(57)【要約】【課題】血圧計などに用いる流量調節装置において、空気の流量を簡単正確に制御できるようにする。【解決手段】血圧計のポンプと腕帯からのチューブに、流量調節装置の突出部５を接続する。流量調節装置の弁を、ニードル弁とし、弁体のテーパー部４を、弁座２のコーン部６に対向させる。弁体１を電磁プランジャのスライダ２０とピン１９で駆動し、テーパー部４とコーン部６の隙間を変えて、気体の流量を調節する。テーパー部４の基部のＯリング３を、コーン部６の裾部７に密着させることで、気体の通過を遮断する。Ｏリング３により、ニードル弁の固着を防止する。テーパー部４の頂角を変えることで、容易に希望する特性が実現でき、微小流量から大流量まで一定の比率で制御できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐状のテーパー部を有する弁体と、前記テーパー部に対向する円錐状のコーン部を有する弁座と、前記コーン部の裾部と前記テーパー部の基部との間を閉鎖して気体の通過を遮断する弾性部材とを備えて、気体の流量を調整するニードル弁と、前記ニードル弁を駆動する駆動手段とを具備することを特徴とする流量調節装置。
【請求項２】
前記ニードル弁の弁体および弁座を、樹脂または非磁性金属等の固い部材で構成したことを特徴とする請求項１記載の流量調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流量調節装置に関し、特に、自動血圧計などにおいて加圧空気を解放する際の流量を調節する流量調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動血圧計では、腕帯を腕等に巻き付け、自動血圧計の流量調節弁を閉じた状態でポンプを作動させて、腕帯に圧縮空気を注入して加圧する。腕帯内の空気圧が所定値まで上昇したことを圧力センサで検出すると、電磁コイルへの供給電流を徐々に減少させることによって、流量調節弁を開いて、圧力を徐々に低下させる。この減圧過程において、血圧値を測定する。これらの一連の制御を、マイクロコンピュータによって行なう。
【０００３】
従来の自動血圧計の具体的な動作を、図４と図５を参照しながら説明する。図４において、制御回路１１は、マイクロコンピュータにより、自動血圧計全体を制御する回路である。ポンプ１２は、チューブを介して腕帯１５に空気を送るポンプである。圧力センサ１３は、腕帯１５の空気圧を測定するセンサである。流量調節装置１４は、腕帯１５からの排気流量を調節する装置である。腕帯１５は、被験者の上腕を空気圧で圧迫するために巻く帯である。自動血圧計においては、ポンプ１２を用いて腕帯１５に空気を圧送する。血圧測定前、測定中、および測定後において、所定の空気圧となるように、圧力センサ１３で圧力を測定しながら、流量調節装置１４の弁を開閉制御している。
【０００４】
流量調節装置１４には、図５に示す空気圧調節弁ユニットが備えてある。図５において、貫通孔１６は、ポンプ１２と腕帯１５に接続されたチューブからの空気が通る孔である。コイルばね１７は、弁体１８を弁開放方向に押圧するばねである。弁体１８は、空気を遮断するための弁の可動部材であり、ゴムなどの弾性材料を成形したものである。ピン１９は、弁体１８を弁閉鎖方向に押すためのスライダ２０に固定された非磁性体の力伝達部材である。貫通孔１６と対向するケース２２内部の位置に、圧縮コイルばね１７を間に挟んで、弁体１８がある。スライダ２０は、ソレノイドコイルにより駆動される磁性体のプランジャであり、貫通孔１６の軸方向に往復移動可能である。コイル２１は、空芯の電磁石として働くソレノイドコイルである。ケース２２は、空気圧調節弁ユニットを覆う合成樹脂などの外装部材であり、排気用の孔が空けられている。第１フレーム２３と第２フレーム２４は、コイル２１をケース２２に固定するとともに、コイル２１の磁力線を集中させるヨークである。弁座２５は、貫通孔１６の開口部であり、弁体１８が当接して弁を閉鎖する部分である。
【０００５】
コイル２１に電流を流していない状態では、弁体１８は、コイルばね１７により弁座２５から離れており、弁は開いている。スライダ２０は、初期位置にある。コイル２１に電流を流すと、磁力によりスライダ２０とピン１９が弁体１８の方向へ移動し、ピン１９で弁体１８を押圧する。電流の強さに応じた磁界でスライダ２０に力が加えられるので、その力とコイルばね１７の反発力が釣り合った位置で安定する。弁体１８と弁座２５の間隔が電流の強さに応じて決まるので、貫通孔１６からの空気が、電流の強さに応じた流量で、弁とケースを通りケース外に排出される。
