JP2003019201A - 人工呼吸器用呼気弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で小型化を図ることができる人工
呼吸器用呼気弁装置を提供する。 【解決手段】 弁箱４の弁室３内に備わる弁体６は、移
動軸線５方向にフォースモータ１７によって往復駆動さ
れ、弁座９に着座および離間し、弁座９に形成される弁
孔８を開閉する。弁箱４の一端部１４には、弁孔８に対
向して形成される開口部１６を封止するようにベローズ
１５が設けられるので、弁体６の駆動に要するフォース
モータ１７の容量を小さく抑制することができる。また
フォースモータ１７の出力軸３８に設けられる第１接続
部材１１と弁体６に連なる弁軸７に設けられる第２接続
部材１８とは磁力によって接続されるので構成が簡素化
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工呼吸器に好適
に適用することのできる人工呼吸器用呼気弁装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】人工呼吸器を装着した患者の呼気期間に
呼気の圧力（以後、呼気圧と呼ぶ）を大気圧よりも高い
圧力に調整する場合がある。この圧力は、呼気終末陽圧
Positive End-Expiratory Pressure（以後、ＰＥＥＰ圧
と呼ぶ）と呼ばれる。このように呼気圧をＰＥＥＰ圧に
保つことは、人工呼吸管理中の肺胞の虚脱防止などに有
用である。このＰＥＥＰ圧は患者毎に、または患者の状
態によって異なる値に調整される。呼気圧をＰＥＥＰ圧
に保つためには、人工呼吸器の呼気管路に呼気圧がＰＥ
ＥＰ圧未満では大気への通路を閉じ、ＰＥＥＰ圧以上で
は大気への通路を開く呼気弁装置を設けることが必要で
ある。

【０００３】典型的な呼気弁装置としては、逆止弁に類
似した構成が知られており、先行技術がＭｃＧｒａｗ
Ｈｉｌｌ（１９９４），“Principles and Practice of
Mechanical Ventilation”，ｐ９６〜９７に開示されて
いる。

【０００４】第１の先行技術では、弁体がばね力によっ
て弁座に押付けられ、ばね力は、ばねの基端部に設けら
れるばね力調整具を調整することによってＰＥＥＰ圧に
応じて手動で調整される。

【０００５】第２の先行技術では、強磁性片または永久
磁石片を備える弁体と、先端に永久磁石片を装着したボ
ルトとを含んで構成される。弁体は、強磁性片とボルト
の永久磁石片との間の磁気吸引力によって弁座に押付け
られ、磁気吸引力はボルトを伸縮することによってＰＥ
ＥＰ圧に応じて手動で調整される。

【０００６】第３の先行技術では、弁体に代わって空気
によって膨張および収縮の可能なダイアフラムが設けら
れる。ダイアフラムは、弁箱との間に空気チャンバを構
成し、空気チャンバに送風機などから送給される空気に
よって膨張し弁座を閉じる。空気チャンバに送給される
空気の圧力は、圧力制御弁などによってＰＥＥＰ圧に応
じて制御される。

【０００７】第４の先行技術では、第３の先行技術と同
様にダイアフラムが用いられ、ダイアフラムは、電磁力
を利用したフォースモータによって駆動されて弁座を閉
じる。フォースモータによるダイアフラムの弁座に対す
る押付け力は、フォースモータに流される電流値の調整
によってＰＥＥＰ圧に応じて制御される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した先行技術に
は、以下の問題点がある。第１および第２の先行技術で
は、ＰＥＥＰ圧に応じてばね力調整具またはボルトを手
動で調整しなければならないので、呼気弁装置のＰＥＥ
Ｐ圧の設定を遠隔操作によって行うことができないとい
う問題がある。またばね力の調整によって呼気弁装置の
開放圧力を設定するとき、ばねは負荷される力の大きさ
に応じて反力が変化するので、開放圧力を超える圧力
（以後、オーバライド圧力と呼ぶ）を負荷しなければ、
開放圧力に対応して呼気弁装置に予め定められた設定流
量を得ることができないという問題がある。

【０００９】第３の先行技術では、空気チャンバに送給
される空気の圧力制御によって呼気弁装置の開放圧力を
設定するので、ばね力の調整による場合と同様にオーバ
ライド圧力の問題がある。また空気チャンバに送給され
る空気の圧力制御によって、呼気弁装置のＰＥＥＰ圧を
遠隔操作できるけれども、遠隔操作のための電気信号を
発信する装置、電気信号に応答し機械駆動して空気圧に
変換する装置が必要となり、装置の構成が複雑かつ大型
化し装置のコストが増大するという問題がある。

【００１０】第４の先行技術では、ダイアフラムの駆動
に電磁力を利用したフォースモータを用いるので、ＰＥ
ＥＰ圧を遠隔操作する問題およびオーバライド圧力の問
題を解決することができる。しかしながら、呼気弁装置
にフォースモータを用いるとき、フォースモータの出力
軸とダイアフラムの駆動軸との接続における軸心合わせ
および機械的接合が困難であるという問題があるけれど
も、その解決技術は開示されていない。また呼気弁寸法
の増大にともない、呼気弁に対応するダイアフラムの寸
法も増大するので、ダイアフラムを駆動するフォースモ
ータの容量を増大しなければならず不所望に呼気弁装置
が大型化するという問題があるけれども、その解決技術
は開示されていない。

