JP2008148859A - 可搬型酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】患者の在宅及び／または外出時でも使用が可能な可搬型酸素濃縮装置の提供。
【解決手段】 空気の取り入れ口から取り入れられた空気を圧縮するための圧縮手段と、圧縮された空気内の酸素以外の所定の成分を吸着筒内で吸着して圧縮された空気内から除去するための吸着手段と、所定の成分が除去された濃縮酸素を蓄積するための製品タンクとを備え、バッテリーでの動作可能な可搬性酸素濃縮装置であって、９０％に濃縮された酸素を連続で少なくとも１Ｌ／分以上患者に供給可能で、酸素濃縮器の本体の筐体に一体的に設けられた取っ手を伸縮自在とし、可搬性酸素濃縮装置の下部には着脱可能なキャスタを備え、全体の重量を６〜１５ｋｇ程度としたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸素濃縮装置に関し、より詳細にはユーザーの使い勝手を向上させるための可搬型酸素濃縮装置に関する。ここで可搬型とは、患者が直接携帯できる重量（例えば、２〜４ｋｇ程度）より重いものの、据置型の重量（例えば５０ｋｇ程度）よりかなり軽く、必要に応じて取っ手を把持し、患者自身が持ち上げることが容易な重量（例えば、６〜１５ｋｇ程度）、高さが６０ｃｍ程度まで、幅が５０ｃｍ程度まで、奥行きが３０ｃｍ程度までの装置を意味する。

慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効な酸素吸入法に使用される酸素濃縮装置は、空気中の酸素を透過し窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いた吸着法が広く使われている。

しかしながら、この種の酸素濃縮装置は、在宅患者が通常家庭内に据置いて使用するものであり、総重量が５０ｋｇ程度と患者にとって非常に重く室内据置型のものであった。患者が外出する場合には酸素ボンベを搭載したカートを押しながら、その酸素ボンベから濃縮酸素を供給する必要があり、患者のＱＯＬを著しく損なうものであった。また、キャスタに酸素濃縮装置を載置し、そのキャスタの取っ手（ハンドル）を設けたものが提案されているが、伸縮自在なものでなく、上下に可動し、固定するときにはその下部が床面に接するようにするものである（特許文献１：特開平１１−２６２５２６号公報）。
特開平１１−２６２５２６号公報

上記課題を解決するための本発明は、患者の在宅及び／または外出時でも使用が可能な可搬型酸素濃縮装置を提供することにある。本発明の可搬型酸素濃縮装置は、空気の取り入れ口から取り入れられた空気を圧縮するための圧縮手段と、圧縮された空気内の酸素以外の所定の成分を吸着筒内で吸着して圧縮された空気内から除去するための吸着手段と、所定の成分が除去された濃縮酸素を蓄積するための製品タンクとを備え、バッテリでの動作可能な可搬性酸素濃縮装置であって、９０％以上に濃縮された酸素を連続で少なくとも１Ｌ／分以上患者に供給可能で、酸素濃縮器の本体の筐体に一体的に設けられた取っ手を伸縮自在とし、可搬性酸素濃縮装置の下部には着脱可能なキャスタを備え、全体の重量を６〜１５ｋｇ程度としたことを特徴とする。吸着手段はゼオライト化合物を含むものであることを特徴とする。また、吸着手段は膜型であることを特徴とする。

患室内から室内への移動／外出時の移動等において、患者の身長の如何によらず、無理な姿勢をすることもなく、取っ手の長さを自由に引き伸ばし、または縮められ、所望の場所に移動するときに大きな労力を用いることなく極めて容易に移動させることができ、患者のＱＯＬが極めて向上する可搬型酸素濃縮装置を提供することができる。

以下に、本発明の好適な一実施形態について添付の図面を参照して述べる。ここで、本発明は様々な修正と変更が可能であり、その内の特定の事例が図面に図示されており、以下に詳細に記述されることになるが、これらに限定されず請求の範囲に規定された範囲で種々の構成が可能であることは言うまでもない。

