JP2006349030A - 等圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類の気体を等圧で供給でき、微調整が容易な等圧弁を提供する。
【解決手段】等圧弁１は第１及び第２減圧弁2,2bを有する。両減圧弁の各弁体7,7bは、弁箱４内で間隔をおいて配置された第１及び第２可撓性膜10,10bにそれぞれ当接している。両可撓性膜の間には、各減圧弁を押圧する主ばね12があり、弁箱に設けられた調整ナット15と各可撓性膜との間には、それぞれ第１及び第２調整ばね17,17bがある。両弁の流量は、可撓性膜と主ばねを介して自動的に均等となるが、調整ナットを回動して移動することにより調整ばねで可撓性膜を押圧して微調整できる。医療用の気体混合装置に空気と酸素を精密に等圧で供給できるので、任意の混合比で両気体をブレンドできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２種類の異なる気体を可及的等圧で供給することのできる等圧弁に係り、例えば医療用として患者に供給される空気と酸素を混合する気体混合装置に対し、両気体を精密に等圧で供給するために特に有用な等圧弁に関するものである。

空気中の酸素濃度は２１％程度であり、患者の疾患の種類乃至容体によっては空気の供給だけでは摂取酸素量が不十分な場合がある。他方、酸素のみを単独で供給すると、酸素中毒の危険性や特に乳幼児では網膜症発症の危険性がある。そこで、呼吸用気体の供給が必要とされる医療においては、一般に患者の容体等に合せた適当な配合で空気と酸素を混合（ブレンド）して供給する場合が多く、例えば人工呼吸器等においても供給する気体はこのような空気と酸素のブレンド気体であるのが普通である。

図３は、前述したような目的で使用される気体混合装置（空気酸素ブレンダー）の一例を示す断面図である。
本体である弁箱２００内には気体Ａ（空気）の流路２０１と気体Ｂ（酸素）の流路２０２が形成されており、各流路２０１，２０２には各気体Ａ，Ｂがそれぞれ互いに等圧で供給されることとされている。両流路２０１，２０２は１つの弁体２０３によって開閉されるそれぞれの弁座を介して出口流路２０４に合流するようになっている。この弁体２０３は、弁箱２００の外部に設けられた調整つまみ２０５に連結されたねじ棒２０６に取付けられており、ねじ棒２０６は弁箱２００内のめねじに螺合している。従って、つまみ２０５の操作によってねじ棒２０６を回動してねじ棒２０６を進退させれば、両流路２０１，２０２の２つの弁座を互いに反対方向に同時に開閉して各流路２０１，２０２と弁体２０３との各開度を反比例の関係で調節することができ、ここで供給される気体Ａ，Ｂは等圧であるから、２種類の気体Ａ，Ｂの混合比率を任意に調整することができるものとされている。なお、つまみ２０５には両気体Ａ，Ｂの混合割合が記されていて、所望の混合状態をつまみ２０５の調整で設定できるものとされている。

図４は、前記気体混合装置に気体Ａ（空気）及び気体Ｂ（酸素）を等圧で供給するための従来の等圧弁の一例を示す断面図である。
本体である弁箱１００内には気体Ａ（空気）の流路と気体Ｂ（酸素）の流路１０１，１０２が形成されており、両流路１０１，１０２は可撓性膜１０３を挟んで区画されているが、その両面にはそれぞれ弁体１０４，１０５が取り付けられており、各弁体１０４，１０５はそれぞれ復帰用のばね１０６，１０７を介して各流路１０１，１０２の弁座に近接して配置され、また可撓性膜１０３には各弁体１０４，１０５の下流側の圧力がそれぞれ反対側の面から加わるようになっている。従って、下流側の両気体Ａ，Ｂの圧力に差が生じると、可撓性膜１０３の弾性変形により圧力の高い方の弁体が閉方向に移動し、圧力の低い方の弁体が開方向に移動し、下流側における両気体の圧力の差が解消され、供給圧の低い側において両気体が等圧になるものとされている。

従来の気体混合装置に２種類のガスを等圧で供給する目的は次の通りである。すなわち、図３に示す気体混合装置において、患者への供給側である出口流路２０４にて合流した２種類の混合気体の圧力は、使用される混合気体の流量によって差はあるものの、通気抵抗で圧力低下が生じるために、必ず減圧弁から供給される個別の各ガスの圧力よりも低い圧力となる。このように、弁にガスを流した場合には、弁体について上流側（ＩＮ側）に対し、下流側（ＯＵＴ側）では通気抵抗によって圧力低下が発生する。

ここで、図３に示す気体混合装置において、弁体２０３の上流側、すなわち流路２０１及び流路２０２における各気体Ａ（空気）及び気体Ｂ（酸素）の各圧力が精密に等圧となっていれば、各気体は弁体２０３の位置によって決まる各流路２０１、２０２の各開度に応じた流量で下流に流れることができ、所望の混合割合で２つの気体を混合する気体混合装置としての作用効果を得ることができる。

しかしながら、図４に示した従来の等圧弁によれば、その構造上、供給される気体の圧力で変動する機械的な構成により両気体が自動的に等圧になるものとされているが、実際には両弁１０４，１０５の移動を左右する可撓性膜１０３の加工乃至組立には高い精度が要求され、その受圧面積が設定より少しでもずれると左右の圧力の均衡がとれなくなり、両気体が等圧にならない場合があった。また、使用開始後に等圧にならない場合は、等圧になるように調整する手段はなかった。従って、図３に示す気体混合装置において、各気体を弁体２０３の位置に対応した所望の混合割合で混合する目的は必ずしも達成できなかった。

