JP2000042109A

JP2000042109A - 人工呼吸器

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Publication number: JP2000042109A
Application number: JP10230099A
Authority: JP
Inventors: Toshinao Takagi; 俊尚高木; Masaki Saito; 正毅斎藤; Mikio Yasukawa; 幹男安川; Yasuhito Sugiura; 康仁杉浦; Katsuyoshi Suzuki; 克由鈴木; Takahiro Kamata; 賢弘鎌田; Tomohisa Otake; 智久大竹; Yoshitsugu Yamada; 芳嗣山田; Kazutoshi Nitta; 一福新田
Original assignee: Suzuki Motor Corp; Metran Co Ltd; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Suzuki Motor Corp; Metran Co Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-15
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: DE19936038A1; DE19936038C2; JP3768689B2; US6446629B1

Abstract

(57)【要約】【課題】排気末端部からの外気の流入防止を課題とす
る。【解決手段】患者Ｐに供給する酸素に，患者の呼吸周
期よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼
気排出とを行う高頻度振動換気法を採る人工呼吸器１２
において、患者Ｐから出された呼気を大気中に排出する
排出経路に、当該呼気の流動方向をその排出を行う一定
方向に規制する排出方向規制機構７を装備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工呼吸器に係
り、特に、高頻度振動換気法を採る人工呼吸器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高頻度振動換気法を採る従来の人工呼吸
器の排出経路の概略構成を図２２に示す。高頻度振動換
気法は、従来からある人工呼吸法（患者に対して通常の
呼吸排気量分の酸素を通常の呼吸周期で強制的に送り，
排気させる人工呼吸法）とは異なり、酸素供給源から連
続して所定量供給される酸素（例えば、２０[l/min]）
を患者に対して通常の呼吸回数以上の高頻度（６０回／
分以上）で、陽圧と陰圧とが一定周期で繰り返される振
動空気圧を付勢して患者の肺に酸素の供給を行う。な
お、一回の振動空気圧により変動する気体量は、通常の
呼吸排気量よりも少ない（成人の場合は６０〜１８０[c
c]程度）。

【０００３】従来の人工呼吸器は、三つの管路を有し，
これらがいずれも連通する三方分岐管１７０を介して酸
素の供給と排出を行っていた。即ち、三方分岐管１７０
の患者側管路１７１を患者側に接続し、酸素供給源側管
路１７２を酸素の供給源側に接続し、呼気排出側管路１
７３を呼気の排出を行う呼気排出口６０７と接続してい
た。ここで、排出経路とは、三方分岐管から排気を行う
末端部までをいう。

【０００４】上記構成により、酸素供給源側管路１７２
に酸素供給源から振動空気圧を付勢された酸素（Ｏ₂）
が供給され、酸素供給源側管路１７２から患者側管路１
７１を通過して患者Ｐの肺の内部に酸素が到達する。一
方、かかる酸素の供給により患者Ｐの肺から排出される
呼気（ＣＯ₂）は、患者側管路１７１から呼気排出側管
路１７３を通過し、さらに、呼気排出口６０７を通過し
て大気中に排出される。

【０００５】ここで、呼気排出口６０７は、図２３に示
すように、呼気排出側管路１７３に接続された連通管６
０４を導入する筺体６０７ａと、筺体６０７ａ内から呼
気を排出する排気ポート６０７ｂとから構成されてい
る。かかる構造により呼気の通過流量を一定にしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、高頻度振動換気法を採るため、患者Ｐ
の肺の内部から二酸化炭素を排出するべく、陰圧の付勢
も行われる。このとき、患者Ｐの肺から呼気が三方分岐
管１７０側に引き寄せられると同時に、呼気排出口６０
７の排気ポート６０７ｂから外気が侵入していた（図２
４）。このため、患者の呼気の排出量が減少し、振動空
気圧の１サイクルでのガス交換量が減少するという不都
合があった。

【０００７】また、この高頻度振動換気法では、圧力制
御を行って、呼気導入部から患者までの平均気道内圧を
従来からある間欠的強制換気法に比べて低く維持する
が、このように平均気道内圧を低く設定した場合（例え
ば大気圧近くまで）、外気の侵入があると目標値に設定
することが困難となるという不都合があった。同時に、
供給する吸気量の増加により設定する平均気道内圧の最
低値が上昇してしまうという不都合があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、排気端からの外気の侵入を防止し、効率良く
ガス交換を行い得る人工呼吸器を提供することを、その
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、患者に供給する酸素に，患者の呼吸周期よりも高い
周期（例えば、１秒間に複数回（１〜２０［Ｈｚ］，厳
密には３〜１７［Ｈｚ］より好適には９〜１５［Ｈ
ｚ］））の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気排出と
を行う高頻度振動換気法を採る人工呼吸器において、患
者から出された呼気を大気中に排出する排出経路に、当
該呼気の流動方向を排出を行う一定方向に規制する排出
方向規制機構を装備するという構成を採っている。な
お、ここでいう振動空気圧の付勢とは、上述の周期で陽
圧（正圧）と陰圧（負圧）とを繰り返し付勢することを
いう。

【００１０】上述の構成では、振動空気圧の陽圧付加時
に酸素が患者に供給され、陰圧付加時には患者の肺から
呼気排出が行われる。振動空気圧が陽圧のときには、酸
素の供給と共に排出経路において排出方向規制機構が肺
から排出された呼気の通過を許容し、装置外部に呼気の
排気を行う。一方、振動空気圧が陰圧のときには、肺か
ら呼気が吸い出されるが、同時に排出経路内が陰圧とな
り、排出とは逆方向に呼気の流動が付勢される。しか
し、このとき、排出方向規制機構により、呼気の逆方向
の流れは規制される。

【００１１】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明の構成に加えて、排出方向規制機構を、呼気を排出
方向にのみ通過自在とする一方向弁とするという構成を
採っている。

【００１２】上述の構成では、振動空気圧が陽圧のとき
には、酸素の供給と共に排出経路において一方向弁が肺
から排出された呼気の通過を許容し、装置外部に呼気の
排気を行う。一方、振動空気圧が陰圧のときには、肺か
ら呼気が吸い出されるが、排出経路に排出とは逆方向の
流れが生じるため、一方向弁は閉じられて外気は侵入し
ない。

【００１３】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明の構成に加えて、一方向弁は、呼気の通過穴を設け
た通過穴形成部材と、この通過穴に通過方向の下流側か
ら覆いかぶさる膜状の弁部材とを有し、この弁部材をそ
の一部分のみで通過穴の近傍に係止するという構成を採
っている。

【００１４】かかる構成では、請求項２記載の発明と同
様の動作が行われる。上記一方向弁にあっては、通過穴
の下流側から弁部材が覆って塞いでいるため、陽圧時に
は、この弁部材は呼気に押し上げられて開放され、呼気
は通過して装置外部に排気される。また、陰圧時には、
弁部材を通過穴に押圧する方向の流れが生じるため、通
過穴は弁部材に塞がれて外気は侵入しない。

【００１５】請求項４記載の発明では、請求項２記載の
発明の構成に加えて、一方向弁は、呼気が通過するノズ
ルと、このノズルの吹き出し口側に近接して対向する当
該吹き出し口を覆い塞ぐことができる大きさの膜状の弁
部材とを有し、この弁部材を、その中央部分でのみ固定
するという構成を採っている。

