特許 7597437 ポンプシステム、流体供給装置および圧力検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】ポンプシステム、流体供給装置および圧力検出方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 43/04 20060101AFI20241203BHJP

【ＦＩ】

F04B43/04 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020218020

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022102938

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100173691

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 康久

(74)【代理人】

【識別番号】100137095

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 武史

(72)【発明者】

【氏名】良井 優太

(72)【発明者】

【氏名】関口 力

(72)【発明者】

【氏名】稲本 繁典

(72)【発明者】

【氏名】高橋 勇樹

(72)【発明者】

【氏名】児玉 大輔

(72)【発明者】

【氏名】栗田 大輔

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２０８２５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１３９４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３２４７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２９１８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４１－０１７２６４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１３－０９０８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６１１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４０６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３３７０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４３／０４

Ｆ０４Ｂ ４３／０２

Ｆ０４Ｂ ４５／０４

Ｆ０４Ｂ ４５／０４７

Ｆ０４Ｂ １７／０４

Ｆ０４Ｂ ３５／０４

Ａ６１Ｂ ５／０２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁駆動する振動アクチュエータと、
吸入口および吐出口に接続されている一対の密閉室と、
前記一対の密閉室の容積をそれぞれ変化させる複数の可動壁と、
前記振動アクチュエータ、前記一対の密閉室、および前記複数の可動壁を内部に収納する筐体と、を備え、
前記振動アクチュエータの駆動により前記複数の可動壁が変位して前記一対の密閉室内の流体が対象物に供給され、
前記振動アクチュエータの消費電流に基づいて前記対象物内の圧力を検出し、
前記振動アクチュエータは、前記筐体内に設けられた軸部と、前記筐体に対して往復回転可能に、前記軸部によって支持されている可動体と、前記筐体および前記可動体の一方に固定された一対のコイルコア部と、前記筐体および前記可動体の他方に、前記一対のコイルコア部とそれぞれ対向するように設けられた一対のマグネットと、を含み、
前記一対のコイルコア部と前記一対のマグネットとの間に作用する磁力によって形成された磁気ばねと、前記一対の密閉室内の圧縮された流体の弾力によって形成された流体ばねと、によって前記可動体を支持するためのバネマス系構造が構成されており、
前記振動アクチュエータの駆動周波数は、前記対象物内の前記圧力が上昇するに連れて前記消費電流が一方的に変化する範囲内に設定されていることを特徴とするポンプシステム。

【請求項2】

前記振動アクチュエータは、前記対象物内の圧力によって共振周波数が変化する請求項１に記載のポンプシステム。

【請求項3】

前記消費電流は、線形的に変化する請求項１に記載のポンプシステム。

【請求項4】

前記可動体は、長尺形状を有し、
前記一対のマグネットは、それぞれ、前記可動体の長尺方向の両端部に設けられている請求項１に記載のポンプシステム。

【請求項5】

前記一対のコイルコア部は、それぞれ、前記可動体の前記長尺方向の両側に、前記軸部を介して、互いに対称となるよう設けられている請求項４に記載のポンプシステム。

【請求項6】

前記一対のマグネットのそれぞれは、円弧状の磁極面を有し、
前記一対のコイルコア部のそれぞれは、前記マグネットの前記円弧状の磁極面と対向する円弧状の磁極面を有し、
前記一対のコイルコア部の前記円弧状の磁極面は、それぞれ、前記一対のマグネットの前記円弧状の磁極面と対向している請求項１に記載のポンプシステム。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれか一項に記載のポンプシステムを備えることを特徴とする流体供給装置。