＜酸素濃縮装置１の全体構成の説明＞
先ず、図１において、（ａ）は一実施形態に係る可搬型の圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置１を前方左斜め上から見た外観斜視図である。（ｂ），（ｃ）は、伸縮可能な（可動式）取っ手の内部の概略構造を示す図、（ｃ）は、伸縮可能な（可動式）取っ手部と連動する係止部の内部の概略構造を示す図である。また、図２は図１に示した可搬型酸素濃縮装置１の背面図である。

図１と図２から分かるように、この可搬型酸素濃縮装置１は、設置場所を最少にするために上下方向に細長いスマートな外観形状を備えている。このため一瞥しただけでは他人に可搬型酸素濃縮装置１であることが知られないように配慮している。

また、特長としては従来の酸素濃縮装置の約３分の１の重さの軽量化、省エネを追求したことで電気代は一日当たり約３４円（電気代を１ｋｗＨ当たり１５．５８円として）とする一方で、付属の着脱可能で繰り返し充電可能な外部バッテリと繰り返し充電可能な内蔵された充電バッテリと家庭用商用（ＡＣ）電源の３系統で使用できることなどが挙げられる。また、特に内蔵バッテリおよび外部バッテリは、停電時におけるバックアップ電源としても使用できるので安心して使える。さらに、バッテリ節約のために吸気に同調して酸素を送り出す「同調モード」に切り替えることが出来る機能を備えている。

また、後述するように、密閉カバーを構成するための図示の表面カバー２と裏面カバー３を射出成形樹脂部品とし、さらに吸着剤を充填した並列に複数配列した吸着筒（本実施例では、２本）を含む他の構成部品についても極力軽量化することで総重量が約１０ｋｇ程度の軽量化（ＡＣ電源使用でキャリア１０を設けない場合）とした。この結果、大人が片手で持ち運べる、所謂可搬型にするための取っ手部分となる酸素濃縮装置１を持ち上げる力に十分に耐え得る強度を備える取っ手（ハンドル）４を図示のように上方に設けており、デザイン的な特徴を演出している。

また、この可搬型酸素濃縮装置１の外形寸法は、全体が丸みを帯びており、具体的には幅Ｗが３５ｃｍ×奥行きＤが２５ｃｍ×高さＨが５５ｃｍである。このため、床面上の占有面積を極力小できることから上記の軽量化とともに小型化を図っている。また、酸素濃縮装置１のデザイン上の特徴点としては、設置床面から酸素濃縮装置１の前面を３次元的に覆うようにした前面カバー２を、図１に示すように取っ手（ハンドル）４の底面に連続するアクセントラインを左右に上下方向に凹状に一体形成し、さらにこれらのアクセントラインで挟まれる部分を淡い暖色系とし、この上方に同色系の操作パネル５を配置する一方で、裏面カバー３を含む残りの部分をベージュないしクリーム系の色としている。以上のようなデザインおよび配色を施した所謂ツートンカラーの近代的なデザインとすることで、酸素濃縮装置１を室内に設置したときに家具などの他の調度品との調和を図れるように配慮している。また、表面カバー２と裏面カバー３は、耐衝撃性を有する熱可塑性樹脂である例えばＡＢＳ樹脂製とすることでデザイン的な自由度を確保している。