【００１６】かかる構成では、請求項２記載の発明と同
様の動作が行われる。上記一方向弁にあっては、陽圧時
には、弁部材とノズルの吹き出し口の隙間から呼気は通
過して装置外部に排気される。また、陰圧時には、弁部
材の中央部分を除く周囲の部分がノズル側に引き寄せら
れて当該ノズルとの隙間を塞ぎ、外気の侵入は阻まれ
る。

【００１７】請求項５記載の発明では、請求項２記載の
発明の構成に加えて、一方向弁は、呼気が内部を通過す
る有底の筒状体容器と、この筒状体容器の底部に設けら
れ，呼気を内部に導入する導入穴と、筒状体容器の底部
以外のいずれかの位置に設けられた呼気の排出穴と、筒
状体容器内部で上下に自在に移動する球状の弁部材とを
備えるという構成を採っている。

【００１８】かかる構成では、請求項２記載の発明と同
様の動作が行われる。上記一方向弁にあっては、陽圧時
には、導入穴を介して筒状体容器内に呼気が侵入しよう
とするため、導入穴上で塞いでいる球状の弁部材が上方
に押し上げられて隙間を生じ、かかる隙間から呼気が侵
入すると共に排出穴を通過して装置外部に排気される。
また、陰圧時には、球状の弁部材を導入穴に押圧する方
向の流れが生じるため、導入穴は球状の弁部材に塞がれ
て外気は侵入しない。

【００１９】請求項６記載の発明では、請求項１記載の
発明の構成に加えて、排出方向規制機構が、排出経路の
閉塞と開放とを切り換える切り換え手段を有する。

【００２０】上述の構成では、請求項１記載の発明と同
様の動作が行われ、例えば、振動空気圧が陽圧のときに
は、切り換え手段により、排出経路を開放し、肺から排
出された呼気の通過を許容し、装置外部に呼気の排気を
行う。一方、振動空気圧が陰圧のときには、排出経路を
閉塞し、排出と逆方向の流れを遮断して外気の侵入を防
止する。

【００２１】請求項７記載の発明では、請求項６記載の
発明の構成に加えて、切り換え手段による閉塞と開放の
切り換え動作と振動空気圧の周期との同期を図る同期制
御回路を有する。

【００２２】上記の構成では、請求項６記載の発明と同
様の動作が行われ、さらに、同期制御回路により、所定
の周期で繰り返される振動空気圧の陽圧と陰圧との繰り
返しに同期して、切り換え手段では、排出経路の開放と
閉塞を繰り返す。

【００２３】請求項８記載の発明では、請求項６記載の
発明の構成に加えて、排出方向規制機構は、切り換え手
段の手前に装備された排出経路の内部圧力を検出するセ
ンサと、切り換え手段による閉塞と開放の切り換え動作
とセンサによる検出圧力の周期との同期を図る同期制御
回路を有する。

【００２４】上記の構成では、請求項６記載の発明と同
様の動作が行われ、さらに、同期制御回路は、センサに
より振動空気圧の陽圧状態が検出されたときには、切り
換え手段により、排出経路を開放して肺から排出された
呼気の通過を許容し、装置外部に呼気の排気を行う。一
方、センサにより振動空気圧の陰圧状態が検出されたと
きには、排出経路を閉塞し、排出と逆方向の流れを遮断
して外気の侵入を防止する。

【００２５】請求項９記載の発明では、請求項６，７又
は８記載の発明の構成に加えて、切り換え手段は、排出
経路の排出端部に対して離間と接近を行う開閉蓋と、こ
の開閉蓋に離間と接近とを付勢するクランク機構とを有
する。

【００２６】上記の構成では、請求項６，７又は８記載
の発明と同様の動作が行われ、さらに、クランク機構に
より、開閉蓋が排出経路の排出端部に向かって往復運動
を行う。このとき、排出端部への最接近により開閉蓋
は、当該排出端部を閉塞し、それ以外の離間した状態に
あっては、排出端部を開放する。

【００２７】請求項１０記載の発明では、請求項６，７
又は８記載の発明の構成に加えて、切り換え手段は、排
出経路を閉塞する閉塞領域と開放する開放口とを同一円
周上に備える回転平板と、この回転平板に回転動作を付
勢する回転駆動手段とを有する。

【００２８】上記の構成では、請求項６，７又は８記載
の発明と同様の動作が行われ、さらに、上記回転平板の
開放口を設けた円周上を排出経路が通過するように当該
排出経路中に切り換え手段を装備する。そして、回転駆
動手段により回転平板を回転させることにより、開放口
と閉塞領域とが排出経路に対して交互に切り換えられ、
一定周期で呼気の排気が行われる。

【００２９】請求項１１記載の発明では、請求項６，７
又は８記載の発明の構成に加えて、切り換え手段は、排
出経路を閉塞する閉塞領域と開放する開放口とを同一の
周面上に備える回転筒状体と、この回転筒状体に回転動
作を付勢する回転駆動手段とを有する。

【００３０】上記の構成では、請求項６，７又は８記載
の発明と同様の動作が行われ、さらに、上記回転筒状体
の周面が排出経路を塞いだ状態で当該排出経路中に切り
換え手段を装備する。このとき、回転筒状体の内側は、
装置外部に通じた状態とする。そして、回転駆動手段に
より回転筒状体を回転させることにより、開放口と閉塞
領域とが排出経路に対して交互に切り換えられ、一定周
期で呼気の排気が行われる。

【００３１】本発明は、上述した各構成によって前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第一の実施形態）本発明の実施
形態を図１乃至図６に基づいて説明する。この実施形態
では、患者Ｐに供給する酸素に，患者の呼吸周期よりも
高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気排出と
を行う高頻度振動換気法（ＨＦＯ）を採る人工呼吸器１
２において、患者Ｐから出された呼気を大気中に排出す
る排出経路に、呼気の流動方向をその排出を行う一定方
向に規制する排出方向規制機構としての一方向弁７を装
備した人工呼吸器１２を示している。なお、前述した従
来例と同一の構成については、同符号を付して重複する
説明は省略するものとする。

【００３３】図１は、本実施形態たる人工呼吸器１２の
全体構造を示す全体図であり、図２は、制御系を含めた
人工呼吸器１２の全体構成を示すブロック図である。こ
れらに基づいて人工呼吸器１２について説明する。

【００３４】人工呼吸器１２は、酸素供給源としての吸
気導入部６２と、陽圧Ａｐ及び陰圧Ａｎの両方の空気圧
を同時に発生するブロワ５２（空気圧発生源）と、ブロ
ワ５２で発生した陽圧Ａｐ又は陰圧Ａｎを交互に選択し
て所定の振動空気圧Ａpnに変換するロータリバルブ機構
５４（振動空気圧発生機構）と、ロータリバルブ機構５
４からの振動空気圧Ａpnに付勢されて作動し，吸気導入
部６２から患者Ｐに供給される酸素（厳密には空気と混
合された酸素）に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機
構５６と、ダイヤフラム機構５６のダイヤフラム５６１
を中立位置に保持するダイヤフラム中立位置制御装置１
０とを備えている。

【００３５】上述の吸気導入部６２は、外気と予め準備
された酸素とを吸入し混合するブレンダ６２１と、ブレ
ンダ６２１から送り出される空気を加湿する加湿器６２
２とから構成されている。加湿器６２２には、加湿器６
２２を経た吸気Ａｉを患者Ｐへ供給する吸気管６２３が
接続されている。吸気管６２３には、被加圧室５６３が
連通されるとともに、その末端で後述する三方分岐管１
７０に接続されている。

