泵系统、流体供给装置以及压力检测方法与流程

1.本发明涉及泵系统、流体供给装置以及压力检测方法。


背景技术：

2.在专利文献1、专利文献2以及专利文献3中分别记载有一种结构作为测量受检者的血压值的电子血压计，其具有佩戴于受检者的手臂的袖带、通过向袖带内送入空气来使袖带内的压力上升的泵、以及检测袖带内的压力的压力传感器。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2015-146894号公报
6.专利文献2：日本特开2014-184071号公报
7.专利文献3：日本特开2017-209433号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的课题
9.这样，在专利文献1、专利文献2以及专利文献3中，均构成为与泵相独立地具备压力传感器，因此存在部件数量多、装置大型的问题。
10.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供通过设为省略压力传感器、使用泵来检测袖带内的压力的结构而能够实现小型化的泵系统、流体供给装置以及压力检测方法。
11.用于解决课题的方案
12.这样的目的通过以下的(1)～(7)的本发明来实现。
13.(1)一种泵系统，其特征在于，具备：
14.进行电磁驱动的振动驱动器；
15.与吸入口及喷出口连接的密闭室；以及
16.使上述密闭室的容积变化的可动壁，
17.通过上述振动驱动器的驱动，从而上述可动壁位移，上述密闭室内的流体被供给到对象物，
18.基于上述振动驱动器的消耗电流来检测上述对象物内的压力。
19.(2)根据上述(1)所述的泵系统，上述振动驱动器的共振频率根据上述对象物内的压力而变化。
20.(3)根据上述(2)所述的泵系统，上述振动驱动器具有由上述密闭室内的流体所具有的弹力形成的流体弹簧，上述流体弹簧的弹簧常数根据上述对象物内的压力而变化，由此上述共振频率变化。
21.(4)根据上述(2)或(3)所述的泵系统，伴随上述对象物内的压力的增加，上述消耗电流单向地向减少或增加的方向变化。
22.(5)根据上述(4)所述的泵系统，上述消耗电流呈线性地变化。
23.(6)一种流体供给装置，其特征在于，具备上述(1)至(5)任一项中所述的泵系统。
24.(7)一种压力检测方法，是泵系统中的压力检测方法，其特征在于，
25.上述泵系统具备：
26.进行电磁驱动的振动驱动器；
27.与吸入口及喷出口连接的密闭室；以及
28.使上述密闭室的容积变化的可动壁，
29.通过上述振动驱动器的驱动，从而上述可动壁位移，上述密闭室内的流体被供给到对象物，
30.在上述泵系统中，基于上述振动驱动器的消耗电流来检测上述对象物内的压力。
31.发明的效果如下。
32.在本发明的泵系统中，基于进行电磁驱动的振动驱动器的消耗电流来检测对象物内的压力。因此，能够在不使用压力传感器的情况下检测对象物内的压力。进而，能够实现部件数量的削减，并且能够实现泵系统的小型化。
33.并且，本发明的流体供给装置具备上述的泵系统。因此，能够享有泵系统的效果，并且能够实现装置的小型化。
34.并且，在本发明的压力检测方法中，基于进行电磁驱动的振动驱动器的消耗电流来检测对象物内的压力。因此，能够在不使用压力传感器的情况下检测对象物内的压力。进而，能够削减泵系统的部件数量，并且能够实现泵系统的小型化。
附图说明
35.图1是示出优选的实施方式的电子血压计的整体结构的立体图。
36.图2是泵的剖视图。
37.图3是示出图2所示的泵的驱动原理的剖视图。
38.图4是示出图2所示的泵的驱动原理的剖视图。
39.图5是示出振动驱动器所具有的弹簧系统的示意图。
40.图6是示出振动驱动器的驱动频率与消耗电流的关系的曲线图。
41.图7是示出密闭室内的压力与消耗电流的关系的曲线图。
42.图8是示出密闭室内的压力与消耗电流的关系的曲线图。