【００１１】本発明の目的は、簡単な構成で小型化を図
ることができ、遠隔操作可能で応答性良く患者の呼気圧
等の空気の排出圧力を調整することができる人工呼吸器
用呼気弁装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）内方に
弁室が形成される弁箱と、（ｂ）弁箱内で予め定める移
動方向に延びる移動軸線に沿って往復変位可能に設けら
れる弁体と、（ｃ）弁体に連なって設けられ移動軸線方
向に延びる弁軸と、（ｄ）弁孔が形成され弁体が着座お
よび離間する弁座であって、弁孔には弁軸の設けられる
側から呼気が導かれる弁座と、（ｅ）弁軸の弁体とは反
対側に位置する端部である遊端部に設けられる強磁性材
料から成る第１接続部材と、（ｆ）前記移動軸線の延長
線上に軸線を有し軸線付近の中央部が弁軸に装着され外
縁部が弁箱の一端部に装着されるベローズであって、弁
孔に対向して弁箱の一端部に形成される開口部を封止す
るように設けられるベローズと、（ｇ）移動軸線の延長
線上に軸線を有し弁体および弁軸を前記移動軸線方向に
往復駆動する駆動手段と、（ｈ）駆動手段の軸線上かつ
弁軸の遊端部を臨む位置に設けられ前記第１接続部材を
磁力によって吸着する第２接続部材とを含むことを特徴
とする人工呼吸器用呼気弁装置である。

【００１３】本発明に従えば、弁箱内に設けられる弁体
および弁軸の移動軸線の延長線上に軸線を有し、軸線付
近の中央部が弁軸に装着され外縁部が弁箱の一端部に装
着され、弁孔に対向して弁箱の一端部に形成される開口
部を封止するようにベローズが設けられる。このことに
よって、弁体に負荷される力の一部がベローズに負荷さ
れる力の大きさだけ相殺されるので、小さい容量の駆動
手段によって弁体および弁軸を移動軸線方向に駆動する
ことができる。したがって、大きな容量の駆動手段を設
ける必要がなくなり、装置の小型化を図ることができ
る。

【００１４】また弁軸の遊端部には、強磁性材料から成
る第１接続部材が設けられ、駆動手段には、駆動手段の
軸線上かつ弁軸の遊端部を臨む位置に第１接続部材を磁
力によって吸着する第２接続部材が設けられる。したが
って、駆動手段と弁軸とは、第１接続部材と第２接続部
材とが磁力で吸着することによって確実に接続されるの
で、接続の信頼性が向上するとともに装置の組立作業が
簡易化される。また第１および第２接続部材の形状を単
純化し、部材寸法精度の許容値も大きくとることができ
るので、部材製作上の工数削減が可能になる。

【００１５】また本発明は、前記駆動手段は、フォース
モータであることを特徴とする。本発明に従えば、駆動
手段はフォースモータである。フォースモータの駆動力
である電磁力は、フォースモータに供給される電流によ
って制御されるので、ＰＥＥＰ圧設定の応答性が良くか
つ遠隔操作が可能になる。またフォースモータは、負荷
される空気の圧力に対応する反力を生じることがないの
で、オーバライド圧力をほぼ零にすることができる。ま
た呼気弁を空気式で開閉する装置のように送風機などを
設ける必要がないので、装置の小型化およびコスト低減
が可能になる。

【００１６】また本発明は、前記ベローズは、前記移動
軸線に垂直な平面に対する投影面積が可変に設けられる
ことを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、ベローズは、移動軸線に
垂直な平面に対する投影面積が可変に設けられるので、
フォースモータの容量に応じてベローズの前記投影面積
を設定することができる。このことによって、装置の設
計上におけるフォースモータ選択の許容範囲が広くな
る。

【００１８】また本発明は、前記第１および第２接続部
材は、永久磁石片であることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、第１および第２接続部材
は、永久磁石片である。このように安価な永久磁石片に
よって、駆動手段と弁体および弁軸との確実な接続を実
現することができるので、コスト低減が可能になる。

【００２０】また本発明は、前記いずれかの人工呼吸器
用呼気弁装置と、患者に吸気を吐出逆止弁を介して供給
する空気ポンプと、患者の口または鼻の少なくとも一方
に装着される装着部材と、空気ポンプの吐出逆止弁と装
着部材とを接続し、患者に空気ポンプからの吸気を導く
吸気管路と、吸気管路の途中位置から分岐し、先端部に
人工呼吸器用呼気弁装置を設け、人工呼吸器用呼気弁装
置に患者の呼気を導く呼気管路と、吸気期間中は人工呼
吸器用呼気弁装置の弁孔を閉じるように制御する制御手
段とを含むことを特徴とする人工呼吸器である。

【００２１】本発明に従えば、後述の図２に示すように
吸気管路は空気ポンプと患者の装着部材とを接続し、呼
気管路は吸気管路の途中から分岐し、呼気管路の先端部
には人工呼吸器用呼気弁装置が設けられる。吸気期間
中、制御手段によって人工呼吸器用呼気弁装置の弁孔が
閉じるように、すなわち人工呼吸器用呼気弁装置の開放
圧力が吸気圧以上になるように制御されるので、吸気の
人工呼吸器用呼気弁装置からの排出が防止される。この
ことによって、患者に充分に吸気を供給することができ
る。また吸気管路または呼気管路に異常圧力負荷防止用
の開閉弁を別途設ける必要がなくなり、装置の構成を簡
素化することが可能になる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
る人工呼吸器用呼気弁装置１の構成を簡略化して示す概
略断面図である。この人工呼吸器用呼気弁装置１（以
後、呼気弁装置と略称する）は、人工呼吸期間中、患者
の呼気圧を大気圧よりも高いＰＥＥＰ圧に調整する。Ｐ
ＥＥＰ圧は、患者毎または患者の状態によって異なる予
め定める値に設定される。

