を含んでおり、この血圧情報測定部によって取得された血圧値が、測定結果として上述した表示部２１やメモリ部２２に入力される。なお、血圧計１は、測定結果としての血圧値を外部の機器（たとえばＰＣ（Personal Computer）やプリンタ等）に出力する出力部を別途有していてもよい。出力部としては、たとえばシリアル通信回線や各種の記録媒体への書き込み装置等が利用可能である。

加圧ポンプ駆動回路３４は、制御部２０から入力された制御信号に基づいて加圧ポンプ３１の動作を制御する。排気弁駆動回路３５は、制御部２０から入力された制御信号に基づいて排気弁３２の開閉動作を制御する。加圧ポンプ３１は、圧迫用空気袋４２の内部に空気を供給することにより圧迫用空気袋４２の内圧（以下、「カフ圧」とも称する）を加圧するためのものであり、その動作が上述した加圧ポンプ駆動回路３４によって制御される。排気弁３２は、圧迫用空気袋４２の内圧を維持したり、圧迫用空気袋４２の内部を外部に開放してカフ圧を減圧したりするためのものであり、その動作が上述した排気弁駆動回路３５によって制御される。圧力センサ３３は、圧迫用空気袋４２の内圧を検知してこれに応じた出力信号を発振回路３６に入力する。発振回路３６は、圧力センサ３３の静電容量に応じた発振周波数の信号を生成し、生成した信号を制御部２０に入力する。

図３は、本実施の形態における血圧計の動作フローを示す図である。次に、この図３を参照して、本実施の形態における血圧計１の動作フローについて説明する。なお、図３に示すフローチャートに従うプログラムは、上述したメモリ部２２に予め記憶されており、制御部２０がメモリ部２２からこのプログラムを読み出して実行することにより、その処理が実行されるものである。

血圧値を測定するに際しては、カフ４０が予め被験者の上腕に巻き付けられて装着される。この状態において、本体１０に設けられた操作部２３が操作されて血圧計１の電源がオンにされると、制御部２０に対して電源部２４から電力が供給されて制御部２０が駆動する。図３に示すように、制御部２０は、その駆動後において、まず血圧計１の初期化を行なう（ステップＳ１）。

次に、制御部２０は、測定開始の指示を待ち、操作部２３が操作されて測定開始の指示が入力されると、排気弁３２を閉塞させるとともに加圧ポンプ３１の駆動を開始し、圧迫用空気袋４２のカフ圧を徐々に上昇させる（ステップＳ２）。

この圧迫用空気袋４２を加圧する過程において、制御部２０は、公知の手順で最高血圧および最低血圧を算出する（ステップＳ３）。具体的には、制御部２０は、圧迫用空気袋４２のカフ圧を上昇させる過程において発振回路３６から得られる発振周波数よりカフ圧を取得し、取得したカフ圧に重畳した脈波情報を抽出する。そして、制御部２０は、抽出された脈波情報に基づいて上記血圧値を算出する。

ステップＳ３において血圧値が算出されると、制御部２０は、加圧ポンプ３１の駆動を停止するとともに排気弁３２を開放することで圧迫用空気袋４２内の空気を完全に排気し（ステップＳ４）、測定結果としての血圧値を表示部２１に表示するとともに、当該血圧値をメモリ部２２に格納する（ステップＳ５）。

その後、制御部２０は、電源オフの指令を待ってその動作を終了する。なお、以上において説明した測定方式は、圧迫用空気袋４２の加圧時に脈波を検出するいわゆる加圧測定方式に基づいたものであるが、圧迫用空気袋４２の減圧時に脈波を検出するいわゆる減圧測定方式を採用することも当然に可能である。

ここで、本実施の形態においては、具体的には、加圧ポンプ３１が、後述する圧電ポンプ１００Ａ（図４等参照）にて構成されており、加圧ポンプ駆動回路３４が、圧電ポンプ１００Ａに具備された圧電素子１３４（図４等参照）の駆動を制御する圧電素子駆動回路にて構成されている。以下、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ａについて詳説する。

