JP2000298044A

JP2000298044A - 呼吸流量・流速計測装置

Info

Publication number: JP2000298044A
Application number: JP11105844A
Authority: JP
Inventors: Akio Nagano; 秋雄永野
Original assignee: FUKUDA SANGYO KK; Fukuda Sangyo Co Ltd
Current assignee: FUKUDA SANGYO KK; Fukuda Sangyo Co Ltd
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: JP3222855B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転体の過回転を防止することによって正確
な呼吸流量、流速を計測する。【解決手段】内部が流路２Ｄとなった筒状のケーシン
グ１には、流路２Ｄの途中に位置して一対の偏向部材４
を取り付けると共に、各偏向部材４間には回転体６を回
転可能に挟持する。また、回転体６は、偏向部材４のピ
ボット軸受５に軸支された回転軸６Ａと、回転軸６Ａか
ら延びる２片の羽根部６Ｂと、羽根部６Ｂの先端に略Ｔ
字状をなして設けられた過回転防止片６Ｃとによって構
成する。これにより、流路２Ｄ内に呼吸気が流れるとき
には、偏向部材４による渦流を羽根部６Ｂによって受承
するから、回転体６は回転する。一方、流路２Ｄ内の呼
吸気の流れないときには、過回転防止片６Ｃによる空気
抵抗によって回転体６は停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、肺活量、気流速度
等の計測に用いる呼吸流量・流速計測装置に関し、呼気
または吸気によって回転体が回転するのを利用して呼吸
流量等を計測するタービン式の呼吸流量・流速計測装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、呼吸機能検査の中でも換気機能
検査は重要な計測項目の一つであり、日常診察の場で広
く用いられている。そして、この換気機能検査には、呼
気または吸気（以下、呼気または吸気を全体として呼吸
気という）の換気量を計測する呼吸流量・流速計測装置
が用いられている。

【０００３】従来、このような呼吸流量・流速計測装置
として、特定の箱内に収容された接触抵抗の小さい蛇腹
内にチューブを通じて呼気を流出し、または吸気を流入
し、その蛇腹の動きによって呼吸流量または呼吸流速等
（以下、呼吸流量という）を測定するスパイログラフが
使用されていた。

【０００４】しかし、スパイログラフは、装置全体が大
きくなると共に装置を診察室等に固定しておく必要があ
る。このため、使用場所が診察室等に限定されると共
に、呼吸流量を測定している間は被検者を拘束すること
になり、被検者の負担が大きいという問題があった。

【０００５】このため、近年、小型で携帯が可能なター
ビン式の呼吸流量・流速計測装置が注目されている。そ
して、このようなタービン式の呼吸流量・流速計測装置
は、呼気または吸気が流れる流路を有する筒状のケーシ
ングと、該ケーシングの流路途中位置に軸方向に間隔を
置いて設けられ呼気または吸気を渦流とする一対の偏向
部材と、該各偏向部材間に設けられ渦流によって回転す
る回転体と、該回転体の近傍に設けられ該回転体の回転
を検出する回転センサとによって大略構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来技術による呼吸流量・流速計測装置は、回転体の回転
数、回転速度を検出することによって呼吸気の換気量を
計測している。そして、回転体は微小な呼吸気をも計測
可能となるように、その回転に対する抵抗が極めて小さ
いものとなっている。このため、肺機能検査での努力性
呼気終了後や安静換気での呼気終了後、および呼気から
吸気に切り換わるとき等のように、呼気、吸気が流れな
い状態であっても回転体が慣性回転し続ける過回転が発
生する傾向がある。このように回転体に過回転が発生し
た場合には、呼吸流量を正確に計測できないという問題
があった。

【０００７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、回転体の過回転を防止
することによって正確な呼吸流量が測定可能となる呼吸
流量・流速計測装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、呼気または吸気が流れる流路を有す
る筒状のケーシングと、該ケーシングの流路途中に軸方
向に間隔を置いて設けられ呼気または吸気を渦流とする
一対の偏向部材と、該各偏向部材間に設けられ渦流によ
って回転する回転体と、該回転体の近傍に設けられ該回
転体の回転を検出する回転センサとからなる呼吸流量・
流速計測装置に適用される。

【０００９】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、回転体を流路内に回転可能に軸支された回転軸
と、該回転軸に設けられ回転軸を中心に半径方向に延び
る平板として形成された羽根部と、回転体の過回転を防
止するために該羽根部の先端に設けられた過回転防止片
とから構成したことにある。