【請求項8】

電磁駆動する振動アクチュエータと、
吸入口および吐出口に接続されている一対の密閉室と、
前記一対の密閉室の容積をそれぞれ変化させる複数の可動壁と、
前記振動アクチュエータ、前記一対の密閉室、および前記複数の可動壁を内部に収納する筐体と、を備え、
前記振動アクチュエータの駆動により前記複数の可動壁が変位して前記一対の密閉室内の流体が対象物に供給されるポンプシステムにおいて、
前記振動アクチュエータの消費電流を検出し、
前記振動アクチュエータの前記消費電流と前記対象物内の圧力との間の事前に保存されている関係に基づいて、前記検出された振動アクチュエータの前記消費電流から前記対象物内の前記圧力を検出し、
前記振動アクチュエータは、前記筐体内に設けられた軸部と、前記筐体に対して往復回転可能に、前記軸部によって支持されている可動体と、前記筐体および前記可動体の一方に固定された一対のコイルコア部と、前記筐体および前記可動体の他方に、前記一対のコイルコア部とそれぞれ対向するように設けられた一対のマグネットと、を含み、
前記一対のコイルコア部と前記一対のマグネットとの間に作用する磁力によって形成された磁気ばねと、前記一対の密閉室内の圧縮された流体の弾力によって形成された流体ばねと、によって前記可動体を支持するためのバネマス系構造が構成されており、
前記振動アクチュエータの駆動周波数は、前記対象物内の前記圧力が上昇するに連れて前記消費電流が一方的に変化する範囲内に設定されていることを特徴とする圧力検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプシステム、流体供給装置および圧力検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、特許文献２および特許文献３には、それぞれ、被験者の血圧値を計測する電子血圧計として、被験者の腕に装着されるカフと、カフ内に空気を送り込むことによりカフ内の圧力を上昇させるポンプと、カフ内の圧力を検出する圧力センサーと、を有する構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１４６８９４号公報

【文献】特開２０１４－１８４０７１号公報

【文献】特開２０１７－２０９４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように、特許文献１、特許文献２および特許文献３では、いずれも、ポンプとは別に圧力センサーを備える構成となっているため、部品点数が多く装置が大型化するという問題がある。

【0005】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、圧力センサーを省略してポンプを用いてカフ内の圧力を検出する構成とすることにより小型化を図ることのできるポンプシステム、流体供給装置および圧力検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような目的は、以下の（１）～（８）の本発明により達成される。

【0007】

（１） 電磁駆動する振動アクチュエータと、
吸入口および吐出口に接続されている一対の密閉室と、
前記一対の密閉室の容積をそれぞれ変化させる複数の可動壁と、
前記振動アクチュエータ、前記一対の密閉室、および前記複数の可動壁を内部に収納する筐体と、を備え、
前記振動アクチュエータの駆動により前記複数の可動壁が変位して前記一対の密閉室内の流体が対象物に供給され、
前記振動アクチュエータの消費電流に基づいて前記対象物内の圧力を検出し、
前記振動アクチュエータは、前記筐体内に設けられた軸部と、前記筐体に対して往復回転可能に、前記軸部によって支持されている可動体と、前記筐体および前記可動体の一方に固定された一対のコイルコア部と、前記筐体および前記可動体の他方に、前記一対のコイルコア部とそれぞれ対向するように設けられた一対のマグネットと、を含み、
前記一対のコイルコア部と前記一対のマグネットとの間に作用する磁力によって形成された磁気ばねと、前記一対の密閉室内の圧縮された流体の弾力によって形成された流体ばねと、によって前記可動体を支持するためのバネマス系構造が構成されており、
前記振動アクチュエータの駆動周波数は、前記対象物内の前記圧力が上昇するに連れて前記消費電流が一方的に変化する範囲内に設定されていることを特徴とするポンプシステム。

【0008】

（２） 前記振動アクチュエータは、前記対象物内の圧力によって共振周波数が変化する上記（１）に記載のポンプシステム。

【0011】

（３） 前記消費電流は、線形的に変化する上記（１）に記載のポンプシステム。
（４） 前記可動体は、長尺形状を有し、
前記一対のマグネットは、それぞれ、前記可動体の長尺方向の両端部に設けられている上記（１）に記載のポンプシステム。
（５） 前記一対のコイルコア部は、それぞれ、前記可動体の前記長尺方向の両側に、前記軸部を介して、互いに対称となるよう設けられている上記（４）に記載のポンプシステム。
（６） 前記一対のマグネットのそれぞれは、円弧状の磁極面を有し、
前記一対のコイルコア部のそれぞれは、前記マグネットの前記円弧状の磁極面と対向する円弧状の磁極面を有し、
前記一対のコイルコア部の前記円弧状の磁極面は、それぞれ、前記一対のマグネットの前記円弧状の磁極面と対向している上記（１）に記載のポンプシステム。

【0012】

（７） 上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のポンプシステムを備えることを特徴とする流体供給装置。