【００３６】この三方分岐管１７０は、患者側管路１７
１，酸素供給源側管路１７２及び呼気排出側管路１７３
の三つの管路を備えており、酸素供給源側管路１７２が
吸気管６２３と接続されている。また、患者側管路１７
１には、患者Ｐに至る末端吸気管６０５と接続され、こ
の末端吸気管６０５の途中には、患者Ｐの吸気状態を検
出する圧力センサ６２４が取り付けられている。

【００３７】さらに、呼気排出側管路１７３は、連通管
６０４の一端部と接続され、この連通管６０４を介して
呼気弁６０７が接続されている。これら連通管６０４と
呼気弁６０７とにより患者Ｐから出された呼気を大気中
に排出する排出経路が構成されている。呼気弁６０７
は、筺体６０７ａと排気ポート６０７ｂと流量制御用の
電磁弁（制御用シリコンシート）６０７ｃとからなり、
前述した一方向弁７は、排出ポート６０７ｂに装備され
ている。また、後述する制御部１６は、上述の圧力セン
サ６２４の出力に応じてこの呼気弁６０７の電磁弁６０
７ｃによる通過流量の制御を行う機能を有している。

【００３８】ブロワ５２は、陽圧管５２１及び陰圧管５
２２を有し、陰圧管５２２から空気を吸入し、その空気
を陽圧管５２１から吐出する。この陽圧管５２１には、
外気と連通するオリフィス管５２４が接続されおり、陰
圧管５２２には、外気と連通するオリフィス管５２３が
接続されている。

【００３９】ロータリバルブ機構５４は、ポート５４
１，５４２，５４３を有するロータリバルブ５４４と、
ロータリバルブ５４４を回転させる駆動部５４５とから
構成されている。駆動部５４５は、図示しない電動機及
び減速機からなり、ロータリバルブ５４４を例えば900
[rpm]で回転させる。ロータリバルブ５４４は、一回転
するごとに、ポート５４１とポート５４３とのみを一回
連通させ、続いてポート５４２とポート５４３とのみを
一回連通させる。これにより、供給される酸素に対して
周波数15[Hz]の振動空気圧Ａpnを付勢する。ポート５４
３には、振動空気圧Ａpnをダイヤフラム機構５６へ伝達
する振動空気圧管５４６が接続されている。振動空気圧
管５４６には、流量制御バルブ５４７が挿入されてい
る。

【００４０】ダイヤフラム機構５６は、加圧室５６２及
び被加圧室５６３と、加圧室５６２と被加圧室５６３と
の間を仕切るとともに伸縮自在の部材で形成されたダイ
ヤフラム５６１とを備えている。加圧室５６２は振動空
気圧管５４６に接続されている。

【００４１】次に、ダイヤフラム中立位置制御装置１０
について説明する。このダイヤフラム中立位置制御装置
１０は、ダイヤフラム機構５６のダイヤフラム５６１の
位置を検出するダイヤフラム位置センサ６０１と、陽圧
Ａｐ、陰圧Ａｎ又は振動空気圧Ａpnを制御する圧力制御
バルブ１４（圧力制御機構）と、ダイヤフラム位置セン
サ６０１で検出されたダイヤフラム５６１の位置に基づ
き圧力制御バルブ１４を制御する制御部１６とを備えて
いる。

【００４２】圧力制御バルブ１４は、構造的にはロータ
リバルブに類似しており、ポート１４１〜１４５を有す
る本体１４６と、本体１４６内部で各ポート１４１〜１
４５を所定の組み合わせで接続する回動体１４９と、こ
の回動体１４９を正逆方向に回動させるアクチュエータ
１４７とから構成されている。アクチュエータ１４７
は、図示しない電動機及び減速機からなり、回動体１４
９を所望の角度に回動させることができる。

【００４３】圧縮制御バルブ１４のポート１４１には、
陽圧管５２１と連通する陽圧バイパス管１８１が接続さ
れている。ポート１４２には、陰圧管５２２と連通する
陰圧バイパス管１８２が接続されている。ポート１４３
には、振動空気圧管５４６と連通する振動空気圧バイパ
ス管１８３が接続されている。ポート１４４，１４５に
は、それぞれ大気開放ポート１８４，１８５が接続され
ている。

【００４４】圧縮バルブ１４は、通常は、全てのポート
１４１〜１４５が閉じられた状態にあり、ダイヤフラム
機構５６のダイヤフラム５６１の位置に異常が生じた場
合に、以下に示す二種類の状態に切り替えられる。

【００４５】即ち、その一方の状態（以下、「切り換え
Ａ」とする）では、ポート１４１とポート１４４及びポ
ート１４２とポート１４３がそれぞれ連通され、ポート
１４５が閉じられる。これにより、ブロワ５２で発生し
た陽圧Ａｐの絶対値を低下させると共に、ダイヤフラム
５６１を付勢する振動空気圧Ａpnにブロワ５２で発生し
た陰圧Ａｎを付勢する。

【００４６】また、他方の状態（以下、「切り換えＢ」
とする）では、ポート１４２とポート１４５及びポート
１４１とポート１４３がそれぞれ連通され、ポート１４
４が閉じられる。これにより、ブロワ５２で発生した陰
圧Ａｎの絶対値を低下させると共に、ダイヤフラム５６
１を付勢する振動空気圧Ａpnにブロワ５２で発生した陽
圧Ａｐを付勢する。

【００４７】制御部１６は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、入出力インタフェース等からなるマイクロコンピ
ュータである。この制御部１６は、ダイヤフラム位置セ
ンサ６０１から得られるダイヤフラム５６１の動作情報
に基づき、ダイヤフラム５６１の平均中立位置のずれを
常に判断している。そして、ダイヤフラム５６１の平均
中立位置がずれると、制御部１６は次のように動作す
る。

【００４８】ダイヤフラム５６１の中立位置が患者Ｐ側
（図２における右側）にずれると、圧力制御バルブ１４
を切り換えＡに設定する。すると、ブロワ５２で発生し
た陽圧Ａｐの絶対値が低下するとともに、ブロワ５２で
発生した陰圧Ａｎが振動空気圧Ａpnに付勢されることに
より、振動空気圧Ａpnが低下する。これにより、ダイヤ
フラム５６１の中立位置が中心へ（図２における左側
へ）戻る。

【００４９】逆に、ダイヤフラム５６１の中立位置がブ
ロワ５２側（図２における左側）にずれると、切り換え
Ｂに設定する。すると、ブロワ５２で発生した陰圧Ａｎ
の絶対値が低下するとともに、ブロワ５２で発生した陽
圧Ａｐが振動空気圧Ａpnに付勢されることにより、振動
空気圧Ａpnが上昇する。これにより、ダイヤフラム５６
１の中立位置が中心へ（図２における右側へ）戻る。

【００５０】ダイヤフラム５６１を中立位置へ戻すこと
に要する時間は、陽圧Ａｐのみならず陰圧Ａｎも制御し
ており、振動空気圧Ａpnを大気ではなく陰圧Ａｎ側又は
陽圧Ａｐ側に開放することにより、大きい圧力差を利用
できるので、より効果適に迅速化を図ることができる。

【００５１】次に、一方向弁７について、図３乃至図５
により詳述する。図３は、一方向弁７が呼気弁６０７に
装備された状態を示す断面図であり、図４は、一方向弁
７の分解斜視図であり、図５は、一方向弁７の動作説明
図である。この一方向弁７は、呼気の通過穴７３ａを設
けた通過穴形成部材７１と、この通過穴７３ａに通過方
向の下流側から覆いかぶさる膜状の弁部材７５とを有
し、この弁部材７５をその一部分のみで通過穴７３ａの
近傍に係止している。