【００１０】このように構成したことにより、流路内を
呼気または吸気が流れるときには、偏向部材によってこ
の呼気または吸気は渦流となるから、回転体は、この渦
流を羽根部で受けることによって回転する。一方、流路
内を呼気または吸気が流れないときには、回転体には過
回転防止片を備えているから、回転体は、過回転するこ
となく速やかに停止する。

【００１１】また、請求項２の発明は、過回転防止片を
羽根部の先端に位置し羽根部を挟んで回転方向の両側に
略対称に延びる板状片により形成したことにある。

【００１２】これにより、流路内を呼気が流れるときに
は回転体は一方向に回転し、吸気が流れるときには回転
体は他方向に回転する。このとき、回転体の羽根部には
回転方向の両側に略対称に延びる板状片からなる過回転
防止片が設けられているから、過回転防止片は、回転体
の回転方向に関係なく、呼吸気の流れがない場合には特
に、回転体の空気抵抗を増大させ、回転体の過回転を防
止する。

【００１３】また、請求項３の発明は、過回転防止片を
羽根部の先端部分にＴ字状またはＹ字状となるように形
成したことにある。

【００１４】これにより、羽根部の先端部分にＴ字状ま
たはＹ字状に形成した過回転防止片は空気抵抗を増大さ
せるから、回転体は過回転することなく速やかに停止す
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
呼吸流量・流速計測装置を図１ないし図９に基づき詳細
に説明する。

【００１６】図において、１は段付き筒状のケーシング
で、該ケーシング１は、内部に後述する偏向部材４、回
転体６等を収容するホルダ部２と、該ホルダ部２に取付
けられ後述する回転センサ７，８が取付けられたセンサ
取付部３とによって構成されている。

【００１７】そして、ホルダ部２は、測定時に被検者に
よって把持され、またはフェースマスクに取付ると共
に、後述する回転体６等を収容し一端側が外部に開口し
た大径円筒状の把持筒部２Ａと、該把持筒部２Ａの他端
側に軸方向に延びて形成され被検者の口部に装着するた
めの小径筒状のマウスピース部２Ｂとから構成されてい
る。また、把持筒部２Ａには、その軸方向途中位置を切
欠くことによって回転体６と対応する位置に切欠き溝２
Ｃが設けられている。そして、ケーシング１の内周側
は、呼吸気が流れる流路２Ｄとなっている。

【００１８】一方、センサ取付部３は、切欠き溝２Ｃに
着脱可能に取付けられ、該センサ取付部３は、後述の回
転センサ７，８が取付けられると共に、回転体６と対向
する略Ｃ字状に形成されている。

【００１９】４，４は流路２Ｄの途中位置に軸方向に間
隔をもって設けられた一対の偏向部材で、該各偏向部材
４は、流路２Ｄ内に呼吸気が流れるときに、この呼吸気
を渦流に変換するものである。

【００２０】ここで、各偏向部材４は、流路２Ｄの軸中
心付近に設けられたハブ部４Ａと、該ハブ部４Ａから半
径方向外側に渦巻状に延びる例えば６枚の渦巻状羽根部
４Ｂと、該渦巻状羽根部４Ｂの先端側に設けられ把持筒
部２Ａの内周面に取り付けられる略円筒状の外枠部４Ｃ
とによって構成されている。また、一対の偏向部材４の
うち、マウスピース部２Ｂ側に位置する偏向部材４に
は、マウスピース部２Ｂ側から回転体６に向かって唾液
等が飛散するのを防止するためのフィルタ４Ｄが設けら
れている。

【００２１】そして、各偏向部材４は、ケーシング１内
に位置して切欠き溝２Ｃの軸方向両端側に設けられ、そ
のハブ部４Ａにはピボット軸受５が固着されている。ま
た、２個の偏向部材４は、その間に回転体６を挟むと共
に、互いに対向するピボット軸受５によって回転体６を
回転可能に軸支している。

【００２２】６は一対の偏向部材４，４間に位置して偏
向部材４からの渦流によって回転する回転体で、該回転
体６は、流路２Ｄ内に位置して偏向部材４のピボット軸
受５に回転可能に軸支された回転軸６Ａと、該回転軸６
Ａを中心に半径方向に１８０°対向して延びる平板状と
なった２片の羽根部６Ｂと、該羽根部６Ｂの先端に略Ｔ
字状をなして設けられ羽根部６Ｂに直交して設けられた
板状片からなる過回転防止片６Ｃとから構成されてい
る。