図３に示す気体混合装置では、気体の流量が大きい場合は弁体の前後での差圧が大きくなるため、上流側の２つの気体の等圧が多少崩れても弁体の位置で設定した２気体の混合割合には大きな誤差は生じない。しかし、流量が小さい場合は弁体の前後での差圧も小さくなるため、２気体の混合を弁体の位置で設定した通りとするためには、上流側の２つの気体は極めて精密に等圧が保持されていなければならない。例えば、気体混合装置において弁体の前後での通気抵抗による圧力低下が０．０１ｋｇ／ｃｍ² しかなかったとすると、等圧弁による２つの気体の等圧性が同じく０．０１ｋｇ／ｃｍ² ずれてしまったら、片方の気体はＯＵＴ側には流れず、気体混合装置としての機能は失われることとなってしまう。

本発明は以上の課題を解決するものであり、簡単な構造でありながら、２種類の異なる気体を安定して等圧で供給することができ、しかも仮に等圧のバランスが崩れたとしても、その微調整を容易に行うことができる等圧弁を提供することを目的としており、特に医療の分野において、患者に供給する呼吸用気体を製造するために空気と酸素を任意の割合で混合する気体混合装置に対し、空気と酸素を精密に等圧で供給することにより、所望の混合比を正確に実現できるようにすることを目的としている。

請求項１に記載された等圧弁は、
第１気体及び第２気体を混合して供給する気体混合装置に前記第１気体及び前記第２気体を可及的等圧で供給するための等圧弁において、
第１気体の流路の開度を調整して圧力を制御する第１弁体と、前記第１弁体を操作して前記流路の開度を調整する第１可撓性膜とを有する第１減圧弁と、
第２気体の流路の開度を調整して圧力を制御する第２弁体と、前記第２弁体を操作して前記流路の開度を調整する第２可撓性膜とを有する第２減圧弁と、
前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に設けられ、前記第１減圧弁の前記流路及び前記第２減圧弁の前記流路が開く方向に前記第１弁体及び前記第２弁体がそれぞれ操作されるように前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜を押圧する主ばねと、
前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に位置調整自在に設けられた調整部材と、
前記調整部材と前記第１可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第１可撓性膜を押圧する第１調整ばねと、
前記調整部材と前記第２可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第２可撓性膜を押圧する第２調整ばねと、
を有している。

請求項２に記載された等圧弁は、
第１気体及び第２気体を混合して供給する気体混合装置に前記第１気体及び前記第２気体を可及的等圧で供給するための等圧弁において、
第１気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第１弁体と、前記第１弁体に接触するとともに、前記第１弁体に関して下流側の圧力を前記第１弁体と接触する側に受けつつ、前記第１弁体を操作して第１基体の流路の開度を調整し、第１気体の下流側の圧力を調整する第１可撓性膜とを有する第１減圧弁と、
第２気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第２弁体と、前記第２弁体に接触するとともに、前記第２弁体に関して下流側の圧力を前記第２弁体と接触する側に受けつつ、前記第２弁体を操作して第２基体の流路の開度を調整し、第２気体の下流側の圧力を調整する第２可撓性膜とを有する第２減圧弁と、
前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に設けられ、前記第１減圧弁の前記流路及び前記第２減圧弁の前記流路が開く方向に前記第１弁体及び前記第２弁体がそれぞれ操作されるように前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜を押圧する主ばねと、
前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間において、前記第１可撓性膜が前記第１弁体を押圧する方向又は前記第２可撓性膜が前記第２弁体を押圧する方向に関して位置調整自在となるように設けられた調整部材と、
前記調整部材と前記第１可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第１可撓性膜を押圧する第１調整ばねと、
前記調整部材と前記第２可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第２可撓性膜を押圧する第２調整ばねと、
を有している。

請求項３に記載された等圧弁は、
第１気体及び第２気体を混合して供給する気体混合装置に前記第１気体及び前記第２気体を可及的等圧で供給するための等圧弁において、
第１気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第１弁体と、前記第１弁体に関して上流側の圧力を用いて前記流路が開く方向に前記第１弁体を間接的に押圧し、前記第１弁体に関して下流側の圧力を用いて前記流路が閉じる方向に前記第１弁体を間接的に操作し、第１気体の下流側の圧力を調整する第１可撓性膜とを有する第１減圧弁と、
第２気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第２弁体と、前記第２弁体に関して上流側の圧力を用いて前記流路が開く方向に前記第２弁体を間接的に押圧し、前記第２弁体に関して下流側の圧力を用いて前記流路が閉じる方向に前記第２弁体を間接的に操作し、第２気体の下流側の圧力を調整する第２可撓性膜とを有する第２減圧弁と、
前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に設けられ、前記第１減圧弁の前記流路及び前記第２減圧弁の前記流路が開く方向に前記第１弁体及び前記第２弁体がそれぞれ操作されるように前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜を押圧する主ばねと、
前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間において、前記第１可撓性膜が前記第１弁体を押圧する方向又は前記第２可撓性膜が前記第２弁体を押圧する方向に関して位置調整自在となるように設けられた調整部材と、
前記調整部材と前記第１可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第１可撓性膜を押圧する第１調整ばねと、
前記調整部材と前記第２可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第２可撓性膜を押圧する第２調整ばねと、
を有している。

請求項４に記載された等圧弁は、請求項１乃至３に記載の等圧弁において、
前記第１減圧弁と前記第２減圧弁が共通の弁箱のそれぞれ両端に形成されることにより、該弁箱の中央部分において前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜が所定間隔をおいて対面しており、
前記弁箱の前記中央部分には前記第１可撓性膜に接近する向き又は前記第２可撓性膜に接近する向きに移動可能とされ、内周面にはばね係止部を備えた環状の調整ナットが前記調整部材として設けられており、
前記第１及び第２調整ばねは、前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜と前記ばね係止部との間にそれぞれ設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載された等圧弁は、請求項４に記載の等圧弁において、
前記調整部材は、前記第１可撓性膜に接近する向きに移動可能とされ、内周面にはばね係止部を備えた環状の第１調整ナットと、前記第２可撓性膜に接近する向きに移動可能とされ、内周面にはばね係止部を備えた環状の第２調整ナットを有しており、
前記第１調整ばねは、前記第１可撓性膜と前記第１調整ナットのばね係止部との間に設けられており、 前記第２調整ばねは、前記第２可撓性膜と前記第２調整ナットの前記ばね係止部との間に設けられており、
前記第１調整ナット及び前記第２調整ナットがそれぞれ独立して調整可能とされたことを特徴としている。