【0013】

（８） 電磁駆動する振動アクチュエータと、
吸入口および吐出口に接続されている一対の密閉室と、
前記一対の密閉室の容積をそれぞれ変化させる複数の可動壁と、
前記振動アクチュエータ、前記一対の密閉室、および前記複数の可動壁を内部に収納する筐体と、を備え、
前記振動アクチュエータの駆動により前記複数の可動壁が変位して前記一対の密閉室内の流体が対象物に供給されるポンプシステムにおいて、
前記振動アクチュエータの消費電流を検出し、
前記振動アクチュエータの前記消費電流と前記対象物内の圧力との間の事前に保存されている関係に基づいて、前記検出された振動アクチュエータの前記消費電流から前記対象物内の前記圧力を検出し、
前記振動アクチュエータは、前記筐体内に設けられた軸部と、前記筐体に対して往復回転可能に、前記軸部によって支持されている可動体と、前記筐体および前記可動体の一方に固定された一対のコイルコア部と、前記筐体および前記可動体の他方に、前記一対のコイルコア部とそれぞれ対向するように設けられた一対のマグネットと、を含み、
前記一対のコイルコア部と前記一対のマグネットとの間に作用する磁力によって形成された磁気ばねと、前記一対の密閉室内の圧縮された流体の弾力によって形成された流体ばねと、によって前記可動体を支持するためのバネマス系構造が構成されており、
前記振動アクチュエータの駆動周波数は、前記対象物内の前記圧力が上昇するに連れて前記消費電流が一方的に変化する範囲内に設定されていることを特徴とする圧力検出方法。

【発明の効果】

【0014】

本発明のポンプシステムでは、電磁駆動する振動アクチュエータの消費電流に基づいて対象物内の圧力を検出する。そのため、圧力センサーを用いることなく対象物内の圧力を検出することができる。したがって、部品点数の削減を図ることができ、ポンプシステムの小型化を図ることができる。

【0015】

また、本発明の流体供給装置は、上述のポンプシステムを備える。そのため、ポンプシステムの効果を享受することができ、装置の小型化を図ることができる。

【0016】

また、本発明の圧力検出方法では、電磁駆動する振動アクチュエータの消費電流に基づいて対象物内の圧力を検出する。そのため、圧力センサーを用いることなく対象物内の圧力を検出することができる。したがって、ポンプシステムの部品点数を削減することができ、ポンプシステムの小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】好適な実施形態に係る電子血圧計の全体構成を示す斜視図である。

【図2】ポンプの断面図である。

【図3】図２に示すポンプの駆動原理を示す断面図である。

【図4】図２に示すポンプの駆動原理を示す断面図である。

【図5】振動アクチュエータが有するばね系を示す模式図である。

【図6】振動アクチュエータの駆動周波数と消費電流との関係を示すグラフである。

【図7】密閉室内の圧力と消費電流との関係を示すグラフである。

【図8】密閉室内の圧力と消費電流との関係を示すグラフである。

【図9】密閉室内の圧力と消費電流との関係を示すグラフである。

【図10】密閉室内の圧力と消費電流との関係を示すグラフである。

【図11】密閉室内の圧力と消費電流との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明のポンプシステム、流体供給装置および圧力検出方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0019】

図１は、好適な実施形態に係る電子血圧計の全体構成を示す斜視図である。図２は、ポンプの断面図である。図３および図４は、それぞれ、図２に示すポンプの駆動原理を示す断面図である。図５は、振動アクチュエータが有するばね系を示す模式図である。図６は、振動アクチュエータの駆動周波数と消費電流との関係を示すグラフである。図７ないし図１１は、それぞれ、密閉室内の圧力と消費電流との関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、図２ないし図４中の紙面上側を「上」とも言い、下側を「下」と言う。

【0020】

図１に、流体供給装置としての電子血圧計１を示す。電子血圧計１は、カフ２と、本体３と、カフ２と本体３とを接続する給排気用のチューブ４とを有する。カフ２は、被験者の被測定部位、例えば腕に装着され、本体３からの流体供給により内部にある袋体が膨らんで被測定部位を圧迫する。本体３は、カフ（対象物）２内の圧力を測定し、その測定結果に基づいて被験者の血圧を算出する。前記流体としては、特に限定されず、液体であっても気体であってもよいが、気体であることが好ましい。以下では、説明の便宜上、前記流体を空気として説明する。

【0021】

一般的なオシロメトリック法に従って血圧を測定する場合、次のようにする。まず、被験者の被測定部位にカフ２を巻き付ける。そして、血圧測定時には、本体３からカフ２内に空気を供給してカフ２内の圧力（カフ圧）を最高血圧より高くする。その後徐々に減圧し、この過程においてカフ２内の圧力を本体３で検出し、被測定部位の動脈で発生する動脈容積の変動を脈波信号として取り出す。その時のカフ圧の変化に伴う脈波信号の振幅の変化、主に立ち上がりと立ち下がりに基づいて最高血圧（収縮期血圧）および最低血圧（拡張期血圧）を算出する。ただし、血圧測定方法としては特に限定されない。例えば、オシロメトリック法と共に一般的に使用されているリバロッチ・コロトコフ法を用いてもよい。