【００２３】呼気弁装置１は、内方に弁室３が形成され
る弁箱４と、弁箱４内で予め定める移動方向に延びる移
動軸線５方向に往復変位可能に設けられる弁体６と、弁
体６に連なって設けられ移動軸線５方向に延びる弁軸７
と、弁孔８が形成され弁体６が着座および離間する弁座
９であって、弁孔８には弁軸７の設けられる側から呼気
が導かれる弁座９と、弁軸７の弁体６とは反対側に位置
する端部である遊端部１０に設けられる強磁性材料から
成る第１接続部材１１と、前記移動軸線５の延長線上に
軸線を有し軸線付近の中央部１２が弁軸７に装着され外
縁部１３が弁箱４の一端部１４に装着されるベローズ１
５であって、弁孔８に対向して弁箱４の一端部１４に形
成される開口部１６を封止するように設けられるベロー
ズ１５と、移動軸線５の延長線上に軸線１９を有し弁体
６および弁軸７を移動軸線５方向に往復駆動する駆動手
段１７と、駆動手段１７の軸線上かつ弁軸７の遊端部１
０を臨む位置に設けられ前記第１接続部材１１を磁力に
よって吸着する第２接続部材１８とを含む。

【００２４】弁箱４は、合成樹脂から成り、略有底円筒
状の形状を有する。弁箱４内には、弁室３が移動軸線５
と同軸に形成される。弁室３の軸線方向の一端部には、
前記弁箱４の一端部１４に形成される開口部１６が存在
し、他端部には弁体６が着座および離間する弁座９が設
けられる。弁座９には、直径ｄ１を有する弁孔８が移動
軸線５の延長線上に軸線を有するように形成される。ま
た弁箱４の底部２４には、底部２４に連なり弁箱４の内
方に向って垂直に突出して弁体案内部２５が形成され
る。弁体案内部２５は、移動軸線５の延長線上に軸線を
有する。

【００２５】患者の呼気を呼気弁装置１に導入する呼気
導入口２０は、移動軸線５と垂直な方向の軸線を有し弁
室３に連通するように弁箱４の側面に形成される。また
患者の呼気を呼気弁装置１から排出する呼気排出口２１
は、移動軸線５と垂直な方向の軸線を有し、弁体６に関
して弁座９の反対側かつ弁箱４の他端部２２付近の側面
に形成される。弁箱４には、弁孔８に関して弁室３とは
反対側に出口空間２３が形成される。これによって、呼
気導入口２０は弁箱４の外部と弁室３とを連通し、弁孔
８は弁室３と出口空間２３とを連通し、呼気排出口２２
は出口空間２３と外部とを連通する。

【００２６】弁体６は、合成樹脂製であり、有底筒状を
呈する円筒部２６と円筒部２６の他端部から半径方向外
方に突出するフランジ部２７とから成る。弁体６の円筒
部２６に形成される凹所２８に前記弁体案内部２５が挿
入され、弁体６は、弁体案内部２５に案内されて移動軸
線５に沿って往復変位し、弁座９に着座および離間す
る。

【００２７】弁体６の円筒部２６に連なり弁体６に関し
て弁体案内部２５と反対側に移動軸線５方向に延びる弁
軸７は、本実施の形態では弁体６と一体に形成される。
弁軸７の遊端部１０には、第１接続部材１１が設けら
れ、第１接続部材１１の弁体６寄りの位置には接続案内
部材２９が設けられる。第１接続部材１１は、強磁性材
料である永久磁石から成る部材であり、以後第１接続部
材１１を第１永久磁石片１１と呼ぶ。接続案内部材２９
は、合成樹脂製の断面形状が略Ｃ字を有する部材であ
る。接続案内部材２９および第１永久磁石片１１は、弁
軸７の遊端部１０に螺合によって装着されてもよく、ま
た接着剤によって接着固定されてもよい。

【００２８】ベローズ１５は、たとえばゴムなどの弾発
性を有する材料から成り、前述のように移動軸線５の延
長線上に軸線を有し、その軸線方向に伸縮することがで
きる。弁軸７には、一対の第１装着部材３１ａ，３１ｂ
が遊端部１０付近において接続案内部材２９の弁体６寄
りに設けられる。第１装着部材３１ａ，３１ｂは、たと
えばアルミニウム合金からなる薄い環状の部材であり、
ベローズ１５の中央部１２を挟圧して弁軸７に装着す
る。また弁箱４の一端部１４の内周に形成される切欠き
部３３には、一対の第２装着部材３２ａ，３２ｂが着脱
可能に設けられる。第２装着部材３２ａ，３２ｂは、た
とえばアルミニウム合金から成り、内径ｄ２を有する薄
い環状の部材であり、ベローズ１５の外縁部１３を挟圧
して弁箱４の一端部１４に装着する。

【００２９】このようにベローズ１５は、中央部１２が
第１装着部材３１ａ，３１ｂに挟圧されて弁軸７に装着
され、外縁部１３が第２装着部材３２ａ，３２ｂによっ
て挟圧されて弁箱４の一端部１４に装着され、弁箱４の
一端部１４に形成される開口部１６を封止する。種々の
内径ｄ２の第２装着部材３２ａ，３２ｂを準備し、適宜
選択して使用することによって、ベローズ１５の軸線に
垂直な断面に対する投影面積を可変に設けることができ
る。また第２装着部材３２ａ，３２ｂの内径ｄ２は、ベ
ローズ１５を軸線に垂直な平面に投影した円の直径に同
一であるので、以後ｄ２をベローズ１５の直径と略称す
る。