請求項６に記載された等圧弁は、請求項５記載の等圧弁において、
前記第１気体及び前記第２気体がそれぞれ空気及び酸素であり、前記気体混合装置が呼吸用の気体を供給するための医療用として使用されることを特徴としている。

請求項１乃至３記載の発明によれば、主ばねが第１及び第２可撓性膜を押圧し、これら第１及び第２可撓性膜が第１及び第２弁体をそれぞれ押圧して第１及び第２気体の各流路をそれぞれ開き、第１及び第２気体は等圧で下流に流れ、気体混合装置において所望の混合比で混合されて供給される。

各気体の下流での圧力は各可撓性膜に加わっているので、例えば第１気体の下流側の圧力が増せば、この圧力が加わっている第１可撓性膜は主ばねの押圧方向と反対方向に押圧され、第１弁体は第１気体の流路が閉まる方向に移動し、第１気体の下流側の圧力は低下する方向に変化する。これと同時に、主ばねが第２可撓性膜を押圧する力が増加し、第２弁体は第２気体の流路が開く方向に移動するので、第２気体の下流側の圧力は増加する方向に変化する。
このように、第１及び第２気体の下流側の各圧力は両可撓性膜及び主ばねを介した釣り合いにより均等となるように自動的に制御される。

仮に、上記釣り合いが完全ではなく、両気体の下流側での圧力が精密には均等にならない場合であっても、調整部材で微調整を行うことができる。例えば、第１気体の下流側の圧力が高い場合（又は第２気体の下流側の圧力が低い場合）には、調整部材を操作して第２可撓性膜に向けて移動させ、第２調整ばねが第２可撓性膜を押圧する力を増大させ、第２気体の流路が開く方向に第２弁体を移動させ、第２気体の下流側の圧力を増加させるように調整する。この時、第１調整ばねが第１可撓性膜を押圧する力は減少するので、第１弁体は第１気体の流路が閉まる方向に移動し、第１気体の下流側の圧力は低下する方向に調整される。

このように、主ばねによる制御のみによっては第１及び第２気体の下流側の各圧力に微少な差がある場合でも、調整部材の操作によって両可撓性膜及び調整ばねを介した釣り合いにより、両気体の下流での圧力が均等となるように微調整を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、前記調整部材が、第１及び第２可撓性膜に設けられ、いずれかの可撓性膜に接近すると共に他方の可撓性膜からは遠ざかるように移動する調整ナットで構成されているので、第１及び第２調整ばねによって台及び第２可撓性膜を押圧する力の微調整をねじ操作により精妙に行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、前記調整ばねを、第１調整ばねを介して第１可撓性膜を押す第１調整ナットと、第２調整ばねを介して第２可撓性膜を押圧する第２調整ナットとで構成しているので、各気体の下流での圧力を主ばねによる作用で粗調整した上で、各々任意に調整することにより、圧力均等の範囲から外れた比率に設定することもできる。この場合、両調整ナットを適宜に操作することにより、各気体の下流での圧力を微調整で均等にすることも可能である。

請求項６記載の発明によれば、以上の構成による作用において、呼吸用等の目的で患者側に送られる空気及び酸素の混合気体において、各気体の分圧を精密に均等とすることができ、圧力に変化があった場合も容易に微調整できるので、安全性が重視される医療用の気体混合装置に両気体を等圧で供給する等圧弁としてきわめて安定した機能を発揮することができ、産業上有用である。

以下、本発明の最良の実施形態を添付図面を参照して説明する。本例の等圧弁は、第１及び第２気体が酸素及び空気であれば、医療用の呼吸用気体供給装置（空気酸素ブレンダー）に両気体を安定的かつ精密に等圧で供給することができる。

１．第１実施形態（直動式、図１参照）
第１例の等圧弁は、以下に詳述するように主ばねの圧力を可撓性膜を介して弁体に直接伝達するものであり（本発明ではこれを直動式と称する。）、気体の下流側での圧力変動に対する応答性が高く、２気体の圧力の均等化の作用が高速で得られるタイプである。

(1) 構成
本例の等圧弁１は、各気体に対応した２つの減圧弁２，２ｂと、２つの減圧弁２，２ｂの間に設けられて両弁の減圧作用を相互に反対向きに粗調整及び微調整する調整機構部３とを備えた、全体として１個の圧力制御弁であり、共通の弁箱４を基体として構成されている。

図１に示すように、弁箱４の左部分には、第１減圧弁２が設けられている。すなわち、弁箱４の左部分には第１気体（Ａ）の入口及び出口を連通する流路５が形成されており、流路５の中途には弁座６が設けられ、この弁座６には流路５の弁座６における開度を調整して圧力を制御すべく、第１弁体７が移動可能に設けられている。第１弁体７には復帰ばね８が設けられており、弁座６を閉止する方向に第１弁体７に力を与えている。第１弁体７の一部は後述する可撓性膜１０によって押圧操作される先端が丸い当接部７ａとなっている。

第１弁体７に関して下流側（出口側）の流路５には、貫通路９ａを介して圧力室９が通じている。この圧力室９には、所定受圧面積に設定された円形の第１可撓性膜１０が張設されており、第１気体（Ａ）の下流側の圧力が加わるように構成されている。また、前記第１弁体７は流路５を区画する壁体の一部を貫通しており、第１気体（Ａ）の下流側の圧力が加わる第１可撓性膜１０の前記一面に、前記当接部７ａを当接させている。