なお、室内／屋外での移動を容易にするために取っ手（ハンドル）４は伸縮自在になるように工夫されている。図１（ｂ）は、その概略構成を示す図、図１（ｃ）は取っ手（ハンドル）４のボタン４ａの操作に連動する係止部の概略構成を示す図（図（ａ）におけるＧ部の詳細図）である。ボタン４ａの操作でコイルバネ４ｂに係合し、外部からの力がかからない状態ではその外表面は取っ手（ハンドル）４とほぼ面一になっていて、取って（ハンドル）４の下側を人指し指〜小指で把持しながら親指で簡単に押圧操作できるように長さ（Ｌ）を３０〜４０ｍｍ（大人の掌の横幅の１／２〜１／３程度）、幅Ｗ１を１０〜１５ｍｍに形成している。コイルバネ４ｂは、５０〜２００ｇｗ程度（大人の掌の横幅よりも）の押圧操作でコイルが縮むようになっている。４ｄはクランク部材（クランク棒）で、支点（回転軸）４ｅを中心に回動可能となっている。また、支点４ｅから延設された接合部４ｃでボタン４ａから延設された延設部４ａ−_１と回動可能に連接されている。また、クランク部材（クランク棒）４ｄの接合部４ｃとは反対側の端にワイヤー４ｆの端部４ｆ−_１が接合されている。ワイヤー４ｆの他端部４ｆ−₂で回転部材４ｍの他端部で接合されている。また、回転部材４ｍは、４ｎを支点（回転軸）にして回動するようになっている。また、その端部に付勢部材（コイルバネ）４ｌを設け、その先端に係合部４ｇを設けている。係合部４ｇは基部４ｇ−_１、突起部４ｇ−_２を備えていて、付勢部材（コイルバネ）４ｌによりアルミなどの金属で形成された長さ４０〜５０ｃｍ程度の中空管４ｊの孔４ｊ−_１から突起部４ｇ−_２が突出し、ガイド部材４ｐに設けられた係合凹部または係合孔部４ｐ−_１と係合し、取って（ハンドル）４の伸縮が不動状態となっている。

次に、取って（ハンドル）４を上方向（場合によっては下方向に移動）に伸ばす場合について上記の各要素の機能・動作について説明する。まず、患者が携帯型酸素濃縮装置１の取って（ハンドル）４の下側を人指し指〜小指で把持しながら親指でボタン４ａを押圧する（矢印Ａ１方向）。こうすることで、バネ４ｂが縮み、ボタン４ａから延設された延設部４ａ−_１が下方に移動し、クランク棒４ｄも矢印Ａ２方向に回動し、これと共働してワイヤー４ｆの端部４ｆ−_１が矢印Ｂ方向に回動し、これと共働してくワイヤー４ｆの端部４ｆ−_２が矢印Ｃ方向に引っ張られる。このため、さらに、回転部材４ｍは時計回り（矢印Ｄ方向）に回転し、コイルバネ４ｌに引っ張り力が働き、このため、係合部４ｇが矢印Ｄ方向に移動する。こうして、突起部４ｇ−_２が突出し、ガイド部材４ｐに設けられた係合凹部または係合孔部４ｐ−_１と係合が解除され、上方向に中空管４ｊが移動する。ボタン４ａの押圧を解除すると、コイルバネ４ｌにより付勢された突起部４ｇ−_２が中空管４ｊの孔部４ｊ−_２から突出し、ガイド部材４ｐに設けられた係合凹部または係合孔部４ｐ−_１と係合し、取っ手４の上下方向の伸縮が規制される。突起部４ｇ−_２の外径は、係合凹部または係合孔部４ｐ−_１の内径より若干小さく形成し、クリアランスを設けている。なお、係合凹部または係合孔部４ｐ−_１は、所定間隔、例えば１０ｍｍ間隔でガイド部材４ｐに設けられている。中空管４ｊは長さが４０〜５０ｃｍであり、その外径はガイド部材４ｐの内径より若干小さく形成し、クリアランスを設けることで、取っ手４を摺動抵抗なく、最大で４０〜５０ｃｍ伸張させることができ、また、下部にキャスタ１１を設けているため、患者が携帯型酸素濃縮装置１を極めて上体を屈めるなど無理な姿勢をとらなくても小さい力で容易に引いて移動させることができる。

図１（ａ）において、操作パネル５は、ハンドル４の下方の開口部において裏面カバー３との接合面まで、例えば約１０度の角度で斜め上に延設されており、その上に左から順に、樹脂製の大型ダイヤル式の電源スイッチ６と、樹脂製部品の酸素出口７と、樹脂製カバー付きの酸素流用設定ボタン８と、７セグメントの数字でＬＥＤまたは液晶表示を行う酸素流量表示部９が配置されている。また酸素出口７の上方には、酸素出口７に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられる樹脂製のカプラ１３が示されている。このカプラ１３には鼻カニューラ１４等のチューブ１５の開口部が連通するようにセットされる。

また、場合によっては後述する遠隔操作で使用することもできる。したがって、特に患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらには、左利きの人であっても酸素出口７を中央にして左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、何ら違和感なく操作できることになる。