【００５２】通過穴形成部材７１は、図４に示すよう
に、二つの筒体７２ａ，７２ｂを連結してなる一つの筒
状体７２と、この筒状体７２の内部を一端と他端とに分
離する仕切り板７３とから構成されている。この筒状体
７２が、呼気弁６０７の排気ポート６０７ｂに挿入され
た状態で一方向弁７は装備される。また、仕切り板７３
には、筒状体７２の一端と他端とを連通する通過穴７３
ａが、当該仕切り板７３の中央部から放射状に四つ設け
られている。

【００５３】仕切り板７３の呼気通過方向下流側には、
可撓性の高い弁部材７５が装備されている。この弁部材
７５は、筒状体７２の内径よりも若干小さい円形に形成
されており、この弁部材７５の中央部のみが仕切り板７
３の中央部にピン７６により係止されている。この弁部
材７５は、仕切り板７３に装備した状態で全ての通過穴
７３ａを覆い隠した状態となる。

【００５４】かかる構造を有する一方向弁７は、ダイヤ
フラム機構５６により陽圧が付勢されると、呼気弁６０
７の筺体６０７ａの内圧により弁部材７５が撓んで押し
開けられ、通過穴７３ａから呼気が排出される（図５
（Ａ））。また、陰圧が付勢されると、弁部材７５は外
圧により仕切り板７３側に押圧されて通過穴７３ａを塞
ぎ、外気の流入を防止する（図５（Ｂ））。

【００５５】次に、上述した各構成からなる人工呼吸器
１２の動作を説明する。

【００５６】まず、吸気導入部６２から酸素（吸気）Ａ
ｉの供給が開始され、ブロワ５２が駆動を開始する。ブ
ロワ５２から発生した陽圧Ａpと陰圧Ａnとは、ロータリ
バルブ機構５４で振動空気圧Ａpnとなり、ダイヤフラム
機構５６に伝達される。ダイヤフラム機構５６では、振
動空気圧Ａpnの周期によってダイヤフラム５６１が振動
し、ダイヤフラム５６１の振動が吸気管６２３内の圧力
を変化させる。かかる振動空気圧Ａpnの陽圧Ａpにより
に、常時、患者Ｐに酸素Ａｉが供給される。また、振動
空気圧Ａpnの陰圧Ａnにより、患者Ｐの肺内の二酸化炭
素を含んだ呼気が三方分岐管１７０に引き出され、呼気
排出側管路１７３を介して６０４側に送られる。

【００５７】このとき、ダイヤフラム５６１の凹凸動作
は、ダイヤフラム位置センサ６０１よって検出され、ダ
イヤフラム５６１の動作情報として制御部１６へ常時出
力されている。ここで、自発呼吸に起因してダイヤフラ
ム５６１の凹凸動作が乱れると、この情報は直ちに制御
部１６へ出力される。すると、制御部１６は、例えば、
ダイヤフラム５６１の中立位置が患者Ｐ側（図面で右
側）にずれると、圧力制御バルブ１４を切り換えＡに設
定して、ダイヤフラム５６１の中立位置を中心へ（図２
における左側へ）戻す。また、ダイヤフラム５６１の中
立位置がブロワ５２側（図２における左側）にずれる
と、切り換えＢに設定し、ダイヤフラム５６１の中立位
置を中心へ（図２における右側へ）戻す。これにより、
ダイヤフラム５６１は、常に中立位置が中心に維持さ
れ、安定した呼気吸入が行われる。

【００５８】ここで、人工呼吸器１２における排出流路
側の動作を説明すると、まず、図５（Ａ）の如く、ダイ
ヤフラム機構５６から陽圧Ａpが付勢されると、通過管
６０４を介して患者Ｐからの呼気が呼気弁６０７の筺体
６０７ａ内に送り込まれる。これにより、筺体６０７ａ
の内部圧力が上昇し、貫通穴７３ａの下流側から覆いか
ぶさる状態にある弁部材７５は、内部呼気に押圧され、
その中心部から周縁部にかけて撓みが生じ、各通過穴７
３ａが開放される。従って、呼気は人工呼吸器１２の外
部に放出される。

【００５９】また、図５（Ｂ）の如く、ダイヤフラム機
構５６から陰圧Ｐnが付勢されると、通過管６０４を介
して呼気弁６０７の筺体６０７ａ内部が減圧される。従
って、弁部材７５は、外気圧により各貫通穴７３ａを塞
いだ状態のまま仕切り板７３側に押圧され、外気の流入
が阻まれる。

【００６０】以上のように、本実施形態では、呼気弁６
０７の排気ポート６０７ｂに一方向弁７を装備したこと
により、振動空気圧の陽圧時はもとより、陰圧時におい
てもかかる排気ポートからの外気の侵入を防止すること
ができる。従って、呼気の逆流を防止して当該呼気の排
出量を増加させることができ、振動空気圧の１サイクル
でのガス交換量を増やすことが可能となる。

【００６１】また、この人工呼吸器１２において圧力制
御を行う場合において、呼気導入部から患者までの平均
気道内圧に対する外気の影響を排除するため、これを低
く維持する場合であっても容易に目標値を維持すること
が可能である。図６は、試験に基づく従来の一方向弁の
ない人工呼吸器と本実施形態とについての、圧力の目標
設定値とこれにより実際に観測された平均気道内圧の関
係を示している。吸気の供給量を２０［ｌ／ｍｉｎ］と
した場合、一方向弁のない従来の人工呼吸器にあって
は、平均気道内圧の限界値が１３０［ｍｍＨ₂Ｏ］であ
るのに対して、本実施形態に基づく実施形態では５０
［ｍｍＨ₂Ｏ］まで低減することが可能である。即ち、
一方向弁を有する本実施形態の方が設定可能な低減値が
低いことが分かる。

【００６２】またさらに、一方向弁により外気が侵入せ
ず、安定した排気量を確保できることから、吸気の供給
量を増加しても平均気道内圧を低く設定することが可能
である。

【００６３】図７は、一方向弁の他の例を示す。この図
７に示す例では、呼気弁６０７の電磁弁６０７ｃを構成
する制御用シリコンコートの連結管６０４との対向面側
に膜状の弁部材７５Ａを装備し、これにより一方向弁を
構成している。弁部材７５Ａは、変形性に富むフィルム
状部材であり、ゴム，合成樹脂等が好ましい。

【００６４】この弁部材７５Ａは、呼気が通過するノズ
ルとしての連結管６０４の吹き出し口側に近接して対向
する位置に配設され、当該吹き出し口を覆い塞ぐことが
できる大きさの円形に設定されている。弁部材７５Ａは
その中心が、連結管６０４の中心と一致するように且
つ、当該弁部材７５Ａの中央部分７５Ａａでのみ制御用
シリコンコート６０７ｃに接着装備される。

【００６５】かかる一方向弁の弁部材７５Ａは、ダイヤ
フラム機構５６から陽圧が付勢された場合には、通常の
形状を維持したまま当該弁部材７５Ａと連通管６０４の
吹き出し口の隙間から呼気が通過し人工呼吸器１２の外
部に排気される（図８（Ａ））。

【００６６】また、弁部材７５Ａの中央部分７５Ａａを
除く周囲の部分７５Ａｂ（図７（Ｂ）参照）は固定され
ておらず自由に変形することができるので、ダイヤフラ
ム機構５６から陰圧が付勢されたときには、連通管６０
４の吹き出し口に弁部材７５Ａの周囲の部分７５Ａｂが
引き寄せられて密着し、隙間を塞ぐために、外気の侵入
を防止する（図８（Ｂ））。

