(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
阻血袋への空気供給手段として圧電素子にて駆動されるダイアフラムを用いた圧電ダイアフラムポンプを備えるとともに、該圧電ダイアフラムポンプで加圧された流体の圧力を測定する圧力測定装置を備えた血圧測定装置であり、血圧値測定手段である上記圧力測定装置は、上記圧電ダイアフラムポンプで加圧された加圧流体を上記圧電ダイアフラムポンプのチャンバー内に導く導入手段と、駆動用の圧電素子の圧電効果に基づいて上記ダイアフラムの変位を計測して上記圧力を測定する測定手段とからなることを特徴とする圧電ダイアフラムポンプを用いた血圧測定装置。
【請求項２】
導入手段は、アクティブ型マイクロバルブとして形成されてダイアフラムポンプに接続されたバルブであることを特徴とする請求項１記載の圧電ダイアフラムポンプを用いた血圧測定装置。
【請求項３】
アクティブ型マイクロバルブとして、圧電素子で作動するものが用いられていることを特徴とする請求項２記載の圧電ダイアフラムポンプを用いた血圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電ダイアフラムポンプを用いた血圧測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電ダイアフラムポンプは、圧電素子を利用してダイアフラムを駆動するポンプであり、超小型のものを得ることができるが、この圧電ダイアフラムポンプで得られる加圧流体の圧力は、その排気側に接続した圧力測定手段を用いて計測していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、圧電ダイアフラムポンプの小型であるという特性を十分に活かすことができない。
【０００４】
また血圧測定装置は、阻血袋を加圧するポンプと、血圧測定のための圧力測定手段とが必要なものであるが、その小型化のためにはポンプ及び圧力測定手段の小型化を図らねばならない。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは圧電ダイアフラムポンプで得られる加圧流体の圧力を圧電ダイアフラムポンプの特性を活かした状態で測定することができて小型のものを得ることができる圧電ダイアフラムポンプを用いた血圧測定装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る圧電ダイアフラムポンプを用いた血圧測定装置は、阻血袋への空気供給手段として圧電素子にて駆動されるダイアフラムを用いた圧電ダイアフラムポンプを備えるとともに、該圧電ダイアフラムポンプで加圧された流体の圧力を測定する圧力測定装置を備えた血圧測定装置であり、血圧値測定手段である上記圧力測定装置は、上記圧電ダイアフラムポンプで加圧された加圧流体を上記圧電ダイアフラムポンプのチャンバー内に導く導入手段と、駆動用の圧電素子の圧電効果に基づいて上記ダイアフラムの変位を計測して上記圧力を測定する測定手段とからなることを特徴とするもので、ダイアフラムであり且つダイアフラムの駆動用である圧電素子を用いて圧力測定を行うものである。
【０００７】
上記導入手段は、アクティブ型マイクロバルブとして形成されてダイアフラムポンプに接続されたバルブであることが好ましく、殊にアクティブ型マイクロバルブとして、圧電素子で作動するものを好適に用いることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１における圧電ダイアフラムポンプ１は、図２及び図３に示すように、圧電材料によって形成されたダイアフラム１０の両面に電極１１，１１を形成することで、圧電素子そのものがダイアフラム１０を構成しているもので、ベース１２部には図４に示すようにダイアフラム１０の作動によるチャンバー１５内の圧力変化に応じて作動するパッシブ型の吸気弁１３と排気弁１４とを備えたものとなっている。