なお、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を引っかけるための不図示のフックを設けて、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を患者が生活する同じ部屋内で移動する範囲に略相当する全長としてフックから外して使用し、未使用時はチューブ１５を数回巻き付けた後に、鼻カニューラ１４等を接続した状態のチューブ１５をフックに引っかけるようにしても良い。

また、図中の二点鎖線で示した底蓋４１も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製である。この底蓋４１には４つのゴム足２２が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。一方、外出時等の移動時に使用するキャリア１０を２本の固定ネジ１２で底蓋４１に対して固定するように構成されている。このキャリア１０には、上記の各ゴム足２２より大きな孔部１０ｂが対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタ１１を設けている。また、このキャリア１０のベースは軽量化のために軽金属の強化アルミ板製であり、４辺の縁部を全て曲げ加工して強度を確保している。また、後述する外部バッテリを裏側から挿入し所定位置に収容し不動状態にするための収容部１０ｃと、２本の固定ネジ１２を通過させて上記の底蓋４１の雌ネジ部に螺合固定させることでキャリア１０を装置１に対して一体化するための孔部１０ａがそれぞれ設けられている。

次に、図２を参照して説明する。裏面カバー３は、合計で８本の複数の固定用のネジ１６により上記の表面カバー２に対して固定されることで密閉カバーを構成している。この裏面カバー３も上記の前面カバー２と同様に、耐衝撃性の熱可塑性樹脂の例えばＡＢＳ樹脂製である。この裏面カバー３に一体形成される前後方向半分のハンドル４の下方に手が入るようにした開口部の下方には、内部に外気導入フィルタ２０を交換自在に収容したフィルタ交換用蓋１７が着脱自在に設けられている。

この裏面カバー３の下方の左右部分には後述する排気を行う排気口３ａ、３ｂが格子を設けた状態で形成されている。また、各排気口３ａ、３ｂの間の部分は、上方に切り欠かれた切り欠き部となっており、外部バッテリコネクタ１３１、ＡＣアダプタコネクタ１３０を図示のようにこの切り欠き部から夫々露出させている。さらに、図示のＡＣアダプタ１９のＡＣケーブル１９ａ端部のコネクタ１９ｂはＡＣアダプタコネクタ１３０に挿入されて酸素濃縮装置１へのＡＣアダプタ（交流１００Ｖ）１９から酸素濃縮装置へ電力の供給を行う。また、繰り返し充電可能な外部バッテリ２２７のコネクタ２２７ｃをバッテリコネクタ１３１にセットすることで、外出時、室内（屋内）等での移動時などにおいて、患者に供給される酸素流量にもよるが、最大２時間程度のバッテリ駆動を可能になる。

さらに、繰り返し充電可能な内蔵バッテリ２２８（図７を参照の事）も備えており、ＡＣ電源（商用電源）、外部バッテリ、内蔵バッテリの３系統の電源としている。また、使用する電源の優先順位をＡＣ電源、外部バッテリ、内蔵バッテリとすることで、特に内蔵バッテリの温存を図るようにしている。この外部バッテリ２２７の表面には押圧されることでバッテリ残量を表示する残量確認ボタン２２７ａと、残量確認のためにこの残量確認ボタン２２７ａが押圧されると残量１００％で複数、例えば５個の表示部が点灯し、残量２０％で１個の表示部が点灯する複数段階（５段階）表示を例えばＬＥＤ表示するための残量確認モニタ２２７ｂを備えている。また、この外部バッテリ２２７は例えばリチウムイオン電池などの二次電池であり充電器が一体的に設けられた専用設計されると良い。または、ＡＣ電源に接続される充電器から充電を行うようにしても良い。このように構成された充電式バッテリ２２７を、使用前に充電残量を必ず確認することで、外出先でバッテリ切れが起こる最悪の事態にならないようにしている。

また、キャリア１０には、収容部１０ｃをはさんでコードフック２１、２１が固定されており、上記のＡＣアダプタケーブル１９ａを巻き付けるようにして移動時に邪魔にならないようにしている。