【００６７】このように、図７に示す構成であっても、
前述した一方向弁７と同様の効果を上げることが可能で
あり、さらには、従来からある構成に弁部材７５Ａを付
加することにより実現が可能であるため、装置の生産性
の向上を図ることが可能である。

【００６８】図９にさらに別の一方向弁７Ｂの例を示
す。この一方向弁７Ｂは、呼気弁６０７の排気ポート６
０７ｂにチューブ６０８Ｂを介して接続された筒状体容
器７１Ｂとその内部に収容された球状の弁部材７５Ｂと
から構成される。筒状体容器７１Ｂは、その中心軸が垂
直方向にだいたい沿っている状態で配設され、上面は閉
塞されると共に底面には当該筒状体容器７１Ｂの内部に
呼気弁６０７からの呼気を導入する導入穴７２Ｂが設け
られている。この導入穴７２Ｂは、前述のチューブ６０
８Ｂと連結されている。さらに、この筒状体容器７１Ｂ
の下部側面には二つの排出穴７３Ｂが設けられている。
即ち、導入穴７２Ｂから導入された呼気は、この排出穴
７３Ｂから排気される。なお、導入穴７２Ｂは、筒状体
容器７１Ｂの断面と同心円の円形穴であり、当然のこと
ながら、筒状体容器７１Ｂの断面の円よりも小径に設定
されている。

【００６９】球状の弁部材７５Ｂは、筒状体容器７１Ｂ
の内部を上下方向に自在に移動するべくその外径を、当
該筒状体容器７１Ｂの内径よりも幾分小さく設定されて
いる。そして、筒状体容器７１Ｂが垂直方向に沿って配
設された状態にあっては、導入穴７２Ｂにはまった状態
でこれを塞いでいる。

【００７０】かかる構成では、ダイヤフラム機構５６か
ら陽圧が付勢された場合には、導入穴７２Ｂを介して筒
状体容器７１Ｂ内に呼気が侵入しようとするため、導入
穴７２Ｂを塞いでいる球状の弁部材７５Ｂが上方に押し
上げられる。さらに、球状の弁部材７５Ｂが排出穴７３
Ｂより上方まで移動すると、導入穴７２Ｂと排出穴７３
Ｂとが連通し、呼気は排出穴７３Ｂを通過して人工呼吸
器１２の外部に排気される（図１０（Ａ））。

【００７１】また、ダイヤフラム機構５６から陰圧が付
勢された場合には、チューブ６０８Ｂから導入穴７２Ｂ
にかけて負圧となり、球状の弁部材７５Ｂは、外気圧力
により導入穴７２Ｂ側に押圧され、当該導入穴７２Ｂを
強固に塞いだ状態となり、外気の侵入を防止する（図１
０（Ｂ））。

【００７２】このように、一方向弁７Ｂにあっても、前
述の一方向弁７と同様の効果を有すると共に、一方向弁
７Ｂ自体が呼気弁６０７から別個の単体として構成され
ているため、呼気弁内に装備した場合と比較して、メン
テナンスが行い易く、保守性の向上を図ることが可能で
ある。

【００７３】

【実施例】本発明の実施例を図１１乃至図１５に基づい
て説明する。本実施例では、図１１に示すように、呼気
弁６０７に一方向弁７を装備した人工呼吸器１２に、患
者Ｐではなく人工的なモデル肺Ｍを接続して行われた試
験の結果について説明する。このモデル肺Ｍは、図示し
ないが、内部に二酸化炭素を一定量供給する供給手段が
設けられている。また、比較例として、呼気弁６０７に
一方向弁７を装備しない人工呼吸器（図１７参照）との
比較を行うものとする。

【００７４】図１２は、各人工呼吸器のダイヤフラム機
構５６による陽圧付勢時における三方分岐管１７０内の
流速分布を示し、図１２（Ａ）は一方向弁７を有してい
ない人工呼吸器の場合を示し、図１２（Ｂ）は一方向弁
７を有している人工呼吸器の場合を示す。

【００７５】これらを比較すると、一方向弁がない場合
には、吸気がモデル肺Ｍ側よりも吸気弁６０７側に多く
流れ、一方向弁７がある場合には、吸気がモデル肺Ｍ側
と吸気弁６０７側とに平均的に流れている。これは、一
方向弁７の弁部材７５を押し開く際にこれが抵抗となる
ためである。この結果、人工呼吸器１２には、酸素の供
給量を増加させる効果があることが観測される。

【００７６】図１３は、各人工呼吸器のダイヤフラム機
構５６による陰圧付勢時における三方分岐管１７０内の
流速分布を示し、図１３（Ａ）は一方向弁７を有してい
ない人工呼吸器の場合を示し、図１３（Ｂ）は一方向弁
７を有している人工呼吸器の場合を示す。

【００７７】これらを比較すると、一方向弁がない場合
には、外気が呼気弁６０７側から多く流入し、且つ、モ
デル肺内からの呼気の排出量も少なくなっている。一
方、一方向弁７がある場合には、呼気弁側からの外気の
流入がほとんど無く、またモデル肺内からの呼気の排出
も良好に行われていることが観測される。

【００７８】図１４は振動空気圧力の周波数を１５［Ｈ
ｚ］としたときの一方向弁のない人工呼吸器に接続した
モデル肺（下の曲線）及び三方分岐管内（上の曲線）の
極く短時間における内圧変化を示し、図１５は同条件で
の一方向弁のある人工呼吸器に接続したモデル肺（下の
曲線）及び三方分岐管内（上の曲線）の極く短時間にお
ける内圧変化を示す（図１２と図１３の横１目盛りは20
[msec]）。

【００７９】これらを比較すると、まず、一方向弁の無
い場合の三方分岐管内の圧力振幅（最大圧力と最小圧力
の差）は46[mmH₂O]であるのに対して、一方向弁のある
場合の三方分岐管内の圧力振幅（最大圧力と最小圧力の
差）は62[mmH₂O]である。これは、一方向弁が無けれ
ば、陰圧時の外気の侵入により最低圧力が低くならない
ためである。

【００８０】また、一方向弁の無い場合のモデル肺内の
圧力振幅から算出される振動一回における換気量は84[c
c]であるのに対して、一方向弁のある場合のモデル肺内
の換気量は103[cc]である。これも、一方向弁が無いこ
とによる外気の流入により、モデル肺内の呼気の吸い出
しが良好に行われないことに起因する。

【００８１】（第二の実施形態）本発明の第二の実施形
態を、図１６及び図１７に基づいて説明する。この第二
の実施形態は、前述した排出方向規制機構としての一方
向弁７に替えて、排出経路の閉塞と開放とを切り換える
切り換え手段７Ｃを装備した人工呼吸器１２Ｃを示して
いる。この人工呼吸器１２Ｃは、特に示さない限り他の
構成については人工呼吸器１２と同一であり、かかる同
一部分の説明は省略するものとする。

【００８２】この人工呼吸器１２Ｃでは、連通管６０４
の下流側端部に呼気弁６０７がなく、連通管６０４の下
流端部（排出端部）６０４ａは、管の中心軸に対する垂
直面で切断された状態で、切り換え手段７Ｃの開閉蓋７
１Ｃと対向している。この開閉蓋７１Ｃは、連通管６０
４の下流端部と同一軸上に沿って配設された筒状体７２
Ｃの内部に摺動自在に配設されている。開閉蓋７１Ｃ
は、円筒形状であり、その外径は、連通管６０４の外径
よりも大きく設定されている。