43.图9是示出密闭室内的压力与消耗电流的关系的曲线图。
44.图10是示出密闭室内的压力与消耗电流的关系的曲线图。
45.图11是示出密闭室内的压力与消耗电流的关系的曲线图。
46.图中；
47.1—电子血压计，2—袖带(对象物)，3—主体，4—管，5—泵，6—控制装置，7—壳体，8—振动驱动器，9、9a、9b、9c、9d—泵部，10—泵系统，61—驱动控制部，62—压力检测部，81—轴部，82—可动体，83、84—磁体，85、86—线圈磁心部，87、88—按压件，91—密闭室，92—可动壁，93、94—阀，98—吸入口，99—喷出口，831、841—磁极面，851、861—磁心部，852、862—芯部，853、854、863、864—磁心磁极，853a、854a、863a、864a—磁极面，859、869—线圈，921—插入部，b1—磁性弹簧，b2—空气弹簧(流体弹簧)，b3—弹性，f1、f2—转
矩。
具体实施方式
48.以下，基于在附图中示出的优选的实施方式，详细地对本发明的泵系统、流体供给装置以及压力检测方法进行说明。
49.图1是示出优选的实施方式的电子血压计的整体结构的立体图。图2是泵的剖视图。图3及图4分别是示出图2所示的泵的驱动原理的剖视图。图5是示出振动驱动器所具有的弹簧系统的示意图。图6是示出振动驱动器的驱动频率与消耗电流的关系的曲线图。图7至图11分别是示出密闭室内的压力与消耗电流的关系的曲线图。此外，以下，为了便于说明，也将图2至图4中的纸面上侧称为“上”，将下侧称为“下”。
50.图1示出作为流体供给装置的电子血压计1。电子血压计1具有袖带2、主体3以及连接袖带2和主体3的供排气用的管4。袖带2佩戴于受检者的被测定部位、例如手臂，通过来自主体3的流体供给，位于内部的袋体膨胀而压迫被测定部位。主体3测定袖带(对象物)2内的压力，并基于该测定结果来计算受检者的血压。作为上述流体，没有特别限定，可以是液体，也可以是气体，但优选为气体。以下，为了便于说明，将上述流体设为空气进行说明。
51.在按照通常的示波法测定血压的情况下，如下记载。首先，在受检者的被测定部位卷绕袖带2。然后，在测定血压时，从主体3向袖带2内供给空气，使袖带2内的压力(袖带压力)比最高血压高。之后逐渐减压，在该过程中由主体3检测袖带2内的压力，获取在被测定部位的动脉产生的动脉容积的变动作为脉搏波信号。基于此时的伴随袖带压力的变化产生的脉搏波信号的振幅的变化、主要基于上升和下降来计算最高血压(收缩期血压)以及最低血压(舒张期血压)。但是，作为血压测定方法没有特别限定。例如，也可以利用通常与示波法一起使用的里瓦罗奇
·
柯氏法。
52.如图1所示，在主体3内置有泵系统10，该泵系统10具备向袖带2内供给空气的泵5、以及控制泵5的驱动且检测袖带2内的压力的控制装置6。并且，如图2所示，泵5具有壳体7、振动驱动器8以及泵部9。
53.振动驱动器8具有轴部81、经由轴部81可动自如地被支撑于壳体7的可动体82、以及固定于壳体7的一对线圈磁心部85、86。
54.可动体82呈长条，在其中央部经由轴部81与壳体7连接。因此，可动体82相对于壳体7以轴部81为中心如跷跷板那样往复旋转。
55.在可动体82的两端部设有磁体83、84。上述磁体83、84相对于轴部81对称地配置。并且，磁体83、84具有与线圈磁心部85、86对置的圆弧状的磁极面831、841。在磁极面831、841，沿圆弧方向交替地配置有s极和n极。上述磁体83、84是永久磁铁，例如由nd烧结磁体等构成。
56.在可动体82设有在可动体82往复旋转时按压泵部9的按压件87、88。上述按压件87、88相对于轴部81对称地配置。按压件87配置于轴部81与磁体83之间，向可动体82的宽度方向两侧(图2中上下方向两侧)突出。并且，按压件88配置于轴部81与磁体84之间，向可动体82的宽度方向两侧(图2中上下方向两侧)突出。