なお、図１に示すように、弁箱４の右部分には第２減圧弁２ｂが設けられているが、この第２減圧弁２ｂの構成は前記第１減圧弁２と同一であり、図１の縦方向の中心線Ｃ−Ｃについて対称な構成であるので、上記第２減圧弁２ｂの如く、同一の構成部分については必要に応じて対応する符号に添え字ｂを付して示すものとする。後述する調整機構部３内の中心線Ｃ−Ｃについて対称な構成部分についても同様とする。

次に、第１減圧弁２と第２減圧弁２ｂの間の弁箱４には空間１１が形成され、この空間１１には調整機構部３が設けられている。まず、第１可撓性膜１０と第２可撓性膜１０ｂの間に共通の圧力粗調整手段として主ばね１２が設けられている。主ばね１２は第１可撓性膜１０と第２可撓性膜１０ｂの各内面に接しており、第１可撓性膜１０及び第２可撓性膜１０ｂを互いに反対方向外側に向けて押圧し、各可撓性膜１０，１０ｂにそれぞれ当接している第１弁体７及び第２弁体７ｂを外側に向けて移動させ、各流路５，５ｂが常時開となるように設定されている。

そして、弁箱４の前記空間１１には、周状の操作溝１３が一部に開口して形成されており、空間１１の内部には、操作溝１３に一致する周方向に沿って操作溝１３よりも幅広のねじ部１４が形成されている。この空間１１内において、前記ねじ部１４には環状の調整ナット１５（調整部材）が螺合しており、操作溝１３から回動操作することにより、調整ナット１５は空間１１内で第１可撓性膜１０又は第２可撓性膜１０ｂに接近する方向に移動できる。すなわち、調整ナット１５は、第１可撓性膜１０と第２可撓性膜１０ｂの間において、第１可撓性膜１０が第１弁体７を押圧する方向又は第２可撓性膜１０ｂが第２弁体７ｂを押圧する方向に関して、位置調整自在とされている。

調整ナット１５は、前述したように環状であるが、その内周面には凸条状のばね係止部１６が設けられている。そして、ばね係止部１６と第１可撓性膜１０との間には第１調整ばね１７が設けられ、ばね係止部１６と第２可撓性膜１０ｂとの間には第２調整ばね１７ｂが設けられ、調整ナット１５が設定された位置に応じて第１調整ばね１７及び第２調整ばね１７ｂが、それぞれ第１可撓性膜１０及び第２可撓性膜１０ｂを押圧するように構成されている。

例えば、調整ナット１５が、初期の中立的な位置から第１可撓性膜１０に接近する方向に移動すれば、第１調整ばね１７が第１可撓性膜１０を押圧する力は増大し、同時に第２調整ばね１７ｂが第２可撓性膜１０ｂを押圧する力は減少する。

なお、以上説明した主ばね１２、第１及び第２調整ばね１７，１７ｂは、各可撓性膜１０，１０ｂに直接接していてもよいが、可撓性膜１０，１０ｂを構成するゴム等の可撓性材料の耐久性を考慮すれば、図示のように皿状の受け板１８，１８ｂを介して押圧するようにすることがより望ましい。

本例の等圧弁１では、２つの減圧弁２，２ｂの各出口が、図３に示した気体混合装置の入口側の両流路２０１，２０２にそれぞれ接続されており、この気体混合装置に酸素と空気を等圧で供給できるようになっている。従って、気体混合装置において、医療の目的に応じて調整つまみ２０５を操作して弁体２０３の位置を調整すれば、前記等圧弁１から２つの気体が等圧で供給されている限り、弁体２０３の位置によって決まる各流路２０１、２０２の各開度に応じた流量で両気体は下流に流れ、所望の混合割合で混合して必要な混合気体を得ることができる。
なお、図３に示した気体混合装置は一例にすぎず、等圧とされた２気体の供給を受けて所望の混合比でブレンドして供給する機能があれば、その構成は図３に示すものに限定されないことは言うまでもない。

(2) 作用・効果
次に、以上の構成における第１例の等圧弁１における作用を説明する。
主ばね１２は第１及び第２可撓性膜１０，１０ｂを外向きに押圧し、押圧された第１及び第２可撓性膜１０，１０ｂが第１及び第２弁体７，７ｂをそれぞれ外向きに押圧し、第１及び第２気体Ａ，Ｂの各流路５，５ｂをそれぞれ所定の開状態とするので、第１及び第２気体Ａ，Ｂは均等な圧力に調整されて下流側にある気体混合装置の各流路にそれぞれ送り込まれる。

上記の作用において、各気体Ａ，Ｂの下流での圧力は各可撓性膜１０，１０ｂに加わっているので、例えば第１気体Ａの下流側の圧力が増せば、この圧力が加わっている第１可撓性膜１０は主ばね１２の押圧方向と反対方向に押圧され、第１弁体７は第１気体Ａの流路５が閉まる方向に移動し、第１気体Ａの下流側の圧力は低下する方向に変化する。これと同時に、主ばね１２が第２可撓性膜１０ｂを押圧する力が増加し、第２弁体７ｂは第２気体Ｂの流路５ｂが開く方向に移動するので、第２気体Ｂの下流側の圧力は増加する方向に変化する。これと逆の作用も当然成り立つ。
このように、第１及び第２気体Ａ，Ｂの下流側の各圧力は両可撓性膜１０，１０ｂ及び主ばね１２を介した釣り合いにより均等となるように自動的に制御される。