【００８３】開閉蓋７１Ｃは、連通管６０４との対向面
の反対側（背後）からクランク機構に支持されている。
このクランク機構は、クランク軸として機能する回転円
板７３Ｃと、この回転円板７３Ｃの周縁部と開閉蓋７１
Ｃの背後とを連結する連接棒７４Ｃと、回転円板７３Ｃ
に回転力を付勢する駆動モータ７５Ｃとから構成されて
いる。

【００８４】回転円板７３Ｃの回転により開閉蓋７１Ｃ
が最も連通管６０４に接近した状態で、図１７（Ａ）に
示すように開閉蓋７１Ｃの対向面と連通管６０４の排出
端部の端面とが丁度接触する長さに、連接棒７４Ｃの長
さが設定されている。かかる状態において、開閉蓋は７
１Ｃは、連通管６０４を密閉する。また、開閉蓋７１Ｃ
の少なくとも対向面側は、弾性を帯びた素材（ゴム，樹
脂等）からなり、連通管６０４の排出端部６０４ａと接
した場合のシール性を高く維持し、連通管６０４の内部
と外部との気体の流通を防止する。

【００８５】クランク機構の駆動モータ７５Ｃは、ステ
ッピングモータであり、外部の動作信号に応じて必要量
の回転を行わせることができる。また、この人工呼吸器
１２Ｃには、前述した制御部１６と同一の機能を有する
と共に、切り換え手段７Ｃによる閉塞と開放の切り換え
動作と振動空気圧Ａpnの周期との同期を図る同期制御回
路１６１Ｃを有している。

【００８６】この同期制御回路１６１Ｃは、ロータリー
バルブ機構５４の駆動部５４５と駆動モータ７５Ｃとの
同期を図っている。即ち、この同期制御回路１６１Ｃ
は、駆動モータ７５Ｃを、駆動部５４５と同一周期で回
転駆動し且つ連通管６０４内が陰圧時に開閉蓋７１Ｃが
連通管６０４の排出端部６０４ａを塞ぐように一定の位
相差で駆動制御する。

【００８７】即ち、この人工呼吸器１２Ｃでは、ロータ
リーバルブ機構５４によりダイヤフラム機構５６を介し
て陽圧Ａpが付勢されるときには、開閉蓋７１Ｃは排出
端部６０４ａから離間しており（図１７（Ｂ））、患者
Ｐからの呼気は、通過管６０４を介して、人工呼吸器１
２Ｃの外部に放出される。

【００８８】また、ロータリーバルブ機構５４によりダ
イヤフラム機構５６を介して陰圧Ｐnが付勢されると、
開閉蓋７１Ｃは排出端部６０４ａを密閉しており（図１
７（Ａ））、外気の流入が阻まれる。

【００８９】以上のように、人工呼吸器１２Ｃでも、前
述した人工呼吸器１２と同様の効果を挙げることが可能
である。また、振動空気圧Ａpnの周期を決定付けるロー
タリーバルブ機構５４の駆動部５４５と開閉蓋７１Ｃの
開閉動作の同期を図っているため、位相差を適度に設定
することにより、一方向弁７のように弁を開放するため
の圧力上昇によるタイムラグを排除することができ、呼
気排出をより効率的に行うことが可能となる。

【００９０】（第三の実施形態）本発明の第三の実施形
態を、図１８及び図１９に基づいて説明する。この第三
の実施形態は、前述した排出方向規制機構としての一方
向弁７に替えて、排出経路の閉塞と開放とを切り換える
切り換え手段７Ｄを装備した人工呼吸器１２Ｄを示して
いる。この人工呼吸器１２Ｄは、特に示さない限り他の
構成については人工呼吸器１２と同一であり、かかる同
一部分の説明は省略するものとする。

【００９１】切り換え手段７Ｄは、排出経路を閉塞する
閉塞領域７１１Ｄと開放する開放口７１２Ｄとを同一円
周上に備える回転平板７１Ｄと、この回転平板７１Ｄに
回転動作を付勢する回転駆動手段としての駆動モータ７
２Ｄとを有する。

【００９２】人工呼吸器１２Ｄでは、連通管６０４の下
流側端部に呼気弁６０７がなく、連通管６０４の下流端
部（排出端部）６０４ａは、管の中心軸に対する垂直面
で切断された状態となっている。そして、上述の回転平
板７１Ｄは、その平板面が連通管６０４の下流端部６０
４ａの切断面と平行且つ接触して配設されている。この
回転平板７１Ｄは、円板状に形成されており、その中心
部で駆動モータ７２Ｄの回転軸に保持されている。

【００９３】回転平板７１Ｄは、少なくとも連通管６０
４の下流端部６０４ａの外径と比較して二倍以上の外径
に設定されている。そして、回転平板７１Ｄと同心円と
なる当該回転平板７１Ｄ上の一定の円周に沿って、開放
口７１２Ｄと閉塞領域７１１Ｄとが９０度ごとに交互に
二つずつ形成されている。この開放口７１２Ｄは、下流
端部６０４ａの外径とほぼ同一大（或いは幾分小さい）
の貫通穴であり、閉塞領域７１１Ｄは、少なくとも下流
端部６０４ａを完全に遮蔽することができる大きさの平
板面である。

【００９４】連通管６０４の下流端部６０４ａは、回転
平板７１Ｄに対して上述の一定の円周上に当接してお
り、回転平板７１が、駆動モータにより回転駆動される
と、９０度回転するごとに、閉塞領域７１１Ｄと開放口
７１２Ｄとが入れ替わり対向するようになっている。下
流端部６０４ａと回転平板７１Ｄとは、殆ど摺動状態で
隙間無く接しているため、当該下流端部６０４ａに閉塞
領域７１１Ｄが対向している状態（図１９（Ａ））にあ
っては、連通管６０４はほぼ密閉状態となり、当該下流
端部６０４ａに開放口７１２Ｄが対向している状態（図
１９（Ｂ））にあっては、連通管６０４は装置外部に通
じた状態となる。

【００９５】駆動モータ７２Ｄは、ステッピングモータ
であり、外部の動作信号に応じて必要量の回転を行わせ
ることができる。また、切り換え手段７Ｄのすぐ上流
側，即ち、連通管６０４の下流端部６０４ａ近傍に当該
連通管６０４の内部圧力を検出する圧力センサ６０４ｂ
が装備されている。そして、この人工呼吸器１２Ｄに
は、前述した制御部１６と同一の機能を有すると共に、
切り換え手段７Ｄによる閉塞と開放の切り換え動作と圧
力センサ６０４ｂにより検出された振動空気圧Ａpnの周
期との同期を図る同期制御回路１６１Ｄを有している。

【００９６】この同期制御回路１６１Ｄは、圧力センサ
６０４ｂが陽圧を検出するとき、開放口７１２Ｄと下流
端面６０４ａとが対向するように駆動モータ７２Ｄを駆
動し、圧力センサ６０４ｂが陰圧を検出するとき、閉塞
領域７１１Ｄと下流端面６０４ａとが対向するように駆
動モータ７２Ｄを駆動する。振動空気圧Ａpnは、陽圧と
陰圧とが連続するため、その繰り返し速度に応じて、回
転平板７１Ｄを所定の速度で一定方向に回転させても良
い。その場合は、駆動モータ７２Ｄは、ステッピングモ
ータよりも低コストであるスピードコントロールモータ
の利用も可能である。