次に、図３は鼻カニューラ１４等の延長チューブセットの外観斜視図である。本図において、鼻カニューラ１４等のチューブ１５にはカプラ１３を介して延長チューブ３１を接続するために樹脂製の中継カプラ３０が接続されている。このように延長チューブ３１を接続することで最長約１５ｍの長さまで延長できる結果、患者の移動範囲を大きくでき、さらなるＱＯＬの改善ができることとなる。

次に、図４は酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、電源スイッチ６は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。また、この電源スイッチ６は殆どの部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられているので、例えば患者がつまづくなどして操作パネル５に対して激しくぶつかった場合でも、怪我などをしないように安全上の配慮がされている。この電源スイッチ６のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した運転状態ランプ１２８ａが設けられている。また、この運転状態ランプ１２８ａの上にはバッテリ残量モニタ１２８ｄが設けられている。

また、中央の酸素出口７についても図示のように全ての囲い部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられている。この酸素出口７の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示を横に印刷した警報表示部１２８ｃが設けられている。この警報表示部１２８ｃの下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプ１２８ｂが設けられている。

そして、酸素流量設定ボタン８は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ８ａ、８ｂとして設けられており操作パネル５の操作面と略同一面となるように設けられている。この酸素流用設定ボタン８は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ(リットル）から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に酸素流量の設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部９で表示するようにしている。また、同調ランプ２５は、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられている。また、動作インジケータ２５ａは、呼吸に同期して点滅表示することにより患者に知らせるために設けられている。以上のように操作パネル５に配置された各操作部は使用上の安全性および高齢者の使用を前提として必要最小限度の操作を行うようにしている。

図５(ａ)は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、図５(ｂ)は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また図５(ｃ)は、酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。先ず、図５（ａ）において、バッテリ残量表示部１２８ｄは、電源オンで約２秒間全点灯する。その後に、内蔵バッテリ２２８（図７参照）または外部充電式バッテリ２２７の残量が１００％であると、左側に設けられた発光ＬＥＤを内蔵したランプが緑色に点灯（連続して光る）するとともに、複数段階（例えば、５段階）の表示部の全てが図示のように点灯表示される。また、バッテリ残量が満充電に対して所定割合（例えば、２０％）減る度に、右側から順次消灯するとともに点灯数が次第に少なくなり、残り１つの点灯状態になるとオレンジ色等の注意色で点灯して、内蔵のブザーまたは後述する音声ガイドで警告できるように構成されている。

そして、充電式バッテリの残量が満充電に対して所定割合（例えば、１０％）以下になると左側に設けられた発光ＬＥＤを内蔵したランプが赤色等の警報色に点滅（間欠的に光る）するとともに、所定間隔、例えば、５分おきに内蔵のブザーまたは音声ガイドでその旨を警告する。このようにして、特に外出時や停電時におけるバッテリ駆動モードでの使用上の安全性を確保している。なお、内蔵バッテリ２２８と外部充電式バッテリ２２７のバッテリ残量表示部１２８ｄを、内蔵バッテリ２２８と外部充電式バッテリ２２７それぞれに対応するように別々に表示し、視認しやすいようにしてもよい。

次に、図５（ｂ）において、警報表示部１２８ｃは「点検」の文字が印刷されており、酸素濃度が低下したときに内蔵のランプが点灯して知らせるようにしている。また装置側の異常発生時にはブザーも鳴り音声ガイドとともに知らせるようにしている。また、停電で装置が停止したときには、点滅して知らせる一方で、ブザーおよび音声ガイドで特に視覚障害者に対して確実に知らせることができるようにしている。

そして、図５（ｃ）において、酸素ランプ１２８ｂは、酸素が正常に酸素吸入されているときには内蔵のＬＥＤが緑色に点灯する。また、酸素が出ていないときあるいは酸素濃度が低下したときには消灯する。そして、同調モード（呼吸同調モード）で、一定時間、例えば３０秒程度呼吸状態を検出できなかった時に警報色である赤色に点灯し、ブザーを鳴らすとともに音声ガイドで知らせるようにしている。また、吸気に同期して濃縮酸素供給を行う同調モードで運転中の場合にはその旨を患者に視認させるために呼吸パターン（酸素出力）に実質的に同期して緑色に点灯または点滅して知らせるようにしている。こうすることで、患者は正常に濃縮酸素が供給されていることを確認できる。