【０００９】
今、ダイアフラム１０が膨らんでチャンバー１５内の圧力が大気圧より低くなれば、差圧によって吸気弁１３が開いてチャンバー１５内に大気が流入し、ダイアフラム１０が圧縮されれば、圧縮された大気が排気弁１４を押し開いて出ていくものである。このポンプ１の圧力は、ダイアフラム１０が膨らんだ時と圧縮した時のチャンバー１５の容積変化による大気の圧力増加と排気側の圧力との差圧により決定され、チャンバー１５の容積変化による大気の圧力増加が排気側の圧力と等しくなったときに流量が０となって、圧力が飽和した状態となる。
【００１０】
そして、上記ダイアフラム１０である圧電素子には、リレーｒ１を介して駆動電源２が接続されているとともに、リレーｒ２を介して信号処理回路３が接続されており、さらにポンプ１の吸気弁１３側にはバルブＳＶ１を介して吸気口が設けられるとともにバルブＳＶ２を介してタンク４が接続されており、ポンプ１の排気弁１４側にはバルブＳＶ３を介して排気口が設けられるとともにバルブＳＶ４を介してタンク４が接続されている。
【００１１】
上記信号処理回路３は、ダイアフラム１０を構成している圧電素子の圧電効果を利用してタンク４内の圧力をチャンバー１５内の圧力として測定するものであり、該圧力測定は、駆動電源２によるダイアフラム１０の駆動状態からリレーｒ１、ｒ２を切り換えることによって行う。
【００１２】
すなわち、ポンプ１の駆動時は、リレーｒ１によって駆動電源２がダイアフラム（圧電素子）１０に接続されるとともに、バルブＳＶ１，ＳＶ４が開、バルブＳＶ２，ＳＶ３が閉の状態に保たれ、ポンプ１によって加圧された空気はタンク４内に送り込まれる。
【００１３】
圧力上昇時に圧力測定を行う場合は、ポンプ１の作動中にあるタイミングでバルブＳＶ１，ＳＶ４を閉とし、リレーｒ１、ｒ２を切り換えることでポンプ１の作動を止めて信号処理回路３をダイアフラム（圧電素子）１０に接続する。
【００１４】
そして、バルブＳＶ３を開としてポンプ１の下流をいったん大気に開放することでチャンバー１５内の空気を抜いた後、バルブＳＶ３を閉じ、次いでバルブＳＶ２を瞬間的に開いてタンク４内の空気をチャンバー１５内に送り込む。ダイアフラム１０は、チャンバー１５内に送り込まれた空気の圧力に応じて膨らむことから、ダイアフラム１０である圧電素子は、圧力に応じた電圧を圧電効果によって発生するものであり、この電圧から信号処理回路３が圧力の測定を行う。
【００１５】
開放時の減圧中の圧力測定は、リレーｒ１を開、リレーｒ２を閉とするとともに、バルブＳＶ１，ＳＶ４を閉、バルブＳＶ３を開とした状態で、バルブＳＶ２を瞬間的に開いてタンク４内の空気のチャンバー１５内に送り込み、この時のダイアフラム（圧電素子）１０の圧電効果から測定する。
【００１６】
タンク４内の流体振動の検出も行うことができる。バルブＳＶ１，ＳＶ３，ＳＶ４を閉、バルブＳＶ２を開状態とすれば、タンク４内の流体振動が流体を通じてポンプ１内に伝わることから、圧電効果で発生する電圧の変化から流体振動を検出することができる。
【００１７】
圧電素子を構成しているダイアフラム１０は、圧電材料として、圧電定数（ｄ定数）と圧電電圧定数（ｇ定数）とが異なる複数種の圧電材料からなる複合材料のものを用いるのが好ましい。アクチュエータとして用いるだけであるならば、圧電定数が大きい圧電材料、たとえばＰＺＴが好ましく、また、センサとして用いるだけであれば、圧電電圧定数が大きい（感度が高い）圧電材料、たとえばポリマーであるＰＶＤＦが好ましいのであるが、アクチュエータとセンサとを兼用するものにおいて、上記両定数が共に好ましい圧電材料が存在していないことから、圧電定数が大である圧電材料と、圧電電圧定数が大である圧電材料とを組み合わせた複合材料とすることで、アクチュエータとしてもセンサとしても優れた特性を持つものとすることができる。
【００１８】