【００３０】駆動手段１７は、フォースモータであり、
移動軸線５の延長線上に軸線１９を有し、弁箱４の一端
部１４に臨んで設けられる。フォースモータ１７は、軸
線１９まわりに導線が巻きまわされたコイル３６と、駆
動用永久磁石片３７と、出力軸３８とを含む。軸線１９
と同一軸線を有し直円筒状に形成されたコイル３６は、
他端部がコイル保持部材３９によって保持される。コイ
ル保持部材３９は、金属製の薄い円板状部材であり、軸
線１９と同軸に設けられる。出力軸３８は、金属製の円
柱状部材であり、コイル保持部材３９に軸線１９と同軸
に設けられる。なおコイル３６には、導線４０が連な
り、導線４０は後述する駆動アンプ５７に接続される。

【００３１】駆動用永久磁石片３７は、一方の磁極（た
とえばＮ極）を有する磁石部材４１と、他方の磁極（た
とえばＳ極）を有するもう１つの磁石部材４２と、これ
らの磁石部材４１，４２の軸線１９方向の一端部で連結
する連結片４３とを含む。磁石部材４１，４２は直円筒
状であり、磁石部材４１がもう１つの磁石部材４２の半
径方向外方に間隔をあけて同心円状に配置される。これ
らの磁石部材４１，４２の間の空間４４には、半径方向
に磁界が形成され、前記コイル３６はこの磁界内に存在
する。

【００３２】駆動用永久磁石片３７は、磁石部材４１の
他端部において、連結部材４５を介して弁箱４に装着さ
れる。連結部材４５は、他端部において半径方向外方に
突出したフランジ部を有する略円筒状の金属製部材であ
る。また連結部材４５は、弁箱４の一端部１４に形成さ
れる切欠き部３３に設けられる第２装着部材３２ａ，３
２ｂを弁箱４との間で挟圧し、第２装着部材３２ａ，３
２ｂおよび第２装着部材３２ａ，３２ｂに外縁部１３が
挟圧されているベローズ１５の弁箱４への装着を確実に
する。

【００３３】出力軸３８の弁軸７を臨む他端部には、第
２接続部材１８が設けられる。第２接続部材１８は、永
久磁石片から成る部材であり、以後第２接続部材１８を
第２永久磁石片と呼ぶ。第１永久磁石片１１と第２永久
磁石片１８とは、その極性が互いに吸引する向きになる
ように、たとえば第１永久磁石片１１のＮ極に対向し
て、第２永久磁石片１８のＳ極が位置するようにそれぞ
れ設けられるので、第２永久磁石片１８は、前記接続案
内部材２９に案内されて第１永久磁石片１１を磁力によ
って吸着し、第１および第２永久磁石片１１，１８が接
続される。このことによって、第１および第２永久磁石
片１１，１８がそれぞれ設けられる出力軸３８と弁軸７
とが連結されるので、フォースモータ１７の駆動力を弁
軸７および弁体６に伝達することができる。

【００３４】このように、フォースモータ１７と弁軸７
および弁体６とは、第１および第２永久磁石片１１，１
８が磁力で互いに吸着することによって確実に接続され
るので、接続の信頼性が向上するとともに装置の組立作
業が簡易化される。また第１および第２接続部材１１，
１８の形状が単純化され、部材寸法精度の許容値も大き
くとることができるので、部材製作上の工数削減が可能
になる。さらに第１および第２接続部材１１，１８は、
ともに安価な永久磁石片によって実現されるので、コス
ト低減が可能になる。

【００３５】前記コイル３６に駆動アンプ５７から直流
電流が供給されることによって、コイル３６には軸線１
９方向の電磁力が、フレミングの左手の法則に従って発
生し、フォースモータ１７の出力軸３８に前述のように
して連結される弁軸７および弁体６が、弁体案内部２５
に案内されて移動軸線５方向に往復変位される。このこ
とによって、弁体６が、弁座９に着座または離間する。

【００３６】このとき弁軸７に中央部１２が装着された
ベローズ１５は、弁軸７および弁体６の往復変位にとも
なって移動軸線５方向に伸縮する。さらにベローズ１５
は、呼気導入口２０から弁室３内に導入された呼気の圧
力に応じて伸縮することができる。

【００３７】前述したようにＰＥＥＰ圧は、大気圧より
も高い圧力に調整されるので、弁室３内は大気圧よりも
圧力が高い。すなわち、弁体６は弁室３内の呼気圧によ
って、移動軸線５方向に弁箱４の底部２４に向う方向
（以後、便宜上この方向を下方と呼ぶ）に力を受ける状
態にある。したがって、フォースモータ１７は、この弁
体６が呼気圧によって受ける下方に向う力に抗して、弁
軸７および弁体６を移動軸線５に沿ってベローズ１５に
向う方向（以後、便宜上この方向を上方と呼ぶ）に変位
させなければならない。本実施の形態では、前述のよう
に弁箱４の一端部１４に形成される開口部１６にベロー
ズ１５が装着される。ベローズ１５は、弁室３内の呼気
圧によって上方に向う力を受けて伸長することができる
ので、ベローズ１５が装着される弁軸７さらに弁軸７に
連なる弁体６を上方に変位させる働きをする。すなわ
ち、弁箱４の開口部１６にベローズ１５を設けることに
よって、弁室３内の呼気圧に起因し、弁体６が下方に向
って受ける力の一部を、ベローズ１５が上方に向って受
ける力で相殺することができる。