図４は、本実施の形態における圧電ポンプの模式断面図であり、図５は、本実施の形態における圧電ポンプの分解斜視図である。まず、これら図４および図５を参照して、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ａの構成について説明する。

図４に示すように、圧電ポンプ１００Ａは、吸入側に設けられた吸入口１１１と、吐出側に設けられた吐出口１２２と、これら吸入口１１１および吐出口１２２を連通するように設けられた流路とを有している。圧電ポンプ１００Ａは、後述するポンプ室１９２の作用により、吸入口１１１を介して外部から流体としての空気を流路内に吸入し、吸入した空気を吐出口１２２を介して流路から外部に吐出することで空気を送圧するものである。

図４および図５に示すように、圧電ポンプ１００Ａは、薄板状または薄膜状の各種部材が積層されて接合されることによって構成されており、吸入側カバー１１０と、吐出側カバー１２０と、アクチュエータ１３０と、第１ダイヤフラム１４０と、第２ダイヤフラム１５０と、吸入路形成板１６０と、第１ないし第３スペーサ１７１，１７２，１７３と、給電板１８０とを備えている。

吸入側カバー１１０は、たとえば銅または銅合金あるいはステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、その外周寄りの所定位置に上述した吸入口１１１を有している。吸入側カバー１１０の厚みは、たとえば０．５ｍｍ程度とされる。

吐出側カバー１２０は、たとえばステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、その中央位置に上述した吐出口１２２が設けられた管状の吐出部１２１を有している。吐出側カバー１２０の厚みは、上記吐出部１２１が形成されていない部分において、たとえば０．２ｍｍ程度とされる。

アクチュエータ１３０は、振動板１３１と、当該振動板１３１に組付けられた圧電素子１３４とによって構成されている。

振動板１３１は、たとえばステンレス鋼等からなる金属製の薄板にて構成されており、中央部に位置しかつ圧電素子１３４が組付けられる円盤状の台座部と、当該台座部を取り囲むように設けられた板バネ部と、当該板バネ部の外側に位置する外周部とを含んでいる。ここで、板バネ部は、振動板１３１に所定形状の切り欠きを設けることによって形成されており、そのため、振動板１３１は、当該切り欠きを設けることによって開口形状の連通部１３２を有することになる。なお、振動板１３１は、圧電素子１３４に接続される一方の電極を兼ねている。振動板１３１の厚みは、たとえば０．２ｍｍ程度とされる。

圧電素子１３４は、たとえば高い圧電性を呈するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなるものであり、上述した振動板１３１の台座部に接合されている。圧電素子１３４の厚みは、たとえば０．１ｍｍ程度とされる。

第１ダイヤフラム１４０は、たとえばリン青銅またはベリリウム銅等からなる薄膜にて構成されており、その中央位置に第１連通孔１４１を有している。第１ダイヤフラム１４０の厚みは、たとえば０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度とされる。

第２ダイヤフラム１５０は、たとえばリン青銅またはベリリウム銅等からなる薄膜にて構成されており、その中央位置に対向壁部１５１を、またその中央部の外周寄りの所定位置に第２連通孔１５２を有している。すなわち、第２連通孔１５２は、対向壁部１５１が設けられた部分の外側に位置する周囲部分に設けられている。第２ダイヤフラム１５０の厚みは、たとえば０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度とされる。

吸入路形成板１６０は、たとえばリン青銅からなる薄板にて構成されており、その中央部を含む部分に吸入路１６１を規定する所定形状の開口部を有している。吸入路形成板１６０の厚みは、たとえば０．２５ｍｍ程度とされる。