ここで、上記釣り合いが完全ではなく、両気体Ａ，Ｂの下流側での圧力が精密には均等にならない場合であっても、調整ナット１５で微調整を行うことができる。例えば、第１気体Ａの下流側の圧力が高い場合（又は第２気体Ｂの下流側の圧力が低い場合）には、調整ナット１５を操作して第２可撓性膜１０ｂに向けて移動させ、第２調整ばね１７ｂが第２可撓性膜１０ｂを押圧する力を増大させ、第２気体Ｂの流路５ｂが開く方向に第２弁体７ｂを移動させ、第２気体Ｂの下流側の圧力を増加させるように調整する。この時、第１調整ばね１７が第１可撓性膜１０を押圧する力は減少するので、第１弁体７は第１気体Ａの流路５が閉まる方向に移動し、第１気体Ａの下流側の圧力は低下する方向に調整される。これと逆の作用も当然成り立つ。

このように、当初に設定した主ばね１２による制御のみによっては第１及び第２気体Ａ，Ｂの下流側の各圧力に微少な差がある場合、又は使用につれて各圧力に微少な差が生じるに至った場合であっても、調整ナット１５の操作によって両可撓性膜１０，１０ｂ及び調整ばね７，７ｂを介した釣り合いにより、両気体Ａ，Ｂの下流での圧力が均等となるように微調整を行うことができる。

本例では、圧力調整範囲の９５％程度は主ばね１２による作用でカバーし、残りの約５％程度の微少範囲を調整ナット１５と調整ばね１７，１７ｂによる作用でカバーするようになっている。

本例の等圧弁１で気体混合装置（例えば図３に示す）に２種類の気体Ａ，Ｂとして酸素と空気を医療用として供給する場合、患者の容態に合せて任意の混合比率で酸素と空気を混合して供給することができる。供給途中、必要に応じて気体混合装置の調整つまみ２０５を回して弁体２０３の位置を調整すれば、前記等圧弁１から２つの気体は精密な等圧で供給されているので、弁体２０３の位置によって決まる各流路２０１、２０２の各開度に応じた流量で両気体が下流に流れ、酸素と空気のブレンド気体は調整つまみ２０５で新たに設定した所望の混合割合となって供給される。
医療用の呼吸用気体としては、酸素濃度が高い側ではあまり正確な混合比は求められないが、酸素濃度が低い側（２１％に近い側）では正確な混合比が要求されるのが普通である。しかし、本例の等圧弁１によれば、気体混合装置に両気体を精密に等圧で供給できるので、酸素濃度の高低に係わらず、気体混合装置で設定した正確な混合比を常に達成できる。

なお、本例では、各減圧弁２，２ｂの入口に与える各気体Ａ，Ｂの圧力は、制御の正確性を期すためには可及的に同等であることが好ましいが、本例の構造及びこれによる制御の作用によれば、各気体Ａ，Ｂの元の圧力に相当の差（例えば３０％程度の差）があっても、出口側では上述したような１％に満たない微小な誤差で均等とすることができる。

２．第２実施形態（パイロット式、図２参照）
第２例の等圧弁２１は、以下に詳述するように主ばね１２の圧力を、可撓性膜３０，３０ｂ及び被制御対象である気体Ａ，Ｂの圧力を利用するパイロット部２３を介して減圧弁２２の弁体に伝達するものであり（本願発明ではこれをパイロット式と称する。）、流量の変化に対する気体の下流側での圧力の変動が小さく、前記第１実施形態の直動式の等圧弁１に比べて、より優れた流量特性で２気体の圧力の均等化の作用が得られるタイプである。

(1) 構成
本例の等圧弁２１は、各気体Ａ，Ｂに対応した２つの減圧弁２２，２２ｂと、各気体Ａ，Ｂの圧力を利用して各減圧弁２２，２２ｂを操作する２つのパイロット部２３，２３と、２つのパイロット部２３，２３の間に設けられて２つの減圧弁２２，２２ｂの各減圧作用を相互に反対向きに粗調整及び微調整する調整機構部２４とを備えた、全体として１個の圧力制御弁であり、共通の弁箱２５を基体として構成されている。

図２に示すように、弁箱２５の左端部分には、第１減圧弁２２が設けられている。すなわち、弁箱２５の左端部分には第１気体Ａの入口及び出口を連通する流路２６が形成されており、流路２６の中途には弁座２７が設けられ、この弁座２７には流路２６の弁座２７における開度を調整して圧力を制御すべく、第１弁体２８が移動可能に設けられている。

第１弁体２８は、使用側（下流側）の圧力が異常に高くなった場合に圧力を逃がす機能を備えた排気管２９に、ゴム等の弾性体からなる筒型の弁本体３１と、弁本体３１を弁座２７に押し付ける付勢用の弾性体であるゴム管３２とを外挿し、それぞれ固定してなる部品である。第１弁体２８は、弁箱２５に対して調整自在にねじ込まれた調整部材３３を介して流路２６内に配置され、前記弁本体３１が流路２６内の弁座２７に前記ゴム管３２の付勢力をもって当接するように構成されている。

流路２６内には、弁座２７よりも下流側に可撓性の第１受圧膜３４が設けられ、上流側の気体Ａの圧力を受けるように構成されている。第１受圧膜３４の受圧面側の中心には補強用の金属製のディスク３５が取り付けられ、該ディスク３５の中央には金属球３６が固定されており、前記第１弁体２８の排気管２９の先端が当接して排気管２９を通常は閉止している。従って、流路２６の上流側の気体の圧力が異常に高まれば、第１受圧膜３４はこの圧力を受けて排気管２９から離れる方向に移動し、これによって金属球３６が排気管２９の先端から離れるので、排気管２９の先端が開放されて気体Ａが矢印で示すように弁箱２５外に放出される。