【００３８】本実施の形態の呼気弁装置１において、重
力を無視するという仮定のもとに、弁体６を弁座９に着
座、すなわち弁体６を移動軸線５方向の上方に向って変
位させ弁孔８を閉じるために必要なフォースモータ１７
の力Ｆ１を求める。呼気導入口２０から弁室３内に導入
された呼気圧をＰｅとすると、前記力Ｆ１は式（１）に
よって与えられる。 Ｆ１＝Ｐｅ・π（ｄ１²−ｄ２²）／４ …（１） ここで、ｄ１：弁孔８の直径 ｄ２：ベローズ１５の直径

【００３９】一方弁箱の一端部にベローズが設けられて
いない場合、弁孔を閉じるために必要なフォースモータ
の力Ｆ２は式（２）によって与えられる。 Ｆ２＝Ｐｅ・πｄ１²／４ …（２）

【００４０】すなわち呼気圧によって弁体６に負荷され
る力の一部が、ベローズ１５に負荷される力（＝Ｐｅ・
πｄ２²／４）の大きさだけ相殺される。このことによ
って、同一寸法の弁体６が使用される場合、ベローズ１
５を設けることによって、小さい容量のフォースモータ
１７によって弁体６を移動軸線５方向に駆動することが
可能となり、装置の小型化を図ることができる。またベ
ローズ１５は、移動軸線５に垂直な平面に対する投影面
積が可変に設けられるので、準備されるフォースモータ
１７の容量に応じてベローズ１５の前記投影面積を設定
することができる。このことによって、装置の設計上に
おけるフォースモータ１７選択の許容範囲が広くなる。

【００４１】図２は図１に示す呼気弁装置１を備える人
工呼吸器２の全体構成を示す系統図である。人工呼吸器
２は、呼気弁装置１と、患者に吸気を吐出逆止弁５１を
介して供給する空気ポンプ５２と、患者の口または鼻の
少なくとも一方に装着される装着部材５３と、空気ポン
プ５２の吐出逆止弁５１と装着部材５３とを接続し、患
者に空気ポンプ５２からの吸気を導く吸気管路５４と、
吸気管路５４の途中位置から分岐し、先端部に呼気弁装
置１を設け、呼気弁装置１に患者の呼気を導く呼気管路
５５と、吸気期間中は呼気弁装置１の弁孔８を閉じるよ
うに制御する制御手段５６と、制御手段５６の出力に応
答しフォースモータ１７に駆動電力を供給する駆動アン
プ５７とを含む。

【００４２】空気ポンプ５２は、ほぼ直円筒状のポンプ
ベローズ５８を備える。ポンプベローズ５８は、たとえ
ばゴムなどの材料からなり、可撓性を有し軸線５９方向
に伸縮可能である。ポンプベローズ５８の軸線方向一端
部には、剛性の取付部材６０が固定され、軸線方向他端
部には基体６１が連結される。取付部材６０は、円板状
の形状を有しており、軸線５９方向に移動可能である。
基体６１は取付部材６０に対向し、図示しない基台上に
設けられる軌道部材６２の固定位置に設けられる。これ
によって、ポンプベローズ５８と取付部材６０と基体６
１とによって囲まれる第１空間６３が形成される。基体
６１の第１空間６３を臨む位置には、給気逆止弁６４と
前記吐出逆止弁５１とがそれぞれ設けられる。

【００４３】ポンプベローズ５８を伸縮駆動するために
ポンプ駆動手段６５が設けられる。ポンプ駆動手段６５
はねじ機構を備え、ねじ機構はボールねじ６６から成
る。ボールねじ６６は、ポンプベローズ５８の外方に設
けられ前記軸線５９方向に延びるねじ部材６７と、ボー
ルナット６８とを備える。ねじ部材６７とボールナット
６８とは、ボールねじ溝に装着されたボールを介して螺
合する。ねじ部材６７の他端部は、軌道部材６２の他端
部に備わる第１端板６９に取付けられた軸受によって回
転自在に支持される。ねじ部材６７の一端部は、軌道部
材６２の一端部に備わる第２端板７０に取付けられた軸
受によって回転自在に支持される。ねじ部材６７の一端
部は、第２端板７０を貫通して突出し、突出部にはプー
リ７１が取付けられる。ボールナット６８は、支持部材
７２を介して取付部材６０と連結されている。前記基台
上には、駆動源である電動機７３が設けられる。電動機
７３の機軸にはプーリ７４が取付けられており、ねじ部
材６７のプーリ７１と機軸のプーリ７４との間には、伝
動手段である伝動ベルト７５が張架されている。

【００４４】次に空気ポンプ５２の動作を説明する。電
動機７３を駆動すると、その回転運動は伝動ベルト７４
を介してねじ部材６７に伝えられ、ねじ部材６７を回転
駆動する。ねじ部材６７の回転運動はボールナット６８
の直線運動に変換され、ボールナット６８を回転方向に
応じてねじ部材６７の一端部側または他端部側に移動さ
せる。ボールナット６８を移動させると、ボールナット
６８に支持部材７２を介して連結されている取付部材６
０が移動する。取付部材６０が移動することによって、
ポンプベローズ５８がねじ部材６７の回転運動に対応す
る方向に移動して伸縮する。