ところで、圧電効果によって発生する電圧を信号処理回路３で処理することで圧力を測定するわけであるが、この時、圧電効果で発生する電圧の積分値から圧力を測定することが好ましい。加圧時及び減圧時の圧力測定は、圧電効果による発生電圧のピーク電圧から求めることはできるが、たとえばバルブの開閉速度が早い場合は図６(a)に示すようにピーク電圧が大となり、バルブの開閉速度が遅い場合は図６(b)に示すように、ピーク電圧が小となるというばらつきが生じ、結果として測定した圧力値が異なることになる。しかし、積分値から求めるならば、バルブの開閉速度のばらつきに関係なく、正確な圧力値を求めることができる。
【００１９】
そして、上記のような圧電素子であるダイアフラム１０を備えたポンプ１は、半導体プロセスやＬＩＧＡプロセスによってダイアフラム１０、更には吸入弁１３，１４を形成したマイクロポンプとすることにより、系全体を小型化することができる。また、圧電素子であるダイアフラム１０については、薄膜形成法（たとえばスパッタ法や水熱合成法）で形成することで、粉末を焼結して形成した場合のような研磨工程や分極処理工程が不要となり、製造が容易となる。
【００２０】
各バルブＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４も半導体プロセスやＬＩＧＡプロセスによって形成したマイクロバルブとすれば、系全体の小型化を更に促進することができる。また、マイクロバルブを用いたならば、バルブＳＶ２の瞬間的開閉でタンク４から放出する流体量を少なくすることができるために、タンク４内の圧力を監視しながらタンク４内の圧力を高めていく場合、図７にイで示すところのバルブＳＶ２の瞬間的開による圧力低下量を小さくすることができるために、タンク４内の加圧を早く行うことができ、また、タンク４内の圧力を監視しながらタンク４内の圧力を下げていく解放時においても、図８にロで示す圧力低下量を小さくすることができるために、圧力測定頻度を大きくすることができるものであり、このような特性は、この圧電ダイアフラムポンプの圧力測定装置を後述の血圧測定装置に用いる場合、きわめて好ましいものとなる。
【００２１】
図９はポンプ１にパッシブ型の吸気弁１３及び排気弁１４に加えて、もう一系統の吸排弁をアクティブ型のマイクロバルブＭＶ１，ＭＶ２を設けたものを示している。ポンプ１の作動時はマイクロバルブＭＶ１，ＭＶ２を共に閉じておき、吸気弁１３と排気弁１４とで吸排気を行わせる。圧力上昇時の測定は、ポンプ１作動中にあるタイミングでリレーｒ１、ｒ２を切り換えてポンプ１の動作を止めるとともに信号処理回路３をダイアフラム（圧電素子）１０に接続し、マイクロバルブＭＶ２を開にして排気側を大気に解放する。この状態でマイクロバルブＭＶ１を瞬間的に開いてタンク４内の流体をチャンバー１５内に送りこみ、圧電効果を利用して圧力測定を行う。解放時の測定も同様にして行う。なお、圧力測定時には圧力差の関係でパッシブ型の吸気弁１３及び排気弁１４は共に閉じていることになるために、圧力測定に影響を与えることはない。タンク３内の流体振動は、マイクロバルブＭＶ２を閉、マイクロバルブＭＶ１を開状態とすることで測定することができる。
【００２２】
アクティブ型のマイクロバルブとしては、図１０に示すシリコンＳｉとシリコンディオキサイドＳＤ及びアルミニウムＡｌからなるバイメタル型、図１１に示す駆動用流体Ｆを閉じ込めた気体／液体膨張型、図１２に示す形状記憶合金ＭとばねＳとを用いた形状記憶合金型、図１３に示すピエゾアクチュエータＰを用いた圧電型などがあるが、応答速度の点では圧電型のものが好ましく、この場合、圧電ダイアフラム１０の動作に追従させることができる。
【００２３】