一方、電源スイッチ６をオンすると、ブザーが鳴り音声ガイドとともに、全てのランプが２秒間緑色に点灯する（初期セルフチェック）。そして、バッテリ駆動モードで使用するときには、その後に５段階の表示部において残量に応じて点灯表示される。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン８の増減スイッチ８ａ，８ｂを操作し所定流量に設定すると酸素供給が開始されることとなる（増減スイッチ８ａを押すことで酸素流量が増加し、増減スイッチ８ｂを押すことで酸素流量が減少）。なお、通常に酸素濃縮装置１を停止させた場合、一時記憶装置２０６に前回の動作条件（酸素流量，同調モードの有無）が記憶される。このため、初期セルフチェックの後、酸素流量設定ボタン８を押さない場合、自動的に前回の動作条件で濃縮酸素の供給を行なうようになっている。なお、その旨（前回と同一動作条件等）を音声ガイドで合わせて知らせるようにしてもよい。

停止時には、電源スイッチ６をオフすると、酸素ランプ１２８ｂが消灯し、しばらくの間、運転ランプ１２８ａが点滅した後に自動的に終了する。患者が毎日行う作業として、裏面カバー３に設けられた外気導入フィルタ２０に付着したゴミや埃などを掃除機で取り除くことがある。この作業を簡単にできるようにするために外気導入フィルタ２０を容易に着脱できるように構成されている。

図６(ａ)は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にするための様子を示した外観斜視図、(ｂ)は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また(ｃ)は、図６(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。先ず、図６（ａ）において、裏面カバー３には外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１を穿設した開口部３ｋが設けられており、この開口部３ｋに対して交換用蓋１７が図示のように着脱可能に設けられている。また、この開口部３ｋは交換用蓋１７の全体を埋没する容積を有しており、上方において指先が入る凹部３ｃを形成している。次に、図６（ｂ）において、交換用蓋１７は図示のように横方向の開口部１７ｂと４隅の起立部１７ａが設けられており、起立部１７ａで囲まれる部分の中に連続気泡のスポンジ製の外気導入フィルタ２０を、それ自体の有する弾性力により不動状態で収めるようにしている。この起立部１７ａは、開口部３ｋへの取付壁部を兼ねている。このため、図示の状態で外気導入フィルタ２０を取り出し、水洗により洗浄するか、新品に交換することで、交換用蓋１７にセットするようにして元に戻せることとなる。図６（ｃ）において、交換用蓋１７が図示のように開口部３ｋにセットされると、本体の遮蔽板３２の端面３２ａが外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１の殆どの部分を覆い隠し、わずかに上方部分を残す状態になる。この結果、外気は矢印Ｆ方向に内部に導入されることになる。このように遮蔽板３２で内部から裏面カバー３を覆うことで騒音が外部に漏れることを効果的に防止している。すなわち、酸素濃縮装置１の外部に対する開口部分としては、この開口３Ｋ１と上記の排気口３ａ、３ｂのみとするとともに、開口面積は後述する原料空気の流量を確保するために必要となる最少限度とすることで、内部から発生する音が外部に極力漏洩しないようにして運転時の騒音レベルの３８デシベル以下を実現可能にしている。さらに、密閉カバー構造により周囲を完全に覆い且つ出口部分を少なくして防音に加えて防水対策も可能にしている。遮蔽板３２は黒色樹脂の成形部品として準備され、スピーカ２３と、外部通信コネクタ１３３が図示のように固定される。また、酸素濃縮装置１は通常、部屋の壁面から狭い間隙を経て設置されるので、外気導入と排気を裏面カバー３側から行うことで、外気導入と排気音が最も低くなる個所からの排気を可能にしている。一方、上記の裏面カバー３の凹部３ｃは図示のように指先が入るようにして交換用蓋１７を外側に取り出せるようにしている。以上が患者が直に使用する構成部分である、