【００４５】ポンプベローズ５８が伸長すると、第１空
間６３内の圧力が低下するので、給気逆止弁６４が開き
吐出逆止弁５１が閉じ、空気入口フィルタ７６を通過し
給気口７９を経て空気導入口７７から第１空間６３内に
空気が吸入される。ポンプベローズ５８が縮退すると、
第１空間６３内の圧力が増大するので、給気逆止弁６４
が閉じ吐出逆止弁５１が開き、空気排出口７８から吸気
管路５４へ空気が供給される。なお空気排出口７８と前
記吐出逆止弁５１との間には、吐出される空気の圧力検
出口であるポンプ圧検出口８０が設けられる。

【００４６】吸気管路５４は、空気ポンプ５２の吐出逆
止弁５１と装着部材５３とを接続する管路であり、外部
の空気を第１空間６３を介して患者に導く。吸気管路５
４には、吸気側流量計８４、第１流量差圧検出口８１
ａ，８１ｂおよび吸気フィルタ８２が設けられている。
なお、吸気側流量計８４は省略される構成であってもよ
い。呼気管路５５は、装着部材５３と呼気弁装置１とを
接続する管路であり、患者の呼気を呼気弁装置１に導
く。呼気管路５５には、呼気フィルタ８３が設けられて
いる。呼気弁装置１の呼気の流れ方向下流側には、呼気
弁装置１と人工呼吸器２の外部への開口部である排気口
８７とを接続する排気管路８８が設けられる。排気管路
８８には、呼気側流量計８９および第２差圧流量検出口
９０ａ，９０ｂが設けられる。なお第２差圧流量検出口
９０ａ，９０ｂは省略される構成であってもよい。

【００４７】吸気管路５４の途中位置から呼気管路５５
への分岐は、分岐部材８５によって実現され、吸気管路
５４は呼気管路５５と装着部材５３とに連通される。分
岐部材８５と装着部材５３との間には、患者の気道圧検
出センサ８６が設けられ、気道圧検出センサ８６の検出
出力は、制御手段５６に入力される。なお気道圧検出セ
ンサ８６は、吸気管路５４の吐出逆止弁５１と分岐部材
８５との間の適切な位置に設けられる構成であってもよ
い。

【００４８】図３は、人工呼吸器２に備わる呼気弁装置
１の設定圧力を説明するチャートである。人工呼吸器に
は、吸気管路５４または呼気管路５５のいずれかにおい
て、患者の吸気期間に患者の肺に異常圧力が負荷される
ことを防止するために、異常圧力負荷防止弁、いわゆる
安全弁であるリリーフ弁が設けられる。本実施の形態の
呼気弁装置１にはリリーフ弁の機能が備えられ、吸気期
間において患者の肺に異常圧力が負荷されることを防止
するために、呼気弁装置１の弁孔８を開くべく設定され
る圧力（以後、リリーフ設定圧力Ｐｒと呼ぶ）が、患者
毎にまたは患者の状態により異なって定められる。

【００４９】図３に示す患者の吸気期間である時刻ｔ１
〜ｔ２では、ポンプベローズ５８が縮退する方向にあ
り、第１空間６３内の圧力が高くなるので、給気逆止弁
６４が閉じ吐出逆止弁５１が開かれる。このことによっ
て、外部の空気が、吸気管路５４および装着部材５３を
介して患者に吸気として供給される。吸気期間では、気
道圧検出センサ８６によって検出される患者の気道圧力
Ｐａｗは、増加する傾向にあり、また増加後は一定値の
状態にある。吸気期間では、この気道圧検出センサ８６
の検出出力に応答し、制御回路５６が駆動アンプ５７の
出力値を制御し、呼気弁装置１の弁孔８を開く設定圧力
が、増加後の一定値を示す状態の気道圧力Ｐａｗよりも
圧力ΔＰ１だけ高いリリーフ設定圧力Ｐｒに設定され
る。

【００５０】呼気期間である時刻ｔ２〜ｔ３では、ポン
プベローズ５８が伸長する方向にあり、第１空間６３内
の圧力が低くなるので、吐出逆止弁５１が閉じ給気逆止
弁６４が開かれる。このことによって、外部の空気が、
給気逆止弁６４および空気導入口７７を通って第１空間
６３に導入される。また患者の呼気が、呼気管路５５を
介して呼気弁装置１の弁室３内に導入される。呼気期間
では、患者の気道圧力Ｐａｗが減少に転じ、また減少後
は大気圧Ｐａよりも高いＰＥＥＰ圧Ｐｐに等しい状態に
ある。呼気期間では、この気道圧検出センサ８６の検出
出力に応答し、制御回路５６が駆動アンプ５７の出力値
を制御し、呼気弁装置１の弁孔８を開く設定圧力が、Ｐ
ＥＥＰ圧Ｐｐに設定される。したがって、呼気期間のう
ち気道圧力ＰａｗがＰＥＥＰ圧力Ｐｐ以上である時刻ｔ
２〜ｔ５の期間では、呼気弁装置１の弁孔８が開かれ
て、患者の呼気は、人工呼吸器２の排気管路８８を介し
て排気口８７から排出される。患者の気道圧力がＰＥＥ
Ｐ圧Ｐｐと等しい時刻ｔ５〜ｔ３の期間では、呼気弁装
置１の弁孔８は閉じられ、患者の呼気圧がＰＥＥＰ圧Ｐ
ｐに保たれる。時刻ｔ３〜ｔ４の吸気期間および時刻ｔ
４以降は、前述の時刻ｔ１〜ｔ２の吸気期間および時刻
ｔ２〜ｔ３の呼気期間の設定および動作が繰返される。