第１ないし第３スペーサ１７１，１７２，１７３のそれぞれは、絶縁性の薄板または薄膜にて構成されており、その中央部には、圧電ポンプ１００Ａの内部の空間を規定する所定形状の開口部を有している。第１スペーサ１７１は、たとえばガラスエポキシ製の薄板にて構成されており、その厚みは、たとえば０．２ｍｍ程度とされる。第２および第３スペーサ１７２，１７３は、たとえば両面テープや、あるいはエポキシ樹脂製の接着剤を塗布することで形成された塗布膜にて構成されており、その厚みは、いずれもたとえば０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とされる。

給電板１８０は、たとえばリン青銅からなる薄板にて構成されており、その中央部に圧電ポンプ１００Ａの内部の空間を規定する所定形状の開口部と、当該開口部の内側に向けて延設された給電端子１８１とを有している。給電端子１８１は、圧電素子１３４に接続される他方の電極となる部分である。給電板１８０の厚みは、たとえば０．０５ｍｍ程度とされる。

圧電ポンプ１００Ａは、上述した吸入側カバー１１０、吸入路形成板１６０、第２ダイヤフラム１５０、第３スペーサ１７３、第１ダイヤフラム１４０、第２スペーサ１７２、アクチュエータ１３０、給電板１８０、第１スペーサ１７１および吐出側カバー１２０が、この順で積層されて接合されることで構成されている。

これにより、圧電ポンプ１００Ａにおいては、図４に示すように、吸入側から吐出側に向けて、吸入側カバー１１０、第２ダイヤフラム１５０、第１ダイヤフラム１４０、アクチュエータ１３０および吐出側カバー１２０がこの順で互いに離間して積層配置されることになり、これら部材の間に、上述した流路を構成する吸入路１６１、吸入室１９１、ポンプ室１９２および吐出室１９３が形成されることになる。

より詳細には、吸入側カバー１１０と第２ダイヤフラム１５０とは、吸入路形成板１６０によって隔てられており、吸入路１６１は、これら吸入側カバー１１０、第２ダイヤフラム１５０および吸入路形成板１６０によって規定される空間にて構成されている。

第２ダイヤフラム１５０と第１ダイヤフラム１４０とは、第３スペーサ１７３によって隔てられており、吸入室１９１は、これら第２ダイヤフラム１５０、第１ダイヤフラム１４０および第３スペーサ１７３によって規定される空間にて構成されている。

第１ダイヤフラム１４０とアクチュエータ１３０とは、第２スペーサ１７２によって隔てられており、ポンプ室１９２は、これら第１ダイヤフラム１４０、アクチュエータ１３０および第２スペーサ１７２によって規定される空間にて構成されている。

アクチュエータ１３０と吐出側カバー１２０とは、給電板１８０および第１スペーサ１７１によって隔てられており、吐出室１９３は、これらアクチュエータ１３０、吐出側カバー１２０、給電板１８０および第１スペーサ１７１によって規定される空間にて構成されている。

また、吸入路１６１と吸入室１９１とは、第２ダイヤフラム１５０に設けられた第２連通孔１５２を介して連通しており、吸入室１９１とポンプ室１９２とは、第１ダイヤフラム１４０に設けられた第１連通孔１４１を介して連通している。さらに、ポンプ室１９２と吐出室１９３とは、振動板１３１に設けられた連通部１３２を介して連通している。

以上により、圧電ポンプ１００Ａによって送圧される空気は、吸入側から吐出側に向けて順に、吸入口１１１、吸入路１６１、第２連通孔１５２、吸入室１９１、第１連通孔１４１、ポンプ室１９２、連通部１３２、吐出室１９３、吐出口１２２を経由することになる。

ここで、第１ダイヤフラム１４０に設けられた第１連通孔１４１は、アクチュエータ１３０の中央位置に対向配置されている。アクチュエータ１３０の中央位置は、アクチュエータ１３０が振動した際の振動の腹（最も振幅が大きくなる点）となる部分であり、第１ダイヤフラム１４０の第１連通孔１４１が設けられた中央位置も、第１ダイヤフラム１４０が振動した際の振動の腹となる部分である。