流路２６内には、弁座２７よりも上流側に第１導入路３７が開口している。この第１導入路３７は、上流側の気体Ａを前記第１受圧膜３４の背後に設けられた第１パイロット空間３８に導くように形成されているが、前記第１導入路３７の中途には可流量を少量に絞った絞り弁３９が設けられているので、第１パイロット空間３８に導かれる上流側の気体Ａの流量は小さい。この第１パイロット空間３８は連通孔４０を介して第２パイロット空間４１に連通しており、第２パイロット空間４１は排気孔４２を介して弁箱２５の外に開放されている。この上流側の気体Ａを導く連通孔４０の出口側には、連通孔４０を開閉する金属球４３がばね４４を介して設けられているが、この金属球４３は常態では連通孔４０を開くように構成されているので、第１導入路３７から絞り弁３９を経て第１パイロット空間３８に流入する上流側の気体Ａは、常態では第２パイロット空間４１から排気孔４２を経て弁箱２５外に排出され、従って前記第１受圧膜３４の背後には過大な圧力が加わらないようになっている。

前記第２パイロット空間４１の隣には、第２パイロット空間４１とは区画された状態で、第３パイロット空間４５が設けられている。この第３パイロット空間４５は、前記金属球４３に対面して設けられた第２受圧膜４６と、これと所定間隔をおいて配置された第１可撓性膜３０によって区画される。そして、第２受圧膜４６と第１可撓性膜３０は連結部材４７によって結合されており、この連結部材４７の第２受圧膜４６側に設けられた受け部４８が前記金属球４３に対面している。また弁座２７よりも下流側の流路２６には第２導入路４９が開口しており、この第２導入路４９は、前記第３パイロット空間４５に導かれて開口しており、気体Ａの下流側の圧力が第１可撓性膜３０に加わるように構成されている。この点は、第１の例と同様である。

なお、図２では図示を省略しているが、弁箱２５の右部分には第２減圧弁２２ｂと第２パイロット部２３ｂが設けられているが、これらの構成は前記第１減圧弁２２及び前記第１パイロット部２３と同一であり、図２の縦方向の中心線Ｃ−Ｃについて対称な構成であるので、上記第２減圧弁２２ｂ及び第２パイロット部２３ｂの如く、同一の構成部分については必要に応じて対応する符号に添え字ｂを付して示すものとする。後述する調整機構部２４内の構成部分については第１の例と同様の符号を付す。

次に、第１減圧弁２２と第２減圧弁２２ｂの間の弁箱２５には空間１１が形成され、この空間には調整機構部２４が設けられている。まず、前記第１可撓性膜３０と、第２減圧弁２２ｂ乃至第２パイロット部２３ｂ側の第２可撓性膜３０ｂとの間には、共通の圧力粗調整手段として主ばね１２が設けられている。主ばね１２は第１可撓性膜３０と第２可撓性膜３０ｂの各内面に接しており、第１可撓性膜３０及び第２可撓性膜３０ｂを互いに反対方向外側に向けて押圧し、各可撓性膜３０，３０ｂにそれぞれ取り付けられている連結部材４７を介して前記金属球４３を押圧することができる。押圧された金属球４３の移動により連通孔４０の開放状態が加減され、これによって第１パイロット空間３８内の圧力が調整され、第１受圧膜３４の移動により第１弁体２８も移動して弁座２７の開度が調整される。

そして、弁箱２５の前記空間１１には、周状の操作溝１３が一部に開口して形成されており、空間１１の内部には、操作溝１３に一致する周方向に沿って操作溝１３よりも幅広のねじ部１４が形成されている。この空間１１内において、前記ねじ部１４には環状の調整ナット１５（調整部材）が螺合しており、操作溝１３から回動操作することにより、調整ナット１５は空間１１内で第１可撓性膜３０又は第２可撓性膜３０ｂに接近する方向に移動できる。すなわち、調整ナット１５は、第１可撓性膜３０と第２可撓性膜３０ｂの間において、第１可撓性膜３０が間接的に金属球４３を押して第１受圧膜３４の背圧（第１パイロット空間３８内の圧力）を高めて第１弁体２８を開く方向と、第２可撓性膜３０ｂが同様の作用で間接的に第２弁体２８ｂを開く方向とに関して、位置調整自在とされている。

調整ナット１５は、前述したように環状であるが、その内周面には凸条状のばね係止部１６が設けられている。そして、ばね係止部１６と第１可撓性膜３０との間には第１調整ばね１７が設けられ、ばね係止部１６と第２可撓性膜３０ｂとの間には第２調整ばね１７ｂが設けられ、調整ナット１５が設定された位置に応じて第１調整ばね１７及び第２調整ばね１７ｂが、それぞれ第１可撓性膜３０及び第２可撓性膜３０ｂを押圧するように構成されている。

例えば、調整ナット１５が、初期の中立的な位置から第１可撓性膜３０に接近する方向に移動すれば、第１調整ばね１７が第１可撓性膜３０を押圧する力は増大し、同時に第２調整ばね１７ｂが第２可撓性膜３０ｂを押圧する力は減少する。

なお、以上説明した主ばね１２、第１及び第２調整ばね１７，１７ｂは、各可撓性膜３０，３０ｂに直接接していてもよいが、可撓性膜を構成するゴム等の可撓性材料の耐久性を考慮すれば、図示のように円形の受け板５０を介して押圧するようにすることがより望ましい。

本例の等圧弁２１では、２つの減圧弁２２，２２ｂの各出口が、図３に示した気体混合装置の入口側の両流路２０１，２０２にそれぞれ接続されており、この気体混合装置に酸素と空気を等圧で供給できるようになっている。従って、気体混合装置において、医療の目的に応じて調整つまみ２０５を操作して弁体２０３の位置を調整すれば、前記等圧弁２１から２つの気体が等圧で供給されている限り、弁体２０３の位置によって決まる各流路２０１、２０２の各開度に応じた流量で両気体は下流に流れ、所望の混合割合で混合して必要な混合気体を得ることができる。
なお、図３に示した気体混合装置は一例にすぎず、等圧とされた２気体の供給を受けて所望の混合比でブレンドして供給する機能があれば、その構成は図３に示すものに限定されないことは言うまでもない。