【００５１】このように、呼気弁装置１のリリーフ設定
圧力Ｐｒが、吸気期間における患者の気道圧力Ｐａｗ以
上になるように制御されるので、吸気が呼気弁装置１か
ら排出されることを防止でき、患者に充分に吸気を供給
することができる。また患者の気道圧力Ｐａｗがリリー
フ設定圧力Ｐｒ以上になるとき、呼気弁装置１の弁孔８
が開かれ、吸気の一部が弁孔８を通じて排気されるの
で、吸気管路５４または呼気管路５５に患者の肺に対す
る異常圧力負荷防止用の開閉弁を別途設ける必要がなく
なり、装置の構成を簡素化することが可能になる。

【００５２】また呼気弁装置１の弁体６および弁軸７の
駆動に使用されるフォースモータ１７は、負荷される空
気の圧力に対応する反力を生じることがないので、オー
バライド圧力をほぼ零にすることができる。図４はフォ
ースモータ１７使用時におけるリリーフ設定圧力Ｐｒ１
と定格流量Ｑ１との関係を示す図であり、図５はばね部
材使用時におけるリリーフ設定圧力Ｐｒ２と定格流量Ｑ
２との関係を示す図である。

【００５３】ばね部材を弁体の駆動手段として使用する
呼気弁装置では、弁体がばね力によって弁座に押付けら
れて着座し、弁体に負荷される空気圧によって弁体が弁
座から離間し弁孔が開く。図５に示す第５ライン９１
が、弁孔を開くリリーフ圧力Ｐと空気のリリーフ流量Ｑ
との関係を表す。ＰＥＥＰ圧設定手段がばね部材である
とき、弁室内の空気圧がリリーフ設定圧力Ｐｒ２に達す
ると弁孔が開くけれども、弁孔の開度が充分ではなく弁
孔を流過する空気の流量は定格流量Ｑ２に達しない。ば
ね部材は、負荷される空気の圧力に対して反力を生じる
ので、定格流量を流過させるに足る弁孔開度に達するた
めには、リリーフ設定圧力Ｐｒ２を超える空気圧力を負
荷しなければならない、すなわちオーバライド圧力ΔＰ
２が必要とされる。

【００５４】フォースモータ１７を弁体６の駆動手段と
して使用する呼気弁装置１では、弁体６はフォースモー
タ１７の電磁力によって弁座９に着座し、弁体６に負荷
される空気圧によって弁体６が弁座９から離間し弁孔８
が開く。図４に示す第２〜第５ライン９２，９３，９
４，９５は、弁孔８を開放するリリーフ圧力Ｐとリリー
フ流量Ｑとの関係を４通りのリリーフ設定圧力の場合に
ついて表す。フォースモータ１７は、負荷される空気の
圧力に対して反力を生じることがないので、第１〜第４
ライン９２，９３，９４，９５いずれのリリーフ設定圧
力Ｐｒ１の場合においても、リリーフ設定圧力Ｐｒ１に
対応する空気圧が弁体６に負荷されることによって、弁
孔８の開度が定格流量Ｑ１を流過させることのできる予
め定められた状態に達する。すなわちオーバライド圧力
をほぼ零にすることができる。さらにフォースモータ１
７の駆動力である電磁力は、フォースモータ１７に備わ
るコイル３６に供給される電流によって制御されるの
で、ＰＥＥＰ圧設定およびリリーフ圧設定を応答性良く
遠隔操作することが可能になり、患者毎また患者の状態
に応じて行うＰＥＥＰ圧Ｐｐおよびリリーフ圧Ｐｒの設
定が容易になる。

【００５５】以上に述べたように、本実施の形態では、
駆動手段１７はフォースモータであるけれども、これに
限定されることなく、駆動手段１７は負荷される空気圧
に対して反力を生じることがなく電流または電圧によっ
て駆動力の制御が可能なものであればよい。また弁体６
は、合成樹脂製であるけれども、これに限定されること
なく、アルミニウムおよび砲金などの非磁性体金属、ま
たプラスチックなどであってもよい。また第１および第
２接続部材１１，１８は、永久磁石片であるけれども、
これに限定されることなく、たとえば第１接続部材１１
が鉄またはニッケルなどの強磁性材料からなり、第２接
続部材１８のみが永久磁石片からなる構成であってもよ
い。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、弁箱内に設けられる弁
体および弁軸の移動軸線の延長線上に軸線を有し、軸線
付近の中央部が弁軸に装着され外縁部が弁箱の一端部に
装着され、弁孔に対向して弁箱の一端部に形成される開
口部を封止するようにベローズが設けられる。このこと
によって、弁体に負荷される力の一部がベローズに負荷
される力の大きさだけ相殺されるので、小さい容量の駆
動手段によって弁体および弁軸を移動軸線方向に駆動す
ることができる。したがって、大きな容量の駆動手段を
設ける必要がなくなり、装置の小型化を図ることができ
る。

【００５７】また弁軸の遊端部には、強磁性材料から成
る第１接続部材が設けられ、駆動手段には、駆動手段の
軸線上かつ弁軸の遊端部を臨む位置に第１接続部材を磁
力によって吸着する第２接続部材が設けられる。したが
って、駆動手段と弁軸とは、第１接続部材と第２接続部
材とが磁力で吸着することによって確実に接続されるの
で、接続の信頼性が向上するとともに装置の組立作業が
簡易化される。また第１および第２接続部材の形状を単
純化し、部材寸法精度の許容値も大きくとることができ
るので、部材製作上の工数削減が可能になる。