また、第２ダイヤフラム１５０に設けられた対向壁部１５１は、第１ダイヤフラム１４０の第１連通孔１４１が設けられた中央位置に対向配置されている。上述したように、第１ダイヤフラム１４０の第１連通孔１４１が設けられた中央位置は、第１ダイヤフラム１４０が振動した際の振動の腹となる部分であり、第２ダイヤフラム１５０の対向壁部１５１が設けられた中央位置も、第２ダイヤフラム１５０が振動した際の振動の腹となる部分である。

図６ないし図８は、本実施の形態における圧電ポンプの動作を説明するための模式断面図である。次に、これら図６ないし図８を参照して、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ａの動作について説明する。

図６および図８は、いずれもアクチュエータ１３０が吐出側に向けて変位した状態（すなわち、ポンプ室１９２が吸入動作を行なっている状態）を示しており、図７は、アクチュエータ１３０が吸入側に向けて変位した状態（すなわち、ポンプ室１９２が吐出動作を行なっている状態）を示している。ここで、図６および図８は、理解を容易とするために、流路を通流する空気の流れを吸入側と吐出側とに分けて別図として記載したものであり、実際にはこれら吸入側および吐出側における空気の流れは、同時に起こるものである。

圧電ポンプ１００Ａの駆動に際しては、圧電素子１３４に交番電圧が印加される。これにより、圧電素子１３４は、共振駆動されることになり、図６ないし図８に示すように、吐出側に向けて凸となるように変位した状態と、吸入側に向けて凸となるように変位した状態とを交互に繰り返すように変形することになる。なお、印加される交番電圧の周波数は、たとえば数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚ程度とされるが、振動板１３１を含むアクチュエータ１３０全体の共振周波数付近の周波数で駆動されることが好ましい。

当該圧電素子１３４の変形に伴い、振動板１３１もその変形に追従して変形することになる。その結果、アクチュエータ１３０は、全体として振動することになり、吐出側（すなわち、第１ダイヤフラム１４０が位置する側とは反対側）に向けて変位した状態と、吸入側（すなわち、第１ダイヤフラム１４０が位置する側）に向けて変位した状態とを繰り返すように振動することになる。

上述したアクチュエータ１３０の振動に伴い、第１ダイヤフラム１４０は、ポンプ室１９２の圧変動を受けて振動することになる。すなわち、第１ダイヤフラム１４０は、吐出側に向けて変位した状態と、吸入側に向けて変位した状態とを繰り返すように振動することになる。その際、第１ダイヤフラム１４０は、上述したポンプ室１９２の圧変動に起因して振動するため、アクチュエータ１３０の振動に対して僅かではあるが位相の遅れ（すなわち位相差）をもって振動することになる。

上述した第１ダイヤフラム１４０の振動に伴い、第２ダイヤフラム１５０は、吸入室１９１の圧変動を受けて振動することになる。すなわち、第２ダイヤフラム１５０は、吐出側に向けて変位した状態と、吸入側に向けて変位した状態とを繰り返すように振動することになる。その際、第２ダイヤフラム１５０は、上述した吸入室１９１の圧変動に起因して振動するため、第１ダイヤフラム１４０の振動に対して僅かではあるが位相の遅れ（すなわち位相差）をもって振動することになる。

以上により、アクチュエータ１３０と第１ダイヤフラム１４０とが変位することでポンプ室１９２に容積変動が生じることになり、当該ポンプ室１９２の容積変動が駆動力となってポンプ室１９２がポンプ動作を行なうことになる。

具体的には、図６に示すように、アクチュエータ１３０が吐出側に向けて変位することにより、ポンプ室１９２の容積が増加することになり、これに伴ってポンプ室１９２の内圧が減少することで負圧が発生する。これにより、吸入口１１１、吸入路１６１、第２連通孔１５２、吸入室１９１および第１連通孔１４１を介して空気が外部からポンプ室１９２に導入されることになる。