また、応答速度が早いことから、図１４に示すように、吸気弁１３及び排気弁１４を圧電型のマイクロバルブＭＶ１，ＭＶ２が兼用したものを得ることができ、バルブ数を更に削減することができる。なお、この場合のマイクロバルブＭＶ１，ＭＶ２は、ポンプ１の動作中、吸排気動作に合わせて作動させるが、圧力上昇時の圧力測定は、ポンプ１の作動中にあるタイミングでリレーｒ１、ｒ２を切り換えて、信号処理回路３をポンプ１に接続し、吸気弁であるマイクロバルブＭＶ１を開いてチャンバー１５内の空気を抜き、この状態で排気弁であるマイクロバルブＭＶ２を開いてタンク４内の流体をチャンバー１５内に導いて、圧力を測定する。解放時の減圧中の圧力測定も、同様にして行う。タンク４内の流体の振動は、マイクロバルブＭＶ１を閉、マイクロバルブＭＶ２を開とすることで測定することができる。
【００２４】
リレーｒ１、ｒ２も半導体プロセスやＬＩＧＡプロセスによって形成したマイクロリレーとすることで、系全体の小型化の点で更に有利となる。図１５は犠牲層上にＬＩＧＡプロセスで接点５１を作成した後、エッチングで犠牲層を除くことで作成したマイクロリレーの一例を示しており、図中５１は接点、５２は電極（固定子）である。
【００２５】
本発明に係る血圧測定装置は、上記の圧電ダイアフラムポンプ１とその圧力測定装置とを用いたもので、図１６に示すように、オシロメトリック法で血圧値の測定を行う血圧測定装置に好適に用いることができる。圧電ダイアフラムポンプ１を腕に巻き付けるカフ５内に配した阻血袋への圧力供給源とし、前記タンク４を阻血袋とし、前記のバルブを阻血袋の減圧時の排気用とし、圧力測定装置を脈圧波の検出用として血圧測定を行うのである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、阻血袋への空気供給手段として小型の圧電ダイアフラムポンプを用いるだけでなく、ダイアフラムであり且つダイアフラムの駆動用である圧電素子の圧電効果を利用して圧力を測定することで血圧値の測定を行うものであり、別途圧力測定のためのセンサーを何ら必要とすることなく、加圧流体の圧力を測定することができるために、小型の血圧測定装置を得ることができる。
【００２７】
導入手段としてアクティブ型マイクロバルブを用いれば、周辺部材を含む小型化をさらに促進することができ、上記アクティブ型マイクロバルブとしては、圧電素子で作動するものを用いと、応答性の高いものを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すブロック回路図である。
【図２】同上のポンプの動作を示すもので、(a)(b)は概略断面図である。
【図３】同上のダイアフラムの断面図である。
【図４】同上の排気弁の動作を示すもので、(a)は吸気時の概略断面図、(b)は排気時の概略断面図である。
【図５】同上の吸気弁の動作を示すもので、(a)は吸気時の概略断面図、(b)は排気時の概略断面図である。
【図６】(a)(b)はバルブの開閉速度と圧電素子で発生する電圧との関係を示す説明図である。
【図７】加圧中に圧力測定動作を行う場合の圧力変化のタイムチャートである。
【図８】排気中に圧力測定動作を行う場合の圧力変化のタイムチャートである。
【図９】他例のブロック回路図である。
【図１０】同上に用いるアクティブ型のマイクロバルブの一例を示しており、(a)は閉じた時の断面図、(b)は開いた時の断面図である。
【図１１】アクティブ型のマイクロバルブの他例を示しており、(a)は閉じた時の断面図、(b)は開いた時の断面図である。
【図１２】アクティブ型のマイクロバルブのさらに他例を示しており、(a)は閉じた時の断面図、(b)は開いた時の断面図である。
【図１３】アクティブ型のマイクロバルブの別の例を示しており、(a)(b)は断面図である。
【図１４】さらに他例のブロック回路図である。
【図１５】リレーの他例の斜視図である。
【図１６】血圧測定装置とした場合の概略図である。
【符号の説明】
１  ポンプ
１０  ダイアフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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