【０００６】
コイル２１に流す電流をさらに強くすると、コイルばね１７の反発力に抗して、弁体１８を弁座２５に圧接させることができ、弁が閉じられる。コイル２１に流す電流を弱くすると、コイルばね１７の反発力によって、スライダ２０とピン１９が、弁体１８の反対方向へ移動し、弁体１８が弁座２５から離れ、弁が開く。急速に排気する際には、コイル２１に流す電流を一気に０にして、コイルばね１７の力により、弁体１８を弁座２５から急に離す。その他の従来の自動血圧計の例を以下に示す。
【０００７】
特許文献１に開示された「流量コントロール弁」は、簡単な構造で、電磁力を有効利用して小型で消費電力を少なくし、動作不良も少なくした流量コントロール弁である。フレームケースには、気体流入口と気体流出口が有る。作動軸は、流入口に対して前進後退するようになっている。作動軸の先端に取り付けたオリフィスパッキンで、流入口を開閉する。作動軸には、同極同士を対向させた２個の永久磁石が、間にヨークを挟んで取り付けられている。隣接同士の巻回方向が互いに逆向きになった３個の電磁コイルが、永久磁石の外側に配置されている。電磁コイルに電流を流すと、各電磁コイルと各永久磁石により発生する電磁力が合成される。その合成力により作動軸が移動して、オリフィスパッキンで流入口を閉じる。
【０００８】
特許文献２に開示された「流体流量調節装置」は、高精度の制御が可能で長寿命な流体流量調節装置である。蓋体に設けられた流入口突端を、弁部材で開閉することによって、流入口突端を通る流体の流量を調節する。弁開閉機構で、開または閉方向に力を加えながら、弁部材を支持する。蓋体で、弁開閉機構を固定する。弁開閉機構による力と逆方向の力を、駆動装置で弁部材に加えることによって、弁部材を開閉して流量を調節する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−５３３０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０８４５６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の空気圧調節弁ユニットでは、血圧測定中に、空気圧を一定の比率でゆっくり下げていく場合に、微妙な空気圧の調整が困難であるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決して、自動血圧計などにおいて加圧空気を解放する際の流量を簡単に制御できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、流量調節装置を、円錐状のテーパー部を有する弁体と、テーパー部に対向する円錐状のコーン部を有する弁座と、コーン部の裾部とテーパー部の基部との間を閉鎖して気体の通過を遮断する弾性部材とを備えて、気体の流量を調整するニードル弁と、ニードル弁を駆動する駆動手段とを具備する構成とした。このように構成したことにより、ニードル弁の固着を防止しながら、加圧空気を解放する際の流量を簡単に制御できる。
【００１３】
また、ニードル弁の弁体および弁座を、樹脂または非磁性金属等の固い部材で構成した。このように構成したことにより、安定に動作させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態）
本発明の実施の形態は、ニードル弁のテーパー部を弁座のコーン部に密着させる前に、弁体に設けたＯリングを、コーン部の裾に当接させて弁を閉じる流量調節装置である。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態における流量調節装置の断面図である。図１において、弁体１は、ニードル弁の内側弁部材である。弁座２は、ニードル弁の外側弁部材である。ニードル弁の弁体１と弁座２は、樹脂または非磁性金属等の固い部材で構成する。固い部材とは、弁を駆動する程度の力では実質的に変形しない部材のことである。Ｏリング３は、弾性体の閉鎖部材である。テーパー部４は、弁座２のコーン部６と対向して空気の通路幅を変える部分である。突出部５は、ポンプと腕帯につながるチューブを接続する部分である。