【００２３】そして、前記回転体６は、ケーシング１の
把持筒部２Ａ内に配置されると共に、切欠き状に開口し
た切欠き溝２Ｃを臨む位置に設けられ、後述する回転セ
ンサ７，８に対向している。

【００２４】また、回転体６は、僅かな呼気または吸気
によって図４中の矢示Ａ方向または矢示Ｂ方向に回転可
能となるように軽量化されている。このため、回転軸６
Ａは、例えば金属製の針状部材によって形成され、流路
２Ｄの軸線Ｏ−Ｏ上に配置されると共に、その両端側は
摩擦抵抗を低減するために尖っている。一方、２片の羽
根部６Ｂは、例えば１枚の金属製の平板状部材によって
形成され、該平板状部材の中央に設けられた切込み６Ｂ
1 に回転軸６Ａを挿通することによって、回転軸６Ａに
対して平行に延びている。そして、羽根部６Ｂは、図４
中に矢示Ａ，Ｂ方向に示すように偏向部材４による渦流
を受承し、矢示Ａ，Ｂ方向に回転するものである。

【００２５】一方、過回転防止片６Ｃは、羽根部６Ｂの
先端に位置して羽根部６Ｂを挟んで回転方向の両側に略
対称に延び、羽根部６Ｂとほぼ同じ軸方向長さ寸法を有
している。このため、過回転防止片６Ｃは、回転体６が
回転するときには、過回転防止片６Ｃが設けられていな
いときに比べて空気抵抗を増大させる。これにより、過
回転防止片６Ｃは、渦流が停止したときには回転体６の
回転を速やかに停止させ、回転体６の過回転を防止する
ものである。

【００２６】７，８はセンサ取付部３に取付けられた第
１，第２の回転センサで、該回転センサ７，８は略Ｃ字
状に延びるセンサ取付部３の左，右に配置されている。
そして、第１の回転センサ７は、センサ取付部３の中央
部左側に設けられたＬＥＤ（発光ダイオード）等からな
る第１の発光器７Ａと、センサ取付部３の左側先端に設
けられ該発光器７Ａからの光を受光するフォトトランジ
スタ等からなる第１の受光器７Ｂとによって構成されて
いる。また、第２の回転センサ８も第１の回転センサ７
とほぼ同様に構成され、センサ取付部３の右側先端に設
けられた第２の発光器８Ａと、センサ取付部３の中央部
右側に設けられ該発光器８Ａからの光を受光する第２の
受光器８Ｂとによって構成されている。

【００２７】また、２つの発光器７Ａ，８Ａは、互いに
回転軸６Ａを中心にして略対称となる位置に配置されて
いる。同様に、受光器７Ｂ，８Ｂも互いに回転軸６Ａを
中心にして略対称となる位置に配置されている。これに
より、第１の発光器７Ａからの光と第２の発光器８Ａか
らの光とが干渉することがなく、第１の発光器７Ａから
の光を第１の受光器７Ｂによって受光できると共に、第
２の発光器８Ａからの光を第２の受光器８Ｂによって受
光できる。

【００２８】そして、回転センサ７，８は、駆動電源、
演算回路等（いずれも図示せず）に接続され、該演算回
路は、受光器７Ｂ，８Ｂから出力される検出信号に基づ
き呼吸流量を演算するものである。

【００２９】即ち、発光器７Ａ，８Ａ、受光器７Ｂ，８
Ｂは、左，右対称となった略ハ字状に配置され、発光器
７Ａ，８Ａと受光器７Ｂ，８Ｂとの間には回転体６の羽
根部６Ｂが通過可能となっている。

【００３０】そして、発光器７Ａと受光器７Ｂとの間に
回転体６の羽根部６Ｂが位置したときには、発光器７Ａ
による光は羽根部６Ｂによって遮断されるから、受光器
７Ｂは発光器７Ａによる光を受光できなくなる。一方、
発光器７Ａと受光器７Ｂとの間に羽根部６Ｂが位置して
いないときには、受光器７Ｂは、発光器７Ａによる光を
遮断されることなく受光する。