【0022】

図１に示すように、本体３には、カフ２内に空気を供給するポンプ５と、ポンプ５の駆動を制御すると共にカフ２内の圧力を検出する制御装置６とを備えたポンプシステム１０が内蔵されている。また、図２に示すように、ポンプ５は、筐体７と、振動アクチュエータ８と、ポンプ部９とを有する。

【0023】

振動アクチュエータ８は、軸部８１と、軸部８１を介して筐体７に対して可動自在に支持された可動体８２と、筐体７に固定された一対のコイルコア部８５、８６とを有する。

【0024】

可動体８２は、長尺であり、その中央部において軸部８１を介して筐体７に接続されている。そのため、可動体８２は、筐体７に対して軸部８１を中心としてシーソーのように往復回転する。

【0025】

可動体８２の両端部にはマグネット８３、８４が設けられている。これらマグネット８３、８４は、軸部８１に対して対称的に配置されている。また、マグネット８３、８４は、コイルコア部８５、８６と対向する円弧状の磁極面８３１、８４１を有する。磁極面８３１、８４１にはＳ極とＮ極とが円弧方向に沿って交互に配置されている。これらマグネット８３、８４は、永久磁石であり、例えば、Ｎｄ焼結マグネット等により構成されている。

【0026】

可動体８２には可動体８２が往復回転した際にポンプ部９を押圧する押圧子８７、８８が設けられている。これら押圧子８７、８８は、軸部８１に対して対称的に配置されている。押圧子８７は、軸部８１とマグネット８３との間に配置され、可動体８２の幅方向両側（図２中上下方向両側）に突出している。また、押圧子８８は、軸部８１とマグネット８４との間に配置され、可動体８２の幅方向両側（図２中上下方向両側）に突出している。

【0027】

コイルコア部８５、８６は、可動体８２の両側に配置され、コイルコア部８５がマグネット８３の磁極面８３１と対向し、コイルコア部８６がマグネット８４の磁極面８４１と対向している。これらコイルコア部８５、８６は、軸部８１に対して対称的に配置されている。

【0028】

コイルコア部８５は、コア部８５１と、コア部８５１に巻回されたコイル８５９とを有する。また、コア部８５１は、コイル８５９が巻回された芯部８５２と、芯部８５２の両端から延出した一対のコア磁極８５３、８５４とを有する。また、コア磁極８５３、８５４は、マグネット８３の磁極面８３１と対向する磁極面８５３ａ、８５４ａを有する。また、磁極面８５３ａ、８５４ａは、それぞれ、マグネット８３の磁極面８３１に倣って円弧状に湾曲している。コイル８５９は、制御装置６に接続されており、制御装置６から給電されることによりコア磁極８５３、８５４を異なる極性で励磁する。

【0029】

コイルコア部８６は、コア部８６１と、コア部８６１に巻回されたコイル８６９とを有する。また、コア部８６１は、コイル８６９が巻回された芯部８６２と、芯部８６２の両端から延出する一対のコア磁極８６３、８６４とを有する。また、コア磁極８６３、８６４は、マグネット８４の磁極面８４１と対向する磁極面８６３ａ、８６４ａを有する。また、磁極面８６３ａ、８６４ａは、それぞれ、マグネット８４の磁極面８４１に倣って円弧状に湾曲している。コイル８６９は、制御装置６に接続されており、制御装置６から給電されることによりコア磁極８６３、８６４を異なる極性で励磁する。

【0030】

コア部８５１、８６１は、それぞれ、コイル８５９、８６９への通電により磁化する磁性体であり、例えば、電磁ステンレス、焼結材、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）材、積層鋼板、電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）等により構成されている。

【0031】

ポンプ部９は、軸部８１に対して上下左右に分かれて４つ配置されている。具体的には、２つのポンプ部９が一方の押圧子８７を介して上下に対向配置され、残りの２つのポンプ部９が他方の押圧子８８を介して上下に対向配置されている。これら４つのポンプ部９は、互いに同様の構成であり、それぞれ、密閉室９１と、可動壁９２とを有する。