コーン部６は、弁座２のうち、弁体１のテーパー部４と対向する円錐状の部分である。裾部７は、弁座２のうち、テーパー部４の最も広がった端部である。貫通孔１６は、ポンプと腕帯に接続されたチューブからの空気が通る孔である。コイルばね１７は、弁体１を弁開放方向に押圧するばねである。ピン１９は、弁体１を弁閉鎖方向に押すためのスライダ２０に固定された非磁性体の力伝達部材である。スライダ２０は、ソレノイドコイルにより駆動される磁性体のプランジャであり、貫通孔１６の軸方向に往復移動可能である。コイル２１は、空芯の電磁石として働くソレノイドコイルである。ケース２２は、流量調節装置を覆う合成樹脂などの外装部材であり、排気用の孔が空けられている。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態における流量調節装置に用いる弁の断面図である。図２（ａ）は、弁の開放状態を示す図である。図２（ｂ）は、弁の半開放状態を示す図である。図２（ｃ）は、弁の閉鎖状態を示す図である。図３は、流量調節装置の弁にゴム部材を用いたものの断面図である。図３において、ゴム部材８は、Ｏリングに代わる弾性体の閉鎖部材である。
【００１８】
上記のように構成された本発明の実施の形態における流量調節装置の動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、自動血圧計において加圧空気を解放する際の流量を調節する場合を例にして、流量調節装置の機能の概要を説明する。自動血圧計の構成は、図３に示した従来のものと同じである。流量調節装置の弁としてニードル弁を使用して、空気の流量を調節しながら圧力を下げる。ニードル弁を使用すると、弁を強く閉じた場合に、弁体と弁座が固着することがある。すなわち、空気が漏れないように弁を強く閉じると、くさびの作用により、弁体と弁座が固着してしまい、弁を開く際に非常に大きな力を加える必要がある。それを避けるために、弁体１と弁座２の間にＯリング３を設ける。Ｏリング３は、ニードル弁の弁座２の裾部７に当接する位置に設ける。
【００１９】
流量調節装置の突出部５は、ポンプと腕帯にチューブで接続されている。流量調節装置のニードル弁を電磁プランジャで駆動して適度に開くことにより、加圧気体の放出流量を調整する。弁を閉じる場合は、ニードル弁の弁体１の基部に設けられたＯリング３を、ニードル弁の弁座２の裾部７に密着させて、空気の流通を遮断する。
【００２０】
コイル２１に電流を流していない状態では、弁体１は、コイルばね１７により弁座２から離れており、弁は開いている。スライダ２０は、図１の右端の初期位置にある。コイル２１に電流を流すと、磁力によりスライダ２０とピン１９が弁体１の方向へ移動し、ピン１９で弁体１を押圧する。コイル２１に十分強い電流を流すと、スライダ２０とピン１９は弁体１の方向へ最大限移動し、弁体１に設けられたＯリング３が、ニードル弁の弁座２の裾部７に密着して、空気の流通が遮断される。この状態が図１に示す状態である。
【００２１】
コイル２１に流れる電流の強さに応じた磁界でスライダ２０に力が加えられるので、その力とコイルばね１７の反発力が釣り合った位置で、スライダ２０が安定する。弁体１のテーパー部４と弁座２のコーン部６の間隔が、電流の強さに応じて決まるので、電流の強さに応じた流量で、空気が貫通孔１６から排出される。
【００２２】
コイル２１に流す電流をさらに強くすると、コイルばね１７の反発力に抗して、弁体１に設けられたＯリング３を、弁座２の裾部７に圧接させることができ、弁が閉じられる。逆に、コイル２１に流す電流を弱くすると、コイルばね１７の反発力によって、スライダ２０とピン１９が、弁体１の反対方向へ移動し、弁体１のテーパー部４が弁座２のコーン部６から離れて間隔が広くなるので、空気の流量が増加する。急速に排気する際には、コイル２１の電流を止めて、コイルばね１７の力により、弁体１のテーパー部４を弁座２のコーン部６から最大限離すことで、空気の流量を最大にする。
【００２３】