【００３１】同様に、発光器８Ａによる光も羽根部６Ｂ
によって断続的に遮断されるから、受光器８Ｂは、発光
器８Ａによる光を断続的に受光することになる。そし
て、受光器７Ｂ，８Ｂは発光器７Ａ，８Ａからの光の受
光に応じて電圧信号等の検出信号を出力するから、回転
体６の回転に応じて変化する検出信号によって流路２Ｄ
内を通過する呼吸流量を計測することができる。

【００３２】また、受光器７Ｂと受光器８Ｂが検出信号
を出力する時期が回転体６の回転方向によって相違する
から、演算回路は、受光器７Ｂ，８Ｂの検出信号を比較
することによって呼気、吸気の判別を行うことができ
る。

【００３３】本実施の形態による呼吸流量・流速計測装
置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動につ
いて説明する。

【００３４】まず、呼吸流量を計測するときには、ケー
シング１のマウスピース部２Ｂを被検者がくわえる。そ
して、被検者が呼吸をするのに伴ってケーシング１の流
路２Ｄには呼吸気が流れる。このとき、流路２Ｄには偏
向部材４が取り付けられているから、流路２Ｄを流れる
呼気、吸気は、偏向部材４によって渦流に変換され、２
個の偏向部材４間を流通する。そして、この渦流は、回
転体６の羽根部６Ｂ、過回転防止片６Ｃによって受承さ
れるから、呼気が流れるときには、回転体６は図４中の
矢示Ａ方向に回転し、吸気が流れるときには、回転体６
は図４中の矢示Ｂ方向に回転する。

【００３５】また、回転体６には回転センサ６が対向し
て設けられ、回転センサ６の発光器７Ａ，８Ａと受光器
７Ｂ，８Ｂとの間の光を回転体６の羽根部６Ｂが断続的
に遮断するから受光器７Ｂ，８Ｂは、回転体６の回転数
に応じたパルス状の検出信号が出力される。そして、演
算回路は受光器７Ｂ，８Ｂからの検出信号を演算処理す
ることによって回転体６の回転数、回転速度を演算し、
呼吸流量を算出する。また、受光器７Ｂと受光器８Ｂと
の検出信号を比較することによって、回転体６の回転方
向を判定し、呼気、吸気のいずれであるかを判別する。
これにより、被検者の呼吸流量を計測することができ
る。

【００３６】ここで、回転体６は、僅かな呼気、吸気を
も検出できるようにするため、回転に対する抵抗が小さ
くなっている。このため、例えば大きく深呼吸したとき
のように、呼気と吸気とが切り換わるときに流路２Ｄ内
を呼吸気が流れない状態となっても、回転体６が慣性に
よって回転し続ける傾向がある。

【００３７】しかし、本実施の形態では、回転体６には
羽根部６Ｂの先端に過回転防止片６Ｃを設けているか
ら、流路２Ｄ内に呼吸気が流通せず、回転体６の羽根部
６Ｂが渦流を受承しないときには、過回転防止片６Ｃに
よって空気抵抗が増大する。この結果、回転体６は呼吸
気の流通停止に伴って速やかに停止する。

【００３８】一方、流路２Ｄ内に僅かな呼吸気が流通す
るときには、羽根部６Ｂに加えて過回転防止片６Ｃによ
っても偏向部材４による渦流を受承するから、過回転防
止片６Ｃによって空気抵抗に抗して回転体６は回転す
る。このため、微小な呼気、吸気も確実に検出すること
ができる。

【００３９】かくして、本実施の形態によれば、回転体
６を回転軸６Ａ、羽根部６Ｂ、過回転防止片６Ｃとから
構成したから、過回転防止片６Ｃによって回転体６の過
回転を防止することができる。このため、呼吸気の流通
が停止したときには回転体６を速やかに停止させること
ができ、呼吸流量を正確に計測することができる。

【００４０】また、過回転防止片６Ｃを羽根部６Ｂを挟
んで回転方向の両側に略対称に延びる構成としたから、
過回転防止片６Ｃは、回転体６の回転方向に関係なく回
転体６の空気抵抗を増大させ、回転体６の過回転を防止
することができる。