【００５８】また本発明によれば、駆動手段はフォース
モータである。フォースモータの駆動力である電磁力
は、フォースモータに供給される電流によって制御され
るので、ＰＥＥＰ圧設定の遠隔操作が可能になる。また
フォースモータは、負荷される空気の圧力に対応する反
力を生じることがないので、オーバライド圧力をほぼ零
にすることができる。また呼気弁を空気式で開閉する装
置のように送風機などを設ける必要がないので、装置の
小型化およびコスト低減が可能になる。

【００５９】また本発明によれば、ベローズは、移動軸
線に垂直な平面に対する投影面積が可変に設けられるの
で、フォースモータの容量に応じてベローズの前記投影
面積を設定することができる。このことによって、装置
の設計上におけるフォースモータ選択の許容範囲が広く
なる。

【００６０】また本発明によれば、第１および第２接続
部材は、永久磁石片である。このように安価な永久磁石
片によって、駆動手段と弁体および弁軸との確実な接続
を実現することができるので、コスト低減が可能にな
る。

【００６１】また本発明によれば、吸気管路は空気ポン
プと患者の装着部材とを接続し、呼気管路は吸気管路の
途中から分岐し、呼気管路の先端部には人工呼吸器用呼
気弁装置が設けられる。吸気期間中、制御手段によって
人工呼吸器用呼気弁装置の弁孔が閉じるように、すなわ
ち人工呼吸器用呼気弁装置の開放圧力が吸気圧以上にな
るように制御されるので、吸気の人工呼吸器用呼気弁装
置からの排出が防止される。このことによって、患者に
充分に吸気を供給することができる。また吸気管路また
は呼気管路に異常圧力負荷防止用の開閉弁を別途設ける
必要がなくなり、装置の構成を簡素化することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である人工呼吸器用呼気
弁装置１の構成を簡略化して示す概略断面図である。

【図２】図１に示す呼気弁装置１を備える人工呼吸器２
の全体構成を示す系統図である。

【図３】人工呼吸器２に備わる呼気弁装置１の設定圧力
を説明するチャートである。

【図４】フォースモータ１７使用時におけるリリーフ設
定圧力Ｐｒ１と定格流量Ｑ１との関係を示す図である。

【図５】ばね部材使用時におけるリリーフ設定圧力Ｐｒ
２と定格流量Ｑ２との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 人工呼吸器用呼気弁装置 ２ 人工呼吸器 ３ 弁室 ４ 弁箱 ５ 移動軸線 ６ 弁体 ７ 弁軸 ８ 弁孔 ９ 弁座 １１ 第１接続部材 １５ ベローズ １６ 開口部 １７ 駆動手段 １８ 第２接続部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽我 一利 兵庫県神戸市西区高塚台３丁目２番地16 川重防災工業株式会社神戸本社・本社工場 内 Ｆターム(参考） 3H086 CA04 CA09 CB15 CB18 CC05 CC13 3H106 DA07 DA26 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DD06 EE34 GA30 GB23 GC23 GD02 KK01 KK31

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）内方に弁室が形成される弁箱と、 （ｂ）弁箱内で予め定める移動方向に延びる移動軸線方
   向に往復変位可能に設けられる弁体と、 （ｃ）弁体に連なって設けられ移動軸線に沿って延びる
   弁軸と、 （ｄ）弁孔が形成され弁体が着座および離間する弁座で
   あって、弁孔には弁軸の設けられる側から呼気が導かれ
   る弁座と、 （ｅ）弁軸の弁体とは反対側に位置する端部である遊端
   部に設けられる強磁性材料から成る第１接続部材と、 （ｆ）前記移動軸線の延長線上に軸線を有し軸線付近の
   中央部が弁軸に装着され外縁部が弁箱の一端部に装着さ
   れるベローズであって、弁孔に対向して弁箱の一端部に
   形成される開口部を封止するように設けられるベローズ
   と、 （ｇ）移動軸線の延長線上に軸線を有し弁体および弁軸
   を前記移動軸線方向に往復駆動する駆動手段と、 （ｈ）駆動手段の軸線上かつ弁軸の遊端部を臨む位置に
   設けられ前記第１接続部材を磁力によって吸着する第２
   接続部材とを含むことを特徴とする人工呼吸器用呼気弁
   装置。
2. 【請求項２】 前記駆動手段は、 フォースモータであることを特徴とする請求項１記載の
   人工呼吸器用呼気弁装置。
3. 【請求項３】 前記ベローズは、 前記移動軸線に垂直な平面に対する投影面積が可変に設
   けられることを特徴とする請求項１または２記載の人工
   呼吸器用呼気弁装置。
4. 【請求項４】 前記第１および第２接続部材は、 永久磁石片であることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載の人工呼吸器用呼気弁装置。
5. 【請求項５】 前記いずれか１つに記載の人工呼吸器用
   呼気弁装置と、 患者に吸気を吐出逆止弁を介して供給する空気ポンプ
   と、 患者の口または鼻の少なくとも一方に装着される装着部
   材と、 空気ポンプの吐出逆止弁と装着部材とを接続し、患者に
   空気ポンプからの吸気を導く吸気管路と、 吸気管路の途中位置から分岐し、先端部に人工呼吸器用
   呼気弁装置を設け、人工呼吸器用呼気弁装置に患者の呼
   気を導く呼気管路と、 吸気期間中は人工呼吸器用呼気弁装置の弁孔を閉じるよ
   うに制御する制御手段とを含むことを特徴とする人工呼
   吸器。