次に、図７に示すように、アクチュエータ１３０が吸入側に向けて変位することにより、ポンプ室１９２の容積が減少することになり、これに伴ってポンプ室１９２の内圧が増加することで正圧が発生する。これにより、ポンプ室１９２に位置する空気は、ポンプ室１９２内を外側に向けて移動することになり、連通部１３２を介して吐出室１９３に導出されることになる。

次に、図８に示すように、再びアクチュエータ１３０が吐出側に向けて変位することにより、吐出室１９３の容積が減少することになり、これに伴って吐出室１９３の内圧が増加することで正圧が発生する。これにより、吐出室１９３に位置する空気は、吐出口１２２を介して外部に吐出されることになる。

ここで、上述したように、アクチュエータ１３０が吸入側に向けて変位した図７に示す状態において、ポンプ室１９２に位置する空気の一部が第１ダイヤフラム１４０に設けられた第１連通孔１４１を介して吸入側に向けて逆流（漏気）してしまうことが、加圧能力の向上を図る上での障害となり得る。

しかしながら、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ａにあっては、第１連通孔１４１に対向する部分に対向壁部１５１を有する第２ダイヤフラム１５０が設けられているため、当該対向壁部１５１が逆流抑制手段として機能することになり、上述した逆流が生じてしまうことが効果的に抑制できる。

すなわち、図７に示す状態において、第１ダイヤフラム１４０および第２ダイヤフラム１５０は、いずれも吸入側に向けて変位した状態にあるが、上述した位相差に基づき、第１連通孔１４１が設けられた部分の第１ダイヤフラム１４０と、対向壁部１５１が設けられた部分の第２ダイヤフラム１５０との間の距離が縮まることになる。そのため、空気の粘性に起因して当該部分における流動抵抗が増大することになり、対向壁部１５１が、第１連通孔１４１に対して謂わば絞り弁として機能することになる。

したがって、ポンプ室１９２から吸入側に向けて空気が逆流することが抑制されることになり、加圧能力の向上が図られることになる。

また、上記構成とは異なり、第２ダイヤフラム１５０を設けることなく吸入側カバー１１０を可能な限り第１ダイヤフラム１４０に接近して配置することにより、アクチュエータ１３０が吸入側に向けて変位した状態において第１連通孔１４１が設けられた部分の第１ダイヤフラム１４０と吸入側カバー１１０との間の部分において流動抵抗を増大させることで逆流を防止することも考えられる。

しかしながら、そのように構成した場合には、吸入側に向けて最も変位した状態から吐出側に向けて第１ダイヤフラム１４０が変位し始めた直後の状態（すなわち、ポンプ室１９２が吐出動作から吸入動作に移行した直後の状態）において、当該部分の流動抵抗が依然として大きい状態にあるため、吸入能力に低下が生じてしまい、結果として加圧能力が低下してしまうことが問題となってしまう。

これに対し、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ａにあっては、吸入側に向けて最も変位した状態から吐出側に向けて第１ダイヤフラム１４０が変位し始めた直後の状態において、上述した位相差に基づき、第１連通孔１４１が設けられた部分の第１ダイヤフラム１４０と、対向壁部１５１が設けられた部分の第２ダイヤフラム１５０との間の距離が急激に拡がることになる。そのため、当該部分の流動抵抗が急激に増大することになり、吸入能力に低下が生じず、上述した逆流の抑制と相まって加圧能力が大幅に向上することになる。

以上において説明したように、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ａとすることにより、ポンプ室１９２に位置する空気の一部が吸入側に向けて逆流してしまうことが抑制可能となり、加圧効率に優れた高圧力でかつ大流量の圧電ポンプとすることができる。したがって、本実施の形態における血圧計１とすることにより、圧迫用空気袋４２の加圧力不足が生じずかつ短時間に測定が可能な血圧計とすることができる。