【００４１】なお、前記実施の形態では、過回転防止片
６Ｃを羽根部６Ｂの先端にＴ字状をなして形成するもの
としたが、本発明はこれに限らず、図７に示す第１の変
形例のように、羽根部６Ｂから径方向外側に向けて斜め
に延びるＹ字状の過回転防止片１１を設ける構成として
もよい。また、図８に示す第２の変形例のように、羽根
部６Ｂから径方向内側に向けて斜めに延びる過回転防止
片２１を設ける構成としてもよい。さらに、過回転防止
片は必ずしも平板状に形成する必要はなく、図９に示す
第３の変形例のように湾曲した過回転防止片３１として
もよい。

【００４２】また、前記実施の形態では、回転体６は２
片の羽根部６Ｂを有するものとしたが、本発明はこれに
限らず、３片以上の羽根部を有する構成としてもよい。
このように、羽根部の数を増加した場合には、流路２Ｄ
内をより微小な呼吸気が流通するときでも、回転体を回
転させることができ、検出感度を向上させることができ
る。

【００４３】また、前記実施の形態では、２片の羽根部
６Ｂは１枚の平板状部材を用いて形成する場合を例示し
たが、回転軸６Ａには別部材からなる複数片の羽根部を
例えばろう付、接着等の手段で取り付ける構成としても
よい。

【００４４】さらに、過回転防止片６Ｃ（１１，２１，
３１）は、羽根部６Ｂと一体に形成するものとして図示
したが、羽根部６Ｂには別部材からなる過回転防止片６
Ｃを例えばろう付、接着等の手段で取り付ける構成とし
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、回転体を流路内に回転可能に軸支された回転軸
と、該回転軸から延びる板状の羽根部と、該羽根部の先
端に設けられた過回転防止片とによって構成したから、
流路内を呼吸気が流れないときには、過回転防止片によ
って、回転体を速やかに停止することができ、呼吸流量
を正確に計測することができる。

【００４６】また、請求項２の発明によれば、過回転防
止片を羽根部の先端に位置し羽根部を挟んで回転方向の
両側に略対称に延びる板状片により形成したから、過回
転防止片は、回転体の回転方向に関係なく、呼吸気の流
れがない場合は特に回転体の空気抵抗を増大させ、回転
体の過回転を防止することができる。

【００４７】また、請求項３の発明によれば、過回転防
止片を羽根部の先端部分にＴ字状またはＹ字状となるよ
うに形成したから、羽根部の先端部分にＴ字状またはＹ
字状に形成した過回転防止片によって回転体の空気抵抗
を増大させることができ、回転体を過回転することなく
速やかに停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を示
す縦断面図である。

【図２】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を示
す図１の左側面図である。

【図３】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を分
解して示す分解正面図である。

【図４】回転体、回転センサ等を示す図１中の矢示IV−
IV方向からみた断面図である。

【図５】回転体を拡大して示す斜視図である。

【図６】回転体を拡大して示す断面図である。

【図７】第１の変形例による回転体を拡大して示す断面
図である。

【図８】第２の変形例による回転体を拡大して示す断面
図である。

【図９】第３の変形例による回転体を拡大して示す断面
図である。

【符号の説明】

１ケーシング２Ｄ流路４偏向部材６回転体６Ａ回転軸６Ｂ羽根部６Ｃ，１１，２１，３１過回転防止片７，８回転センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｐ 5/06 Ｇ０１Ｐ 5/06 Ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】呼気または吸気が流れる流路を有する筒
状のケーシングと、該ケーシングの流路途中に軸方向に
間隔を置いて設けられ呼気または吸気を渦流とする一対
の偏向部材と、該各偏向部材間に設けられ渦流によって
回転する回転体と、該回転体の近傍に設けられ該回転体
の回転を検出する回転センサとからなる呼吸流量・流速
計測装置において、前記回転体は、前記流路内に回転可
能に軸支された回転軸と、該回転軸に設けられ該回転軸
を中心に半径方向に延びる平板として形成された羽根部
と、該回転体の過回転を防止するために該羽根部の先端
に設けられた過回転防止片とから構成したことを特徴と
する呼吸流量・流速計測装置。
【請求項２】前記過回転防止片は、前記羽根部の先端
に位置し前記羽根部を挟んで回転方向の両側に略対称に
延びる板状片により形成してなる請求項１に記載の呼吸
流量・流速計測装置。
【請求項３】前記過回転防止片は、前記羽根部の先端
部分にＴ字状またはＹ字状となるように形成してなる請
求項１または２に記載の呼吸流量・流速計測装置。