57.线圈磁心部85、86配置于可动体82的两侧，线圈磁心部85与磁体83的磁极面831对置，线圈磁心部86与磁体84的磁极面841对置。上述线圈磁心部85、86相对于轴部81对称地
配置。
58.线圈磁心部85具有磁心部851和缠绕于磁心部851的线圈859。并且，磁心部851具有缠绕有线圈859的芯部852和从芯部852的两端延伸出的一对磁心磁极853、854。并且，磁心磁极853、854具有与磁体83的磁极面831对置的磁极面853a、854a。并且，磁极面853a、854a分别仿照磁体83的磁极面831呈圆弧状地弯曲。线圈859与控制装置6连接，通过从控制装置6供电而以不同的极性对磁心磁极853、854进行励磁。
59.线圈磁心部86具有磁心部861和缠绕于磁心部861的线圈869。并且，磁心部861具有缠绕有线圈869的芯部862和从芯部862的两端延伸出的一对磁心磁极863、864。并且，磁心磁极863、864具有与磁体84的磁极面841对置的磁极面863a、864a。并且，磁极面863a、864a分别仿照磁体84的磁极面841呈圆弧状地弯曲。线圈869与控制装置6连接，通过从控制装置6供电而以不同的极性对磁心磁极863、864进行励磁。
60.磁心部851、861分别是通过对线圈859、869通电而进行磁化的磁性体，例如由电磁不锈钢、烧结材料、mim(金属注射模制)材料、层叠钢板、电镀锌钢板(secc)等构成。
61.泵部9相对于轴部81在上下左右分开地配置有四个。具体而言，两个泵部9经由一方的按压件87上下对置配置，剩余的两个泵部9经由另一方的按压件88上下对置配置。上述四个泵部9彼此结构相同，分别具有密闭室91和可动壁92。
62.密闭室91与从外部吸入空气的吸入口98以及喷出密闭室91内的空气的喷出口99连接。此外，在本实施方式中，相对于可动体82位于上侧的两个密闭室91共有一个喷出口99，相对于可动体82位于下侧的两个密闭室91共有一个喷出口99。
63.可动壁92构成密闭室91的一部分。可动壁92通过被按压件87、88按压而位移，使密闭室91内的容积变化。若密闭室91内的容积因可动壁92的位移而减少，则密闭室91内的空气从喷出口99喷出，相反，若密闭室91内的容积增加，则空气从吸入口98流入到密闭室91内。通过重复进行这样的密闭室91内的容积的减少和增加，来连续地从喷出口99喷出空气。可动壁92例如是膜片，由能够弹性变形的材料形成。并且，可动壁92具有供按压件87、88插入的插入部921，且经由插入部921与按压件87、88连接。
64.并且，在密闭室91与吸入口98之间设有阀93。阀93允许从吸入口98向密闭室91吸入空气，而限制从密闭室91向吸入口98喷出空气。并且，在密闭室91与喷出口99之间设有阀94。阀94允许从密闭室91向喷出口99喷出空气，而限制从喷出口99向密闭室91吸入空气。由此，能够更可靠且更高效地进行空气的抽吸和喷出。
65.如图1所示，控制装置6具有控制振动驱动器8的驱动的驱动控制部61和检测袖带2内的压力的压力检测部62。控制装置6例如由计算机构成，具有处理信息的处理器(cpu)、以能够进行通信的方式与处理器连接的存储器、以及外部接口。并且，在存储器中保存有能够由处理器执行的各种程序，处理器读取在存储器中存储的各种程序等并执行。
66.以上，对电子血压计1的结构进行了说明。接下来，对泵5的驱动进行说明。此外，以下，为了便于说明，将四个泵部9记载为“泵部9a”、“泵部9b”、“泵部9c”以及“泵部9d”来进行区别。
67.若从驱动控制部61向线圈859、869施加交流电压，则泵5重复在第一状态与第二状态之间驱动，第一状态是如图3所示地可动体82向一方侧旋转的状态，第二状态是如图4所示地可动体82向另一方侧旋转的状态。在图3所示的第一状态下，磁心磁极853、864分别励
磁为n极，磁心磁极854、863分别励磁为s极。相反，在图4所示的第二状态下，磁心磁极853、864分别励磁为s极，磁心磁极854、863分别励磁为n极。