【0032】

密閉室９１は、外部から空気を吸入する吸入口９８と、密閉室９１内の空気を吐出する吐出口９９とに接続されている。なお、本実施形態では、可動体８２に対して上側に位置する２つの密閉室９１が１つの吐出口９９を共有し、可動体８２に対して下側に位置する２つの密閉室９１が１つの吐出口９９を共有している。

【0033】

可動壁９２は、密閉室９１の一部を構成している。可動壁９２は、押圧子８７、８８で押圧されることにより変位し、密閉室９１内の容積を変化させる。可動壁９２の変位により密閉室９１内の容積が減少すると、密閉室９１内の空気が吐出口９９から吐出され、反対に、密閉室９１内の容積が増加すると、吸入口９８から密閉室９１内に空気が流入する。このような密閉室９１内の容積の減少と増加とが繰り返されることにより吐出口９９から連続的に空気が吐出される。可動壁９２は、例えば、ダイヤフラムであり、弾性変形可能な材料により形成されている。また、可動壁９２は、押圧子８７、８８が挿入される挿入部９２１を有し、挿入部９２１を介して押圧子８７、８８と接続されている。

【0034】

また、密閉室９１と吸入口９８との間にはバルブ９３が設けられている。バルブ９３は、吸入口９８から密閉室９１への空気の吸入を許容し、密閉室９１から吸入口９８への空気の吐出を規制する。また、密閉室９１と吐出口９９との間にはバルブ９４が設けられている。バルブ９４は、密閉室９１から吐出口９９の空気の吐出を許容し、吐出口９９から密閉室９１への空気の吸入を規制する。これにより、空気の吸引と吐出とをより確実にかつより効率的に行うことができる。

【0035】

図１に示すように、制御装置６は、振動アクチュエータ８の駆動を制御する駆動制御部６１と、カフ２内の圧力を検出する圧力検出部６２と、を有する。制御装置６は、例えば、コンピューターで構成され、情報を処理するプロセッサー（ＣＰＵ）と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。また、メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行する。

【0036】

以上、電子血圧計１の構成について説明した。次に、ポンプ５の駆動について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、４つのポンプ部９を「ポンプ部９Ａ」、「ポンプ部９Ｂ」、「ポンプ部９Ｃ」および「ポンプ部９Ｄ」として区別する。

【0037】

駆動制御部６１からコイル８５９、８６９に交流電圧を印加すると、ポンプ５は、図３に示すように可動体８２が一方側に回転する第１状態と、図４に示すように可動体８２が他方側に回転する第２状態とを繰り返して駆動する。図３に示す第１状態では、コア磁極８５３、８６４がそれぞれＮ極に励磁し、コア磁極８５４、８６３がそれぞれＳ極に励磁している。反対に、図４に示す第２状態では、コア磁極８５３、８６４がそれぞれＳ極に励磁し、コア磁極８５４、８６３がそれぞれＮ極に励磁している。

【0038】

第１状態では、マグネット８３、８４とコイルコア部８５、８６との間に作用する磁力（吸引力・反発力）により矢印方向のトルクＦ１が発生し、トルクＦ１の方向に可動体８２が回転する。これにより、ポンプ部９Ａ、９Ｄでは押圧子８７、８８によって可動壁９２が押圧され、密閉室９１内の容積が減少し、密閉室９１内の空気が吐出口９９から吐出される。そして、吐出された空気がチューブ４を介してカフ２内に供給され、カフ２内の圧力が上昇する。反対に、ポンプ部９Ｂ、９Ｃでは密閉室９１内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１内に空気が流入する。

【0039】

第２状態では、マグネット８３、８４とコイルコア部８５、８６との間に作用する磁力（吸引力・反発力）によりトルクＦ１とは反対方向のトルクＦ２が発生し、トルクＦ２の方向に可動体８２が回転する。これにより、ポンプ部９Ｂ、９Ｃでは押圧子８７、８８によって可動壁９２が押圧され、密閉室９１内の容積が減少し、密閉室９１内の空気が吐出口９９から吐出される。そして、吐出された空気がチューブ４を介してカフ２内に供給され、カフ２内の圧力が上昇する。反対に、ポンプ部９Ａ、９Ｄでは密閉室９１内の容積が増加し、吸入口９８から密閉室９１内に空気が流入する。