(2) 作用・効果
次に、以上の構成における第２例の等圧弁２１における作用を説明する。
主ばね１２は第１及び第２可撓性膜３０，３０ｂを外向きに押圧し、押圧された第１及び第２可撓性膜３０，３０ｂが前述した作用で各第１受圧膜３４，３４ｂの背圧を調整して間接的に第１及び第２弁体２８，２８ｂをそれぞれ操作し、第１及び第２気体Ａ，Ｂの各流路２６，２６ｂをそれぞれ所定の開状態とするので、第１及び第２気体Ａ，Ｂは均等な圧力に調整されて下流側にある気体混合装置の各流路にそれぞれ送り込まれる。

上記の作用において、各気体Ａ，Ｂの下流での圧力は第２導入路４９，４９ｂを介して主ばね１２及び各調整ばね１７，１７ｂの作用と反対向きに各可撓性膜３０，３０ｂに加わっているので、例えば第１気体Ａの下流側の圧力が増せば、この圧力が加わっている第１可撓性膜３０は主ばね１２の押圧方向と反対方向に押圧され、第１弁体２８は第１気体Ａの流路２６が閉まる方向に移動し、第１気体Ａの下流側の圧力は低下する方向に変化する。これと同時に、主ばね１２が第２可撓性膜３０ｂを押圧する力が増加し、第２弁体２８ｂは第２気体Ｂの流路２６ｂが開く方向に移動するので、第２気体Ｂの下流側の圧力は増加する方向に変化する。これと逆の作用も当然成り立つ。
このように、第１及び第２気体Ａ，Ｂの下流側の各圧力は、パイロット部２３，２３ｂと両可撓性膜３０，３０ｂと主ばね１２を介した釣り合いにより均等となるように自動的に制御される。

ここで、上記釣り合いが完全ではなく、両気体Ａ，Ｂの下流側での圧力が精密には均等にならない場合であっても、調整ナット１５で微調整を行うことができる。例えば、第１気体Ａの下流側の圧力が高い場合（又は第２気体Ｂの下流側の圧力が低い場合）には、調整ナット１５を操作して第２可撓性膜３０ｂに向けて移動させ、第２調整ばね１７ｂが第２可撓性膜３０ｂを押圧する力を増大させ、第２気体Ｂの流路２６ｂが開く方向に第２弁体２８ｂを移動させ、第２気体Ｂの下流側の圧力を増加させるように調整する。この時、第１調整ばね１７が第１可撓性膜３０を押圧する力は減少するので、第１弁体２８は第１気体Ａの流路２６が閉まる方向に移動し、第１気体Ａの下流側の圧力は低下する方向に調整される。これと逆の作用も当然成り立つ。

このように、当初に設定した主ばね１２による制御のみによっては第１及び第２気体Ａ，Ｂの下流側の各圧力に微少な差がある場合、又は使用につれて各圧力に微少な差が生じるに至った場合であっても、調整ナット１５の操作によって両可撓性膜３０，３０ｂ及び調整ばね１７，１７ｂを介した釣り合いにより、両気体Ａ，Ｂの下流での圧力が均等となるように微調整を行うことができる。

そして、特に本例では、第１の例のように弁体７，７ｂを主ばね１２及び調整ばね１７，１７ｂで直接押圧して制御するのでなく、主ばね１２及び調整ばね１７、１７ｂと弁体２８，２８ｂとの間にはパイロット部２３，２３ｂが設けられており、このパイロット部２３，２３ｂが金属球４３等によるノズルフラッパ状の圧力制御機構として機能し、弁体２８，２８ｂを操作する第１受圧膜３４，３４ｂの背圧を決める気体流量を制御するので、気体の圧力制御はより円滑であり、流量が変動しても圧力を一定に保つ働きが第１の例よりも優れている。すなわち、本例では、気体を利用するパイロット部２３，２３ｂを介してばねの圧力が間接的に弁体を操作するので、そのような構造を持たない第１の例に比べて流量特性がよい。その他の作用効果は第１の例と実質的に略同様である。

３．その他の構成例
以上説明した第１及び第２の各例では、各減圧弁の下流において供給された圧力調整済みの各気体Ａ，Ｂの流量を、図示しない流量計等の計測手段でそれぞれ測定し、その結果に応じて調整機構部の調整部材である調整ナットを人手によって調整することとしていたが、計測結果に基づいて調整ナットをサーボモータ等の駆動手段で操作することで、２気体の等圧による供給を自動的に行うようにしてもよい。

以上説明した第１及び第２の各例では、調整機構部の調整部材として単一の調整ナットを用い、２つの減圧弁を互いに反対方向に同時に調整していた。しかし、例えば第２例の構成において、調整部材として、第１可撓性膜３０に接離する向きに移動可能とされた第１調整ナットと、第２可撓性膜３０ｂに接離する向きに移動可能とされた第２調整ナットから構成し、第１調整ばね７１は、第１可撓性膜３０と第１調整ナットのばね係止部１６との間に設け、第２調整ばね１７ｂは、第２可撓性膜３０ｂと第２調整ナットのばね係止部１６ｂとの間に設け、第１調整ナット及び第２調整ナットをそれぞれ独立して調整可能とし、２つの減圧弁２２，２２ｂをそれぞれ独立して調整できるようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態である直動式の等圧弁の断面図である。 本発明の第２の実施形態であるパイロット式の等圧弁の断面図である。 従来の気体混合装置（空気酸素ブレンダー）の一例を示す断面図である。 従来の等圧弁の一例を示す断面図である。

符号の説明

１，２１…等圧弁
２，２２…第１圧力制御弁としての第１減圧弁
２ｂ，２２ｂ…第２圧力制御弁としての第２減圧弁
３，２４…調整機構部
４，２５…弁箱
５，２６…流路
６，２７…弁座
７，２８…第１弁体
７ｂ，２８ｂ…第１弁体
１０，３０…第１可撓性膜
１０ｂ，３０ｂ…第２可撓性膜
１２…主ばね
１５…調整部材としての調整ナット
１６…ばね係止部
１７…第１調整ばね
１７ｂ…第２調整ばね