68.在第一状态下，利用在磁体83、84与线圈磁心部85、86之间作用的磁力(吸引力、排斥力)产生箭头方向的转矩f1，从而可动体82沿转矩f1的方向旋转。由此，在泵部9a、9d中，可动壁92由按压件87、88按压，密闭室91内的容积减少，密闭室91内的空气从喷出口99喷出。然后，被喷出的空气经由管4向袖带2内供给，袖带2内的压力上升。相反，在泵部9b、9c中，密闭室91内的容积增加，空气从吸入口98流入到密闭室91内。
69.在第二状态下，利用在磁体83、84与线圈磁心部85、86之间作用的磁力(吸引力、排斥力)产生与转矩f1方向相反的转矩f2，从而可动体82沿转矩f2的方向旋转。由此，在泵部9b、9c中，可动壁92由按压件87、88按压，密闭室91内的容积减少，密闭室91内的空气从喷出口99喷出。然后，被喷出的空气经由管4向袖带2内供给，袖带2内的压力上升。相反，在泵部9a、9d中，密闭室91内的容积增加，空气从吸入口98流入到密闭室91内。
70.这样，若交替地重复第一状态和第二状态，则交替地重复从泵部9a、9d喷出空气的状态和从泵部9b、9c喷出空气的状态，从而连续地从泵5喷出空气。因此，能够高效地向袖带2供给空气，能够顺畅地使袖带2内的压力上升。
71.以上，对泵5的驱动进行了说明。接下来，对泵5的驱动原理进行说明。振动驱动器8基于下述式(1)所示的运动方程式以及下述式(2)所示的电路方程式进行驱动。
72.[式1]
[0073][0074]
j：惯性力矩[kg
·
m2]
[0075]
θ(t)：位移角[rad]
[0076]kt
：转矩常数[nm/a]
[0077]
i(t)：电流[a]
[0078]ksp
：弹簧常数[n/m]
[0079]
d：衰减系数[nm/(rad/s)]
[0080]
[式2]
[0081][0082]
e(t)：电压[v]
[0083]
r：电阻[ω]
[0084]
l：电感[h]
[0085]
ke：反电动势常数[v/(m/s)]
[0086]
这样，可动体82的惯性力矩j[kg
·
m2]、位移角(旋转角度)θ(t)[rad]、转矩常数k
t
[nm/a]、电流i(t)[a]、弹簧常数k
sp
[nm/rad]、衰减系数d[nm/(rad/s)]等能够分别在满足式(1)的范围内适当地设定。同样，电压e(t)[v]、电阻r[ω]、电感l[h]、反电动势常数ke[v/(m/s)]能够分别在满足式(2)的范围内适当地设定。
[0087]
并且，在泵5中，根据下述式(3)设定流量，根据下述式(4)设定压力。
[0088]
[式3]
[0089]
q＝axf*60-(3)
[0090]
q：流量[l/min]
[0091]
a：活塞面积[m2]
[0092]
x：活塞位移[m]
[0093]
f：驱动频率[hz]
[0094]
[式4]
[0095][0096]
p：增加压力[kpa]
[0097]
p0：大气压[kpa]
[0098]
v：密闭室容积[m3]
[0099]
δv：变动容积[m3]
[0100]
δv＝ax
[0101]
a：活塞面积[m2]
[0102]
x：活塞位移[m]
[0103]
这样，泵5的流量q[l/min]、活塞面积a[m2]、活塞位移x[m]、驱动频率f[hz]等能够分别在满足式(3)的范围内适当地设定。同样，增加压力p[kpa]、大气压p0[kpa]、密闭室容积v[m3]、变动容积δv[m3]等能够分别在满足式(4)的范围内适当地设定。
[0104]
接下来，对振动驱动器8的共振频率进行说明。如图5所示，振动驱动器8具有利用磁性弹簧b1和空气弹簧(流体弹簧)b2来支撑可动体82的弹簧质量系统构造，其中，磁性弹簧b1由在线圈磁心部85、86以及磁体83、84之间作用的磁力形成，空气弹簧b2由密闭室91内的压缩空气的弹力形成。因此，可动体82具有下述式(5)所示的共振频率fr。