【0040】

このように、第１状態と第２状態とを交互に繰り返すと、ポンプ部９Ａ、９Ｄから空気が吐出される状態と、ポンプ部９Ｂ、９Ｃから空気が吐出される状態とが交互に繰り返され、ポンプ５から空気が連続的に吐出される。そのため、カフ２に対して効率よく空気を供給することができ、カフ２内の圧力をスムーズに上昇させることができる。

【0041】

以上、ポンプ５の駆動について説明した。次に、ポンプ５の駆動原理について説明する。振動アクチュエータ８は、下記式（１）に示す運動方程式および下記式（２）に示す回路方程式に基づいて駆動する。

【0042】

【数1】

【0043】

【数2】

【0044】

このように、可動体８２の慣性モーメントＪ［Ｋｇ＊ｍ^２］、変位角（回転角度）θ（ｔ）［ｒａｄ］、トルク定数Ｋｔ［Ｎｍ／Ａ］、電流ｉ（ｔ）［Ａ］、ばね定数Ｋｓｐ［Ｎ／ｍ］、減衰係数Ｄ［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］等は、それぞれ、式（１）を満たす範囲内において適宜設定することができる。同様に、電圧ｅ（ｔ）［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、インダクタンスＬ［Ｈ］、逆起電力定数Ｋｅ［Ｖ／（ｍ／ｓ）］は、それぞれ、式（２）を満たす範囲内において適宜設定することができる。

【0045】

また、ポンプ５では、下記式（３）により流量が設定され、下記式（４）により圧力が設定される。

【0046】

【数3】

【0047】

【数4】

【0048】

このように、ポンプ５における流量Ｑ［Ｌ／ｍｉｎ］、ピストン面積Ａ［ｍ^２］、ピストン変位ｘ［ｍ］、駆動周波数ｆ［Ｈｚ］等は、それぞれ、式（３）を満たす範囲内において適宜設定することができる。同様に、増加圧力Ｐ［ｋＰａ］、大気圧Ｐ０［ｋＰａ］、密閉室体積Ｖ［ｍ^３］、変動体積ΔＶ［ｍ^３］等は、それぞれ、式（４）を満たす範囲内において適宜設定することができる。

【0049】

次に、振動アクチュエータ８の共振周波数について説明する。図５に示すように、振動アクチュエータ８は、コイルコア部８５、８６およびマグネット８３、８４の間に作用する磁力により形成される磁気ばねＢ１と、密閉室９１内の圧縮空気の弾力により形成される空気ばね（流体ばね）Ｂ２とにより可動体８２を支持するバネマス系構造を有する。したがって、可動体８２は、下記式（５）に示す共振周波数ｆｒを有する。

【0050】

【数5】

【0051】

さらに、ばね定数Ｋｓｐは、下記式（６）に示すように、磁気ばねＢ１や可動壁９２の弾性Ｂ３を含む振動アクチュエータ８自体のばね定数Ｋ_ＡＣＴと、空気ばねＢ２のばね定数Ｋ_Ａｉｒとの和で表される。

【0052】

【数6】

【0053】

上記式（５）および式（６）から分かるように、振動アクチュエータ８では、密閉室９１内の圧力（カフ２内の圧力）によって空気ばねＢ２のばね定数Ｋ_Ａｉｒが変化し、それに伴って可動体８２の共振周波数ｆｒが変化する。そこで、ポンプシステム１０では、この共振周波数ｆｒの変化に伴って生じる振動アクチュエータ８の消費電力の変化に着目し、この消費電流の変化に基づいて密閉室９１内の圧力を検出する。

【0054】

次に、振動アクチュエータ８の消費電力に基づく圧力検出方法について、具体的に説明する。なお、以下では説明の便宜上、カフ２内の圧力を最大で５０ｋＰａまで高めることができるポンプ５について代表して説明する。ただし、圧力の最大値としては、特に限定されず、求められる条件に適合するように適宜設定することができる。また、前述したように、カフ２と密閉室９１とはチューブ４を介して接続されているため、これらが同じ圧力となる。そのため、「密閉室９１内の圧力」と「カフ２内の圧力」とは、同義である。

【0055】

図６に、カフ２内の圧力が０ｋＰａ～５０ｋＰａのときの駆動周波数ｆと振動アクチュエータ８の消費電流との関係を示す。振動アクチュエータ８の消費電流とは、振動アクチュエータ８の主回路内部に流れる電流のことであり、主にコイル８５９、８６９に電流を供給するための回路に流れる電流を意味する。また、コイル８５９、８６９に印加される交番電圧は、一定である。なお、図６に示す関係は一例であり、本発明がこの関係に限定されることはない。