【００９７】これにより、この人工呼吸器１２Ｄでは、
連通管６０４内が陽圧のときには、開放口７１２Ｄから
呼気が排気され、連通管６０４内が負圧のときには、下
流端部６０４ａが閉塞領域７１１Ｄにより塞がれて外気
の侵入が防止される。

【００９８】以上のように、人工呼吸器１２Ｄでも、前
述した人工呼吸器１２と同様の効果を挙げることが可能
である。また、切り換え手段７Ｄのすぐ上流側に装備さ
れた圧力センサ６０４ｂの検出圧力に基づいて連通管の
閉塞と開放との切り換え同期を決定しているため、切り
換え手段７Ｄと圧力センサ６０４ｂとの間に生じる位相
差の影響を低減し、また、一方向弁７のように弁を開放
するための圧力上昇によるタイムラグを排除することが
でき、呼気排出をより効率的に行うことが可能となる。

【００９９】（第四の実施形態）本発明の第四の実施形
態を、図２０及び図２１に基づいて説明する。この第四
の実施形態は、前述した排出方向規制機構としての一方
向弁７に替えて、排出経路の閉塞と開放とを切り換える
切り換え手段７Ｅを装備した人工呼吸器１２Ｅを示して
いる。この人工呼吸器１２Ｅは、特に示さない限り他の
構成については人工呼吸器１２と同一であり、かかる同
一部分の説明は省略するものとする。

【０１００】切り換え手段７Ｅは、排出経路を閉塞する
閉塞領域７１１Ｅと開放する開放口７１２Ｅとを同一の
周面上に備える回転筒状体７１Ｅと、この回転筒状体７
１Ｅを回転自在に支持する筒状枠体７２Ｅと、この回転
筒状体７１Ｅに回転動作を付勢する回転駆動手段として
の駆動モータ７３Ｅとを有する。

【０１０１】人工呼吸器１２Ｅでは、連通管６０４の排
出端部に上方が開口した有底の筒状枠体７２Ｅが装備さ
れている（図２１二点鎖線）。連通管６０４は、この筒
状枠体７２Ｅの周面を貫通してその内部と連通してい
る。筒状枠体７２Ｅの内部には、その内径とほぼ等しい
外径を有する回転筒状体７１Ｅが筒状枠体７２Ｅに対し
て回転自在に装備されている。

【０１０２】回転筒状体７１Ｅは、筒状枠体と同様に上
方が開口した有底の筒状体であり、その周面の一部が切
り欠かれている。連通管６０４に対応して設けられた筒
状枠体７２Ｅの周面上の貫通穴（図示略）は、丁度，筒
状枠体７２Ｅに装備された回転筒状体７１Ｅの周面が接
する領域内にその位置が設定されている。

【０１０３】そして、回転筒状体７１Ｅの周面の内、切
り欠き部分が開放口７１２Ｅとなり、それ以外の部分は
閉塞領域７１１Ｅを構成する。さらに、この回転筒状体
７１Ｅは、その底面における中心軸線上を駆動モータ７
３Ｅの回転軸に保持されている。一方の駆動モータ７３
Ｅは、その回転軸を除いて筒状枠体７２Ｅに固定連結さ
れている（図２１では離間して見えるが、実際は固定部
材等を介して連結されている。）。

【０１０４】駆動モータ７３Ｅは、ステッピングモータ
であり、外部の動作信号に応じて必要角度で回転を行わ
せることができる。従って、図１９（Ａ）のように、連
通管６０４の下流端部が、回転筒状体７１Ｅの閉塞領域
７１１Ｅに対向するように位置決めして回転させること
により連通管６０４はほぼ密閉状態となり、図１９
（Ｂ）のように、連通管６０４の下流端部が、回転筒状
体７１Ｅの開放口７１２Ｅに対向するように位置決めし
て回転させることにより連通管６０４は装置外部に通じ
た状態となる。

【０１０５】また、切り換え手段７Ｅのすぐ上流側，即
ち、連通管６０４の下流端部近傍には、人工呼吸器１２
Ｄと同様にして、当該連通管６０４の内部圧力を検出す
る圧力センサ６０４ｂが装備されている。また、同様に
して、制御部１６には、切り換え手段７Ｅによる閉塞と
開放の切り換え動作と圧力センサ６０４ｂにより検出さ
れた振動空気圧Ａpnの周期との同期を図る同期制御回路
１６１Ｄを有している。

【０１０６】この同期制御回路１６１Ｄにより、圧力セ
ンサ６０４ｂが陽圧を検出するとき、開放口７１２Ｅと
連通管６０４の下流端面とが対向するように駆動モータ
７３Ｅを駆動し、圧力センサ６０４ｂが陰圧を検出する
とき、閉塞領域７１１Ｅと連通管６０４の下流端面とが
対向するように駆動モータ７３Ｅを駆動する。振動空気
圧Ａpnは、陽圧と陰圧とが連続するため、その繰り返し
速度に応じて、回転筒状体７１Ｅを所定の速度で一定方
向に回転させても良い。その場合は、駆動モータ７３Ｅ
は、ステッピングモータより低コストであるスピードコ
ントロールモータの利用も可能である。

【０１０７】これにより、この人工呼吸器１２Ｅでは、
連通管６０４内が陽圧のときには、開放口７１２Ｅから
呼気が排気され、連通管６０４内が負圧のときには、下
流端部６０４ａが閉塞領域７１１Ｅにより塞がれて外気
の侵入が防止される。

【０１０８】以上のように、人工呼吸器１２Ｅは、前述
した人工呼吸器１２Ｄとほぼ同一の効果を享受すること
ができる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明では、排出経路に一方向弁を装備
したことにより、振動空気圧の陽圧時はもとより、陰圧
時においても排出経路の末端からの外気の侵入を防止す
ることができる。従って、呼気の逆流を防止して当該呼
気の排出量を増加させることができ、振動空気圧の１サ
イクルでのガス交換量を増やすことが可能となる。

【０１１０】また、本発明は、外気の流入を防ぐことか
ら、振動空気圧を付勢される酸素の供給圧力をより低く
設定することが可能である。またさらに、一方向弁によ
り外気が侵入せず、安定した排気量を確保できることか
ら、吸気の供給量を増加しても平均気道内圧を低く設定
することが可能である。

【０１１１】さらに、本発明によれば、計測できない不
確定量の外気の侵入がないため、安定したガスの交換量
となり、例えば、医者が患者に対して行われた１サイク
ルのガス交換量を管理し易く、扱い易い高頻度人工呼吸
器を提供できる。

【０１１２】一方向弁を、通過穴形成部材と通過穴に下
流側から覆いかぶさる膜状の弁部材とから構成した場合
には、陽圧付勢時にかかる一方向弁の弁部材を開放する
ための流動抵抗により、酸素が直接排気経路に流出する
ことを防ぎ、患者側への供給量を増やすことが可能であ
る。

【０１１３】さらに、本発明において、排出方向規制機
構が排出経路の閉塞と開放を切り換える切り換え手段を
有する場合にあっても、上述の一方向弁とほぼ同様の効
果を享受することができる。

【０１１４】このとき、特に、切り換え手段と振動空気
圧との同期を図る同期制御回路を有し、これらの間の位
相差を適度に設定することにより、一方向弁のように弁
を開放するための圧力上昇によるタイムラグを排除する
ことができ、呼気排出をより効率的に行うことが可能と
なる。