図２を参照しながら、ニードル弁の動作を説明する。図２（ａ）に示すように、弁体１のテーパー部４を、弁座２のコーン部６に挿入していくと、テーパー部４と弁座２のコーン部６との間隔が狭くなり、空気の流量が少なくなる。さらに、弁体１のテーパー部４を、弁座２のコーン部６に挿入していくと、図２（ｂ）に示すように、テーパー部４と弁座２のコーン部６との間隔がいっそう狭くなり、空気の流量が極めて少なくなる。さらに、テーパー部４をコーン部６に挿入すると、図２（ｃ）に示すように、Ｏリング３がコーン部６の裾部７に当接して弁が閉じられ、空気の流量が０になる。この状態で、テーパー部４はコーン部６に密着していないので、テーパー部４とコーン部６の間に摩擦力は働かない。したがって、弁を開くための力は不要である。
【００２４】
図３を参照して、弾性部材の他の例を説明する。弁を閉鎖する弾性部材として、Ｏリング３の代わりにゴム部材８を用いることもできる。図３に示すように、弁体１のテーパー部４の基部に溝を設けて、ゴム部材８を埋め込む。ゴム部材８は、弁座２のコーン部６の裾部７に当接して、弁を閉じることができる。また、弾性部材を、弁体１のテーパー部４の基部ではなくて、弁座２のコーン部６の裾部７に設けても、テーパー部４とコーン部６を密着させることなく、弾性部材で弁を閉じることができる。
【００２５】
ニードル構造の弁を採用したことにより、空気の流量を正確に計算して制御することができる。すなわち、弁体１のテーパー部４と弁座２のコーン部６との間隔は、弁体１の移動量に比例し、弁体１の移動量はコイル２１の電流に比例するので、空気の流量を電流から簡単正確に決めることができる。フィードバック制御をしなくても、オープンループで空気の流量を制御することも可能である。また、ニードルの頂角を変えることで、希望する特性が容易に得られる。すなわち、テーパー部とコーン部の頂角を小さくすると、弁体１の移動量に対して間隔の変化を小さくすることができる。逆に、テーパー部とコーン部の頂角を大きくすると、弁体１の移動量に対して間隔の変化を大きくすることができる。したがって、微小流量の場合でも大流量の場合でも、条件に応じた設計ができ、比率が変わるだけで、同じ方法で流量を簡単正確に制御することができる。さらに、ニードル弁の弁体１と弁座２を、樹脂または非磁性金属等の固い部材で構成したので、ダイアフラム弁よりも安定確実に動作させることができる。
【００２６】
上記のように、本発明の実施の形態では、流量調節装置を、ニードル弁のテーパー部を密着させる前に、テーパー部に設けたＯリングを、コーン部の裾に当接させて弁を閉じる構成としたので、弁を閉じたときに、ニードル弁が固着するのを防止できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、流量調節装置を、円錐状のテーパー部を有する弁体と、テーパー部に対向する円錐状のコーン部を有する弁座と、コーン部の裾部とテーパー部の基部との間を閉鎖して気体の通過を遮断する弾性部材とを備えて、気体の流量を調整するニードル弁と、ニードル弁を駆動する駆動手段とを具備する構成としたので、ニードル弁の固着を防止しながら、加圧空気を解放する際の流量を簡単に制御できるという効果が得られる。
【００２８】
また、ニードル弁の弁体および弁座を、樹脂または非磁性金属等の固い部材で構成したので、安定に動作させることができるという効果が得られる。
【００２９】
また、弁としてニードル弁を用いるので、ニードルの角度を変えることで、容易に希望する特性が実現でき、微小流量から大流量まで、空気の流量を正確に計算して、一定の比率で容易に制御できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における流量調節装置の断面図、
【図２】本発明の実施の形態における流量調節装置に用いる弁の断面図、
【図３】本発明の実施の形態における流量調節装置に用いる弁の断面図、
【図４】従来の自動血圧計の機能ブロック図、
【図５】従来の空気圧調節弁ユニットの断面図である。
【符号の説明】
１  弁体
２  弁座
３  Ｏリング
４  テーパー部
５  突出部
６  コーン部
７  裾部
８  ゴム部材
１１  制御回路
１２  ポンプ
１３  圧力センサ
１４  流量調節装置
１５  腕帯
１６  貫通孔
１７  コイルばね
１８  弁体
１９  ピン
２０  スライダ
２１  コイル
２２  ケース
２３  第１フレーム
２４  第２フレーム
２５  弁座
【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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