【0056】

図６では、各圧力において消費電流が最も小さくなる駆動周波数ｆが共振周波数ｆｒとほぼ一致している。そのため、図６から、カフ２内の圧力が上昇するに連れて、空気ばねＢ２のばね定数Ｋ_Ａｉｒが増加し、共振周波数ｆｒが高くなることが分かる。

【0057】

ここで、図６では、駆動周波数ｆがｆｍｉｎ～ｆｍａｘの領域においてカフ２内の圧力が上昇するに連れて振動アクチュエータ８の消費電流が減少している。すなわち、カフ２内の圧力が上昇するに連れて消費電流が一方的（減少および増加の一方）に変化している。ポンプ５では、ｆｍｉｎ～ｆｍａｘの範囲内のように、カフ２内の圧力が上昇するに連れて消費電流が一方的に変化する領域内で駆動周波数ｆが設定される。なお、駆動周波数ｆは、初期値で固定され、変更することができなくてもよいし、ユーザーがｆｍｉｎ～ｆｍａｘの範囲内で適宜設定することができてもよい。以下では、説明の便宜上、駆動周波数ｆがｆｎで固定されている場合について代表して説明する。

【0058】

図７に、駆動周波数ｆ＝ｆｎでの密閉室９１内の圧力と振動アクチュエータ８の消費電流との関係を示す。同図に示すように、駆動周波数ｆ＝ｆｎでは、カフ２内の圧力が上昇するに連れて振動アクチュエータ８の消費電流が線形的に減少している。

【0059】

制御装置６の圧力検出部６２には、予め、駆動周波数ｆ＝ｆｎでのカフ２内の圧力と振動アクチュエータ８の消費電流との関係がテーブルや計算式として記憶されている。そして、圧力検出部６２は、振動アクチュエータ８の消費電流を検出し、検出した消費電流をテーブルや関数に当てはめることによりカフ２内の圧力を求める。特に、本実施形態では、振動アクチュエータ８の消費電流が線形的に減少するため、０ｋＰａ～５０ｋＰａの全圧力領域においてカフ２内の圧力に対する消費電流の変化の度合いがほぼ均一かつ十分に大きくなる。そのため、全圧力領域においてカフ２内の圧力を精度よく検出することができる。

【0060】

このように、ポンプシステム１０によれば、圧力センサーを用いることなく、ポンプ５自身の特性を生かしてカフ２内の圧力を検出することができる。そのため、従来のように、ポンプ５とは別にカフ２内の圧力を検出するための圧力センサー等の別部材を設ける必要がない。したがって、ポンプシステム１０の部品点数が減り、ポンプシステム１０の小型化を図ることができる。特に、振動アクチュエータ８が、カフ２内の圧力によって共振周波数ｆｒが変化する特性を有することにより、振動アクチュエータ８に、カフ２内の圧力の変化に伴って消費電流が変化する特性を簡単に付与することができる。また、振動アクチュエータ８が空気ばねＢ２を有することにより、簡単な構成で、振動アクチュエータ８に、カフ２内の圧力によって共振周波数ｆｒが変化する特性を付与することができる。

【0061】

なお、駆動周波数ｆの設定方法としては、特に限定されないが、例えば、次のように設定することができる。駆動周波数ｆが共振周波数ｆｒに近い程、振動アクチュエータ８の振幅が大きくなり、ポンプ５から吐出される空気の流量Ｑを高めることができる。さらには、駆動周波数ｆが共振周波数ｆｒに近い程、振動アクチュエータ８の省電力駆動が可能となる。一方で、０ｋＰａでの振動アクチュエータ８の消費電流と５０ｋＰａでの振動アクチュエータ８の消費電流との差が大きい程、カフ２内の圧力に対する消費電流の変化の度合いが大きくなり、カフ２内の圧力をより精度よく検出することができる。

【0062】

そのため、０ｋＰａでの共振周波数ｆｒと５０ｋＰａでの共振周波数ｆｒとの間であって、０ｋＰａでの消費電流と５０ｋＰａでの消費電流との差が最大またはその付近（例えば、最大値から９０％以内の範囲）に位置する周波数を駆動周波数ｆに設定することが好ましい。このような駆動周波数ｆによれば、ポンプ５を効率的に駆動させつつ、カフ２内の圧力をより精度よく検出することができる。このような理由から、本実施形態では、０ｋＰａでの共振周波数ｆｒと５０ｋＰａでの共振周波数ｆｒとの間であって、０ｋＰａでの消費電流と５０ｋＰａでの消費電流との差が最大となる周波数ｆｎを駆動周波数ｆとしている。