【０１１５】また、同期制御回路が、切り換え手段のす
ぐ上流側に装備されたセンサの検出圧力に基づいて切り
換え動作の同期を図る構成とした場合には、切り換え手
段と圧力センサとの間に生じる位相差の影響を低減し、
また、一方向弁のように弁を開放するための圧力上昇に
よるタイムラグを排除することができ、呼気排出をより
効率的に行うことが可能となる。

【０１１６】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これによると、従来にない優れた人工呼吸器を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】図１の実施形態の各構成を簡略化して示したブ
ロック図である。

【図３】図１に開示した一方向弁の装備状態を示す断面
図である。

【図４】図３の一方向弁の分解斜視図である。

【図５】一方向弁の動作を説明する説明図であり、図５
（Ａ）は陽圧時の動作を示し、図５（Ｂ）は陰圧時の動
作を示す。

【図６】本実施形態と従来例との制御吸気圧力の最低圧
力の限界を示す線図である。

【図７】図７（Ａ）は一方向弁の他の例を示す分解斜視
図であり、図７（Ｂ）は弁部材の装着状態を示す断面図
である。

【図８】図７の一方向弁の動作を示す断面図であり、図
８（Ａ）は陽圧時を示し、図８（Ｂ）は陰圧時を示す。

【図９】一方向弁のさらに他の例を示す一部切り欠いた
斜視図である。

【図１０】図９の一方向弁の動作を示す断面図であり、
図１０（Ａ）は陽圧時を示し、図１０（Ｂ）は陰圧時を
示す。

【図１１】試験のためのモデル肺を装備した人工呼吸器
を示す構成図である。

【図１２】モデル肺を装備した人工呼吸器の陽圧時の三
方分岐管内の流速分布を示す説明図であり、図１２
（Ａ）は一方向弁を装備しない場合を示し、図１２
（Ｂ）は一方向弁を装備した場合を示す。

【図１３】モデル肺を装備した人工呼吸器の陰圧時の三
方分岐管内の流速分布を示す説明図であり、図１３
（Ａ）は一方向弁を装備しない場合を示し、図１３
（Ｂ）は一方向弁を装備した場合を示す。

【図１４】一方向弁を装備しない人工呼吸器の三方分岐
管内及びモデル肺内の短時間における圧力変化を示す線
図である。

【図１５】一方向弁を装備した人工呼吸器の三方分岐管
内及びモデル肺内の短時間における圧力変化を示す線図
である。

【図１６】本発明の第二の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図１７】図１７（Ａ）は、図１６に開示した切り換え
手段の閉塞状態を示す説明図であり、図１７（Ｂ）は、
図１６に開示した切り換え手段の開放状態を示す説明図
である。

【図１８】本発明の第三の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図１９】図１９（Ａ）は、図１８に開示した切り換え
手段の閉塞状態を示す説明図であり、図１９（Ｂ）は、
図１８に開示した切り換え手段の開放状態を示す説明図
である。

【図２０】本発明の第四の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図２１】図２１（Ａ）は、図２０に開示した切り換え
手段の閉塞状態を示す説明図であり、図２１（Ｂ）は、
図２０に開示した切り換え手段の開放状態を示す説明図
である。

【図２２】従来の排出経路内の吸気及び呼気の流れを示
す断面図である。

【図２３】従来の人工呼吸器の呼気弁の断面図である。

【図２４】従来の排出経路内に生じていた外気の流入状
態を示す断面図である。

【符号の説明】

７一方向弁（排出方向規制機構）７１通過穴形成部材７２Ｂ導入穴７３Ｂ排出穴７３ａ通過穴７５，７５Ａ膜状の弁部材７５Ａａ中央部分７５Ｂ球状の弁部材７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ切り換え手段７１Ｃ開閉蓋７１Ｄ回転平板７１Ｅ回転筒状体７１１Ｄ，７１１Ｅ閉塞領域７１２Ｄ，７１２Ｅ開放口７２Ｄ，７３Ｅ駆動モータ１６１Ｃ，１６１Ｄ同期制御回路１２，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ人工呼吸器Ｐ患者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 396020800 科学技術振興事業団埼玉県川口市本町４丁目１番８号 (72)発明者高木俊尚神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者斎藤正毅神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者安川幹男神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者杉浦康仁神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者鈴木克由神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者鎌田賢弘神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者大竹智久神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者山田芳嗣東京都世田谷区代沢１丁目37番14号 (72)発明者新田一福埼玉県大宮市宮原町１丁目154 株式会社メトラン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】患者に供給する酸素に，患者の呼吸周期
よりも高い周期の振動空気圧を付勢して酸素吸入と呼気
排出とを行う高頻度振動換気法を採る人工呼吸器におい
て、前記患者から出された呼気を大気中に排出する排出経路
に、当該呼気の流動方向をその排出を行う一定方向に規
制する排出方向規制機構を装備したことを特徴とする人
工呼吸器。
【請求項２】前記排出方向規制機構が、前記呼気を排
出方向にのみ通過自在とする一方向弁であることを特徴
とする請求項１記載の人工呼吸器。
【請求項３】前記一方向弁は、呼気の通過穴を設けた
通過穴形成部材と、この通過穴に通過方向の下流側から
覆いかぶさる膜状の弁部材とを有し、この弁部材をその一部分のみで前記通過穴の近傍に係止
したことを特徴とする請求項２記載の人工呼吸器。
【請求項４】前記一方向弁は、呼気が通過するノズル
と、このノズルの吹き出し口側に近接して対向する当該
吹き出し口を覆い塞ぐことができる大きさの膜状の弁部
材とを有し、この弁部材を、その中央部分でのみ固定したことを特徴
とする請求項２記載の人工呼吸器。
【請求項５】前記一方向弁は、呼気が内部を通過する
有底の筒状体容器と、この筒状体容器の底部に設けら
れ，前記呼気を内部に導入する導入穴と、前記筒状体容
器のいずれかの位置に設けられた前記呼気の排出穴と、
前記筒状体容器内部で上下に自在に移動する球状の弁部
材とを備える構成としたことを特徴とする請求項２記載
の人工呼吸器。
【請求項６】前記排出方向規制機構が、前記排出経路
の閉塞と開放とを切り換える切り換え手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の人工呼吸器。
【請求項７】前記切り換え手段による閉塞と開放の切
り換え動作と前記振動空気圧の周期との同期を図る同期
制御回路を有することを特徴とする請求項６記載の人工
呼吸器。
【請求項８】前記排出方向規制機構は、前記切り換え
手段の手前に装備された前記排出経路の内部圧力を検出
するセンサと、前記切り換え手段による閉塞と開放の切
り換え動作と前記センサによる検出圧力の周期との同期
を図る同期制御回路を有することを特徴とする請求項６
記載の人工呼吸器。
【請求項９】前記切り換え手段は、前記排出経路の排
出端部に対して離間と接近を行う開閉蓋と、この開閉蓋
に前記離間と接近とを付勢するクランク機構とを有する
ことを特徴とする請求項６，７又は８記載の人工呼吸
器。
【請求項１０】前記切り換え手段は、前記排出経路を
閉塞する閉塞領域と開放する開放口とを同一円周上に備
える回転平板と、この回転平板に回転動作を付勢する回
転駆動手段とを有することを特徴とする請求項６，７又
は８記載の人工呼吸器。
【請求項１１】前記切り換え手段は、前記排出経路を
閉塞する閉塞領域と開放する開放口とを同一の周面上に
備える回転筒状体と、この回転筒状体に回転動作を付勢
する回転駆動手段とを有することを特徴とする請求項
６，７又は８記載の人工呼吸器。