なお、好ましくは、第２ダイヤフラム１５０は、第１ダイヤフラム１４０よりも撓み変形し難い部材にて構成される。このようすれば、第１ダイヤフラム１４０が吸入側に向けて最も変位した状態において、第１連通孔１４１が設けられた部分の第１ダイヤフラム１４０と、対向壁部１５１が設けられた部分の第２ダイヤフラム１５０との間の距離がより縮まることになる。

したがって、当該構成を採用すれば、ポンプ室１９２から吸入側に向けて空気が逆流することがさらに効果的に抑制されることになり、加圧能力のさらなる向上が図られることになる。なお、第２ダイヤフラム１５０を第１ダイヤフラム１４０よりも撓み変形し難くするためには、たとえばその材質や厚み等を適宜調整すればよい。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２における圧電ポンプの模式断面図であり、図１０は、本実施の形態における圧電ポンプの第１ダイヤフラムの斜視図である。まず、これら図９および図１０を参照して、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ｂの構成について説明する。なお、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ｂも、上述した実施の形態１の場合と同様に、圧迫用空気袋４２を加圧するための加圧ポンプ３１として血圧計１に具備されるものである。

図９に示すように、圧電ポンプ１００Ｂは、上述した実施の形態１における圧電ポンプ１００Ａと比較した場合に、第２ダイヤフラム１５０を具備しておらず、逆流抑制手段として、第２ダイヤフラム１５０に設けられた対向壁部１５１に代えて、薄膜状の弁体１４２Ａを備えている点において相違している。

図９および図１０に示すように、弁体１４２Ａは、アクチュエータ１３０に面する部分の第１ダイヤフラム１４０に第１連通孔１４１を覆うように組付けられている。図１０に示すように、弁体１４２Ａは、その周縁のうちの一部である接合部１４３において、第１ダイヤフラム１４０にたとえば接着等によって接合されており、その周縁のうちの残る部分において第１ダイヤフラム１４０に非接合とされている。弁体１４２Ａは、第１連通孔１４１を閉塞または開放可能にするものであり、逆止弁として機能するものである。

図１１および図１２は、本実施の形態における圧電ポンプの動作を説明するための拡大模式断面図である。次に、これら図１１および図１２を参照して、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ｂの動作について説明する。

図１１および図１２に示すように、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ｂにおいても、上述した実施の形態１の場合と同様に、アクチュエータ１３０が振動することに伴って、第１ダイヤフラム１４０が、吐出側に向けて変位した状態と、吸入側に向けて変位した状態とを繰り返すように振動することになる。

図１１に示すように、第１ダイヤフラム１４０が吐出側に向けて変位した状態においては、第１ダイヤフラム１４０の変形およびポンプ室１９２の容積の増大による負圧の発生に伴い、弁体１４２Ａが吐出側に向けて凸となるように変形する。これにより、上述した非接合部において弁体１４２Ａと第１ダイヤフラム１４０との間に隙間が生じ、当該隙間および第１連通孔１４１を介して空気がポンプ室１９２に導入されることになる。

一方、図１２に示すように、第１ダイヤフラム１４０が吸入側に向けて変位した状態においては、第１ダイヤフラム１４０の変形およびポンプ室１９２の容積の減少による正圧の発生に伴い、弁体１４２Ａが第１ダイヤフラム１４０に向けて押しつけられた状態となる。これにより、弁体１４２Ａが第１ダイヤフラム１４０に密着することで上記隙間が閉じられることになり、ポンプ室１９２から吸入側に向けて空気が逆流（漏気）することが抑制されることになる。

したがって、本実施の形態における圧電ポンプ１００Ｂとすることにより、上述した実施の形態１の場合と同様に、ポンプ室１９２に位置する空気の一部が吸入側に向けて逆流してしまうことが抑制可能となり、加圧効率に優れた高圧力でかつ大流量の圧電ポンプとすることができる。