【0063】

なお、図７では、カフ２内の圧力が上昇するに連れて振動アクチュエータ８の消費電流が線形的に減少しているが、これに限定されず、例えば、図８に示すように非線形的に減少してもよい。この場合、カフ２内の圧力が低い領域においては、圧力に対する消費電流の変化の度合いが大きいため、カフ２内の圧力をより精度よく検出することができる。一方で、カフ２内の圧力が高い領域においては、圧力に対する消費電流の変化の度合いが小さくなり易く、カフ２内の圧力を十分な精度で検出することができない可能性がある。この点で、図７に示す線形の方が優れている。

【0064】

また、図７では、カフ２内の圧力が上昇するに連れて振動アクチュエータ８の消費電流が減少方向に一方的に変化しているが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、カフ２内の圧力が上昇するに連れて振動アクチュエータ８の消費電流が増加方向に一方的に変化してもよい。このような場合も、図７と同様に、全圧力領域においてカフ２内の圧力に対する消費電流の変化の度合いが十分に大きくなる。そのため、全圧力領域においてカフ２内の圧力を精度よく検出することができる。

【0065】

また、図７では、カフ２内の圧力が上昇するに連れて振動アクチュエータ８の消費電流が減少方向に一方的に変化しているが、これに限定されず、例えば、図１０に示すように、減少の後に増加に転じてもよいし、図１１に示すように、増加の後に減少に転じてもよい。ただし、この場合は、極値を挟んで異なる圧力で同じ消費電流を示す場合があるため、これらを区別する工夫が必要である。例えば、圧力が十分に低い状態から消費電流を連続的に検出し、極値（図１０においては極小値、図１１においては極大値）を超えたか否かを判断することにより、極値より低い側の圧力なのか、極値より高い側の圧力なのかを判断することができる。

【0066】

また、前述の説明では、駆動周波数ｆがｆｎで固定されている場合について説明したが、例えば、ユーザーが駆動周波数ｆを複数の値から適宜選択可能な場合には、圧力検出部６２に、選択可能な駆動周波数ｆ毎に、カフ２内の圧力と消費電流との関係をそれぞれテーブルや関数として記憶しておき、選択された駆動周波数ｆに対応するテーブルや関数を用いてカフ２内の圧力を求めればよい。

【0067】

以上、本発明のポンプシステム、流体供給装置および圧力検出方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

【0068】

また、例えば、前述した実施形態では、ポンプシステムおよび流体供給装置を電子血圧計１に適用しているが、これに限定されず、流体の供給が必要な如何なる器具への適用が可能である。また、例えば、前述した実施形態では、ポンプ５が４つのポンプ部９を有しているが、これに限定されず、少なくとも１つのポンプ部９を有していればよい。

【0069】

また、振動アクチュエータ８の構成としては、密閉室９１内の圧力に応じて消費電流が変化する構成であれば、特に限定されない。例えば、前述した実施形態では、可動体８２にマグネット８３、８４が設けられ、筐体７にコイルコア部８５、８６が設けられているが、これに限定されず、この逆であってもよい。つまり、可動体８２にコイルコア部８５、８６が設けられ、筐体７にマグネット８３、８４が設けられていてもよい。また、マグネット８３、８４を電磁石に置換してもよい。

【符号の説明】

【0070】

１…電子血圧計 ２…カフ（対象物） ３…本体 ４…チューブ ５…ポンプ ６…制御装置 ７…筐体 ８…振動アクチュエータ ９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…ポンプ部 １０…ポンプシステム ６１…駆動制御部 ６２…圧力検出部 ８１…軸部 ８２…可動体 ８３、８４…マグネット ８５、８６…コイルコア部 ８７、８８…押圧子 ９１…密閉室 ９２…可動壁 ９３、９４…バルブ ９８…吸入口 ９９…吐出口 ８３１、８４１…磁極面 ８５１、８６１…コア部 ８５２、８６２…芯部 ８５３、８５４、８６３、８６４…コア磁極 ８５３ａ、８５４ａ、８６３ａ、８６４ａ…磁極面 ８５９、８６９…コイル ９２１…挿入部 Ｂ１…磁気ばね Ｂ２…空気ばね（流体ばね） Ｂ３…弾性 Ｆ１、Ｆ２…トルク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】