[0105]
[式5]
[0106][0107]fr
：共振频率[hz]
[0108]ksp
：弹簧常数[n/m]
[0109]
j：惯性力矩[kg
·
m2]
[0110]
另外，如下述式(6)所示，弹簧常数k
sp
由包括磁性弹簧b1、可动壁92的弹性b3在内的振动驱动器8自身的弹簧常数k
act
与空气弹簧b2的弹簧常数k
air
之和表示。
[0111]
[式6]
[0112]ksp
＝k
act
k
air-(6)
[0113]kact
：振动驱动器自身的弹簧常数
[0114]kair
：空气弹簧的弹簧常数
[0115]
从上述式(5)及式(6)可知，在振动驱动器8中，空气弹簧b2的弹簧常数k
air
根据密闭室91内的压力(袖带2内的压力)而变化，与此相伴随地可动体82的共振频率fr变化。因
此，在泵系统10中，着眼于伴随该共振频率fr的变化而产生的振动驱动器8的消耗电力的变化，基于该消耗电流的变化来检测密闭室91内的压力。
[0116]
接下来，具体地对基于振动驱动器8的消耗电力的压力检测方法进行说明。此外，以下，为了便于说明，以最大能够将袖带2内的压力提高到50kpa的泵5为代表进行说明。但是，作为压力的最大值，没有特别限定，能够以符合所要求的条件的方式适当地设定。并且，如上所述，由于袖带2与密闭室91经由管4连接，所以它们成为相同的压力。因此，“密闭室91内的压力”与“袖带2内的压力”意义相同。
[0117]
图6示出袖带2内的压力为0kpa～50kpa时的驱动频率f与振动驱动器8的消耗电流的关系。振动驱动器8的消耗电流是指在振动驱动器8的主电路内部流动的电流，主要是指在用于向线圈859、869供给电流的电路中流动的电流。并且，对线圈859、869施加的交变电压是恒定的。此外，图6所示的关系是一个例子，本发明并不限定于该关系。
[0118]
图6中，在各压力下消耗电流最小的驱动频率f与共振频率fr大致一致。因此，从图6可知，随着袖带2内的压力上升，空气弹簧b2的弹簧常数k
air
增加，共振频率fr变高。
[0119]
此处，图6中，在驱动频率f为fmin～fmax的区域内，随着袖带2内的压力上升，振动驱动器8的消耗电流减少。即，随着袖带2内的压力上升，消耗电流单向(向减少及增加中的一方)地变化。在泵5中，在如fmin～fmax的范围内那样随着袖带2内的压力上升而消耗电流单向地变化的区域内设定驱动频率f。此外，驱动频率f可以固定为初始值而无法变更，也可以由用户在fmin～fmax的范围内适当地设定。以下，为了便于说明，以驱动频率f固定为fn的情况为代表进行说明。
[0120]
图7示出驱动频率f＝fn时的密闭室91内的压力与振动驱动器8的消耗电流的关系。如该图所示，在驱动频率f＝fn时，随着袖带2内的压力上升，振动驱动器8的消耗电流呈线性地减少。
[0121]
在控制装置6的压力检测部62中，预先以表格、计算式的方式存储有驱动频率f＝fn时的袖带2内的压力与振动驱动器8的消耗电流之间的关系。然后，压力检测部62检测振动驱动器8的消耗电流，将检测出的消耗电流应用于表格、函数来求出袖带2内的压力。尤其是，在本实施方式中，由于振动驱动器8的消耗电流呈线性地减少，所以在0kpa～50kpa的整个压力区域内，消耗电流相对于袖带2内的压力的变化程度大致均匀且充分大。因此，能够在整个压力区域内高精度地检测袖带2内的压力。
[0122]
这样，根据泵系统10，能够在不使用压力传感器的情况下，有效利用泵5自身的特性来检测袖带2内的压力。因此，不需要像现有技术那样与泵5相独立地设置用于检测袖带2内的压力的压力传感器等其它部件。因此，泵系统10的部件数量减少，能够实现泵系统10的小型化。尤其是，振动驱动器8具有共振频率fr根据袖带2内的压力而变化的特性，由此能够简单地对振动驱动器8赋予消耗电流伴随袖带2内的压力的变化而变化的特性。并且，振动驱动器8具有空气弹簧b2，由此能够以简单的结构对振动驱动器8赋予共振频率fr根据袖带2内的压力而变化的特性。