図１３は、本実施の形態に基づいた変形例に係る圧電ポンプの第１ダイヤフラムの斜視図であり、図１４および図１５は、本変形例に係る圧電ポンプの動作を説明するための拡大模式断面図である。以下、これら図１３ないし図１５を参照して、本変形例に係る圧電ポンプについて説明する。

図１３ないし図１５に示すように、本変形例に係る圧電ポンプは、上述した本実施の形態における圧電ポンプ１００Ｂとは異なる形状の弁体１４２Ｂを備えている。弁体１４２Ｂは、アクチュエータ１３０に面する部分の第１ダイヤフラム１４０に第１連通孔１４１を覆うように組付けられており、その所定位置にＸ字状のスリット１４４を有している。また、弁体１４２Ｂは、その全周囲に設けられた接合部１４３において、第１ダイヤフラム１４０にたとえば接着等によって接合されている。弁体１４２Ｂは、第１連通孔１４１を閉塞または開放可能にするものであり、逆止弁として機能するものである。

図１４に示すように、第１ダイヤフラム１４０が吐出側に向けて変位した状態においては、第１ダイヤフラム１４０の変形およびポンプ室１９２の容積の増大による負圧の発生に伴い、弁体１４２Ｂが吐出側に向けて凸となるように変形する。これにより、上述したスリット１４４が設けられた部分において弁体１４２Ｂに隙間が生じ、当該隙間および第１連通孔１４１を介して空気がポンプ室１９２に導入されることになる。

一方、図１５に示すように、第１ダイヤフラム１４０が吸入側に向けて変位した状態においては、第１ダイヤフラム１４０の変形およびポンプ室１９２の容積の減少による正圧の発生に伴い、弁体１４２Ｂが第１ダイヤフラム１４０に向けて押しつけられた状態となる。これにより、弁体１４２Ｂが第１ダイヤフラム１４０に密着することで上記隙間が閉じられることになり、ポンプ室１９２から吸入側に向けて空気が逆流することが抑制されることになる。

したがって、本変形例の如くの構成とした場合にも、上述した本実施の形態の如くの構成とした場合と同様の効果を得ることができる。なお、弁体１４２Ｂに設けられるスリット１４４の形状としては、上記の如くのＸ字状の他にも、Ｉ字状、Ｈ字状、Ｕ字状等とすることができる。

上述した本発明の実施の形態およびその変形例においては、振動板の吐出側の主表面に圧電素子が組付けられてなる圧電ポンプを例示して説明を行なったが、振動板の吸入側の主表面に圧電素子を組付けることも当然に可能である。

また、上述した本発明の実施の形態およびその変形例においては、吸入口および吐出口をアクチュエータの主表面の法線方向に沿って位置する圧電ポンプの上面および下面に設けた場合を例示して説明を行なったが、これら吸入口および吐出口が形成される位置は特に限定されるものではなく、これらのうちの一方または両方が圧電ポンプの周側面に設けられていてもよく、また両方が上記上面および上記下面のうちの一方に併設されていてもよい。

また、上述した本発明の実施の形態およびその変形例においては、送圧される流体が空気である場合を例示したが、本発明の適用対象はこれに限られるものではなく、送圧される流体が、空気以外の気体や液体等であってもよい。

また、上述した本発明の実施の形態およびその変形例において示した特徴的な構成は、必要に応じて相互に組み合わせることが当然に可能である。

さらに、上述した本発明の実施の形態およびその変形例においては、血圧情報測定装置として収縮期血圧値、拡張期血圧値等の血圧値を測定する上腕式血圧計を例示して説明を行なったが、本発明は、この他にも、手首式血圧計や足式血圧計、脈波や脈拍、ＡＩ（Augmentation Index）値に代表される動脈硬化度を示す指標、平均血圧値、酸素飽和度等を測定可能にする血圧情報測定装置にもその適用が当然に可能である。

このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ 血圧計、１０ 本体、２０ 制御部、２１ 表示部、２２ メモリ部、２３ 操作部、２４ 電源部、３０ 圧迫用エア系コンポーネント、３１ 加圧ポンプ、３２ 排気弁、３３ 圧力センサ、３４ 加圧ポンプ駆動回路、３５ 排気弁駆動回路、３６ 発振回路、４０ カフ、４１ 外装カバー、４２ 圧迫用空気袋、５０ エア管、１００Ａ，１００Ｂ 圧電ポンプ、１１０ 吸入側カバー、１１１ 吸入口、１２０ 吐出側カバー、１２１ 吐出部、１２２ 吐出口、１３０ アクチュエータ、１３１ 振動板、１３２ 連通部、１３４ 圧電素子、１４０ 第１ダイヤフラム、１４１ 第１連通孔、１４２Ａ，１４２Ｂ 弁体、１４３ 接合部、１４４ スリット、１５０ 第２ダイヤフラム、１５１ 対向壁部、１５２ 第２連通孔、１６０ 吸入路形成板、１６１ 吸入路、１７１ 第１スペーサ、１７２ 第２スペーサ、１７３ 第３スペーサ、１８０ 給電板、１８１ 給電端子、１９１ 吸入室、１９２ ポンプ室、１９３ 吐出室。

Claims (8)

1. 外部から流体を吸入し、吸入した流体を外部に吐出する圧電ポンプであって、
   圧電素子および前記圧電素子が組付けられた振動板を含み、前記圧電素子が共振駆動されることで振動するアクチュエータと、
   流体が通流する第１連通孔が設けられ、前記アクチュエータに対向配置されることで前記アクチュエータの振動に伴って振動する第１ダイヤフラムと、
   前記アクチュエータと前記第１ダイヤフラムとの間に位置する空間にて構成され、前記アクチュエータが前記第１ダイヤフラムが位置する側とは反対側に向けて変位することにより、前記第１連通孔を介して流体を吸入側から導入し、前記アクチュエータが前記第１ダイヤフラムが位置する側に向けて変位することにより、流体を吐出側に向けて導出するポンプ室と、
   前記第１連通孔を介して前記ポンプ室に導入された流体が前記第１連通孔を介して吸入側に向けて逆流することを抑制する逆流抑制手段とを備えた、圧電ポンプ。
2. 前記第１ダイヤフラムから見て前記アクチュエータが位置する側とは反対側において前記第１ダイヤフラムに対向配置されることで前記第１ダイヤフラムの振動に伴って振動する第２ダイヤフラムを備え、
   前記逆流抑制手段が、前記第２ダイヤフラムの前記第１連通孔に対向する部分に設けられた対向壁部にて構成されている、請求項１に記載の圧電ポンプ。
3. 前記第２ダイヤフラムが、前記第１ダイヤフラムよりも撓み変形し難い部材にて構成されている、請求項２に記載の圧電ポンプ。
4. 流体が通流する第２連通孔が、前記第２ダイヤフラムの前記対向壁部が設けられた部分の外側に位置する周囲部分に設けられ、
   前記アクチュエータが前記第１ダイヤフラムが位置する側とは反対側に向けて変位することにより、前記第２連通孔および前記第１連通孔を介して流体が吸入側から前記ポンプ室に導入される、請求項２または３に記載の圧電ポンプ。
5. 前記アクチュエータに面する部分の前記第１ダイヤフラムに前記第１連通孔を覆うように組付けられ、前記第１連通孔を閉塞または開放可能にする薄膜状の弁体を備え、
   前記逆流抑制手段が、前記弁体にて構成されている、請求項１に記載の圧電ポンプ。
6. 前記弁体は、その周縁のうちの一部が前記第１ダイヤフラムに非接合とされることで逆止弁として機能するものである、請求項５に記載の圧電ポンプ。
7. 前記弁体は、その一部にスリットが形成されることで逆止弁として機能するものである、請求項５に記載の圧電ポンプ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の圧電ポンプを、生体を圧迫するための圧迫用流体袋を加圧するための加圧ポンプとして備えた、血圧情報測定装置。

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