Claims (6)

1. 第１気体及び第２気体を混合して供給する気体混合装置に前記第１気体及び前記第２気体を可及的等圧で供給するための等圧弁において、
   第１気体の流路の開度を調整して圧力を制御する第１弁体と、前記第１弁体を操作して前記流路の開度を調整する第１可撓性膜とを有する第１減圧弁と、
   第２気体の流路の開度を調整して圧力を制御する第２弁体と、前記第２弁体を操作して前記流路の開度を調整する第２可撓性膜とを有する第２減圧弁と、
   前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に設けられ、前記第１減圧弁の前記流路及び前記第２減圧弁の前記流路が開く方向に前記第１弁体及び前記第２弁体がそれぞれ操作されるように前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜を押圧する主ばねと、
   前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に位置調整自在に設けられた調整部材と、
   前記調整部材と前記第１可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第１可撓性膜を押圧する第１調整ばねと、
   前記調整部材と前記第２可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第２可撓性膜を押圧する第２調整ばねと、
   を有する等圧弁。
2. 第１気体及び第２気体を混合して供給する気体混合装置に前記第１気体及び前記第２気体を可及的等圧で供給するための等圧弁において、
   第１気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第１弁体と、前記第１弁体に接触するとともに、前記第１弁体に関して下流側の圧力を前記第１弁体と接触する側に受けつつ、前記第１弁体を操作して第１基体の流路の開度を調整し、第１気体の下流側の圧力を調整する第１可撓性膜とを有する第１減圧弁と、
   第２気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第２弁体と、前記第２弁体に接触するとともに、前記第２弁体に関して下流側の圧力を前記第２弁体と接触する側に受けつつ、前記第２弁体を操作して第２基体の流路の開度を調整し、第２気体の下流側の圧力を調整する第２可撓性膜とを有する第２減圧弁と、
   前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に設けられ、前記第１減圧弁の前記流路及び前記第２減圧弁の前記流路が開く方向に前記第１弁体及び前記第２弁体がそれぞれ操作されるように前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜を押圧する主ばねと、
   前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間において、前記第１可撓性膜が前記第１弁体を押圧する方向又は前記第２可撓性膜が前記第２弁体を押圧する方向に関して位置調整自在となるように設けられた調整部材と、
   前記調整部材と前記第１可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第１可撓性膜を押圧する第１調整ばねと、
   前記調整部材と前記第２可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第２可撓性膜を押圧する第２調整ばねと、
   を有する等圧弁。
3. 第１気体及び第２気体を混合して供給する気体混合装置に前記第１気体及び前記第２気体を可及的等圧で供給するための等圧弁において、
   第１気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第１弁体と、前記第１弁体に関して上流側の圧力を用いて前記流路が開く方向に前記第１弁体を間接的に押圧し、前記第１弁体に関して下流側の圧力を用いて前記流路が閉じる方向に前記第１弁体を間接的に操作し、第１気体の下流側の圧力を調整する第１可撓性膜とを有する第１減圧弁と、
   第２気体の流路の開度を調整して圧力を制御すべく移動可能に設けられた第２弁体と、前記第２弁体に関して上流側の圧力を用いて前記流路が開く方向に前記第２弁体を間接的に押圧し、前記第２弁体に関して下流側の圧力を用いて前記流路が閉じる方向に前記第２弁体を間接的に操作し、第２気体の下流側の圧力を調整する第２可撓性膜とを有する第２減圧弁と、
   前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間に設けられ、前記第１減圧弁の前記流路及び前記第２減圧弁の前記流路が開く方向に前記第１弁体及び前記第２弁体がそれぞれ操作されるように前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜を押圧する主ばねと、
   前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜の間において、前記第１可撓性膜が前記第１弁体を押圧する方向又は前記第２可撓性膜が前記第２弁体を押圧する方向に関して位置調整自在となるように設けられた調整部材と、
   前記調整部材と前記第１可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第１可撓性膜を押圧する第１調整ばねと、
   前記調整部材と前記第２可撓性膜との間に設けられて前記調整部材の位置に応じて前記第２可撓性膜を押圧する第２調整ばねと、
   を有する等圧弁。
4. 前記第１減圧弁と前記第２減圧弁が共通の弁箱のそれぞれ両端に形成されることにより、該弁箱の中央部分において前記第１可撓性膜と前記第２可撓性膜が所定間隔をおいて対面しており、
   前記弁箱の前記中央部分には前記第１可撓性膜に接近する向き又は前記第２可撓性膜に接近する向きに移動可能とされ、内周面にはばね係止部を備えた環状の調整ナットが前記調整部材として設けられており、
   前記第１及び第２調整ばねは、前記第１可撓性膜及び前記第２可撓性膜と前記ばね係止部との間にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の等圧弁。
5. 前記調整部材は、前記第１可撓性膜に接近する向きに移動可能とされ、内周面にはばね係止部を備えた環状の第１調整ナットと、前記第２可撓性膜に接近する向きに移動可能とされ、内周面にはばね係止部を備えた環状の第２調整ナットを有しており、
   前記第１調整ばねは、前記第１可撓性膜と前記第１調整ナットのばね係止部との間に設けられており、 前記第２調整ばねは、前記第２可撓性膜と前記第２調整ナットの前記ばね係止部との間に設けられており、
   前記第１調整ナット及び前記第２調整ナットがそれぞれ独立して調整可能とされたことを特徴とする請求項４に記載の等圧弁。
6. 前記第１気体及び前記第２気体がそれぞれ空気及び酸素であり、前記気体混合装置が呼吸用の気体を供給するための医療用として使用される請求項５記載の等圧弁。

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