[0123]
此外，作为驱动频率f的设定方法，没有特别限定，例如能够如下设定。驱动频率f越接近共振频率fr，则振动驱动器3的振幅越大，能够提高从泵5喷出的空气的流量q。另外，驱动频率f越接近共振频率fr，则越能够进行振动驱动器3的省电驱动。另一方面，0kpa时的振动驱动器8的消耗电流与50kpa时的振动驱动器8的消耗电流之差越大，则消耗电流相对
于袖带2内的压力的变化程度越大，从而能够更高精度地检测袖带2内的压力。
[0124]
因此，优选将位于0kpa时的共振频率fr与50kpa时的共振频率fr之间且位于0kpa时的消耗电流与50kpa时的消耗电流之差最大或其附近(例如，从最大值起90％以内的范围)的位置的频率设定为驱动频率f。根据这样的驱动频率f，能够有效地驱动泵5，同时更高精度地检测袖带2内的压力。基于这样的理由，在本实施方式中，将位于0kpa时的共振频率fr与50kpa时的共振频率fr之间且位于0kpa时的消耗电流与50kpa时的消耗电流之差最大的位置的频率fn设为驱动频率f。
[0125]
此外，图7中，随着袖带2内的压力上升，振动驱动器8的消耗电流呈线性地减少，但并不限定于此，例如，也可以如图8所示呈非线性地减少。在该情况下，在袖带2内的压力较低的区域内，消耗电流相对于压力的变化程度较大，因此能够更高精度地检测袖带2内的压力。另一方面，在袖带2内的压力较高的区域内，消耗电流相对于压力的变化程度容易变小，有可能无法以充足的精度来检测袖带2内的压力。在这一方面，图7所示的线形更优异。
[0126]
并且，图7中，随着袖带2内的压力上升，振动驱动器8的消耗电流单向地向减少方向变化，但并不限定于此，例如，也可以如图9所示，随着袖带2内的压力上升，振动驱动器8的消耗电流单向地向增加方向变化。在这样的情况下，也与图7相同，在整个压力区域内，消耗电流相对于袖带2内的压力的变化程度变得充分大。因此，能够在整个压力区域内高精度地检测袖带2内的压力。
[0127]
并且，图7中，随着袖带2内的压力上升，振动驱动器8的消耗电流单向地向减少方向变化，但并不限定于此，例如，可以如图10所示地在减少之后转为增加，也可以如图11所示地在增加之后转为减少。但是，在该情况下，有时在极值两侧的不同的压力处示出相同的消耗电流，因此需要想办法对它们进行区别。例如，从压力充分低的状态起连续地检测消耗电流，判断是否超过极值(在图10中为极小值，在图11中为极大值)，由此能够判断是比极值低的一侧的压力还是比极值高的一侧的压力。
[0128]
并且，在上述的说明中，对驱动频率f固定为fn的情况进行了说明，但例如在用户能够从多个值中适当地选择驱动频率f的情况下，在压力检测部62中，按照能够选择的每个驱动频率f，能够预先分别以表格、函数的方式存储有袖带2内的压力与消耗电流的关系，使用与所选择的驱动频率f对应的表格、函数来求出袖带2内的压力即可。
[0129]
以上，基于图示的实施方式对本发明的泵系统、流体供给装置以及压力检测方法进行了说明，但本发明并不限定于此，各部分的结构能够置换为具有相同功能的任意结构。并且，也可以在本发明中附加其它任意的构成物。
[0130]
并且，例如，在上述的实施方式中，将泵系统以及流体供给装置应用于电子血压计1，但并不限定于此，能够应用于需要流体的供给的任何器具。并且，例如，在上述的实施方式中，泵5具有四个泵部9，但并不限定于此，只要具有至少一个泵部9即可。
[0131]
并且，作为振动驱动器8的结构，只要是消耗电流根据密闭室91内的压力而变化的结构即可，没有特别限定。例如，在上述的实施方式中，在可动体82设有磁体83、84，在壳体7设有线圈磁心部85、86，但并不限定于此，也可以相反。也就是说，也可以在可动体82设有线圈磁心部85、86，在壳体7设有磁体83、84。并且，也可以将磁体83、84置换为电磁铁。