以下に具体的な内部構成について図７から図１３を参照して述べる。
＜酸素濃縮装置１の配管およびブロック図の説明＞
図７は、酸素濃縮装置１のブロック図を兼ねて図示した配管図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛するとともに、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮手段（圧縮空気発生部）と減圧手段（負圧発生部）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバー２と裏面カバー３については密閉容器として図中破線で図示されている。

図７において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記のフィルター交換用蓋体１７（図６参照）に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４、１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。すなわち、後述するように上段部材上に送風ファン１０４、１０４を配設し下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線図示の）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気マフラ１０２とが設けられている。このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮手段１０５ａと、減圧手段１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプ（例えば、外径６ｍｍ内径４ｍｍのアルミ管）とし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。このように圧縮空気を冷却することで高温では機能低下する吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着手段（本実施例では、並列に少なくも２つ配置された、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ）に対して交互に供給される。このため切換弁（３方向切換弁）１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるため（パージ（浄化）を行うため）に減圧手段１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤であるゼオライトは、SiO2／Al2O3比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのAl2O3の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やしている。特に、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。

このようなゼオライトを使用することで、同じ酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０５を小型のタイプとすることができ、低騒音化を一層図ることができた。一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が図示のように配管されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ１１４が接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定ボタン８に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６が接続されている。またこのセンサ１１６の下流には呼吸同調制御のための負圧回路基板１１８を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、装置１の酸素出口７に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ１４等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になることとなる。

次に、図７において電源系統は、ＡＣ（商用交流）電源を所定直流電圧に整流するスイッチングレギュレータ式のＡＣアダプタ１９に接続されたＡＣ電源のコネクタ１３０を中継して接続されるＡＣアダプタ１９と、装置本体に内蔵される内蔵バッテリ２２８と、上記のコネクタ１３１を介して着脱自在可能に設けられる外部バッテリ２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵バッテリ２２８は電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電される。なお、少なくとも内蔵バッテリ２２８は、少なくとも５００回（数１００回程度）程度の繰り返し充放電が可能で、バッテリ残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、バッテリ残量、残充電容量、充放電回数を外部の携帯端末などで確認可能なマネジメント機能を有するものが好ましい。また、外部バッテリ２２７については、コネクタ１３１を介する接続状態において、電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電することもできるが、通常は別途準備されるバッテリチャージャーを用いて繰り返し充電される。または、専用設計されたバッテリチャージャーを一体化した外部バッテリ２２７として準備してもよい。以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置はＡＣアダプタ１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵バッテリ２２８からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態と、外部バッテリからの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態との３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えされて使用される。この自動切換えのための優先順位は上記の第１電力供給状態、第３電力供給状態、第２電力供給状態の順序で自動決定するように中央制御部２００により電源制御回路２２６が制御される。また、電源制御回路２２６と、内蔵の内蔵バッテリ２２８については酸素濃縮装置１の低重心化を図るために後述するように底面に配設される。一方、外部バッテリ２２７は上記のようにキャリア１０の収容部に内蔵されることで外出時などで使用可能になる。この外部バッテリ２２７には上記の充電残量表示部他が設けられているので残り使用時間を音声ガイドとともに知ることができる。ＡＣアダプタ１９は周波数の違いの影響および電圧の変動を受けずに所定直流電圧を発生することが可能であり、かつまた小型軽量に構成できるスイッチングレギュレータ式が良いが、通常のトランス式でも良い。また、内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は充電時のメモリ効果が少なく再充電時にも満杯充電できるリチウムイオン、リチウム水素イオン２次電池が良いが、従来からのニッカド電池でもよい。さらに、緊急時に備えて、どこでも入手可能な単２乾電池のボックスとして外部バッテリを構成してもよい。

また、酸素濃縮装置１の中央制御部２００は、生成する酸素量に応じた、最適な動作モードに切り替える機能を備えており、自動的にコンプレッサ１０５、送風ファン１０４を、多くの酸素生成をする場合は高速に、少ない酸素生成時において低速に回転駆動する制御を行うことで特に、内蔵バッテリ２２８を温存させるようにしている。この結果、外部バッテリ２２７を充電し忘れた場合であっても突然の外出時や停電時等の対応が可能になるように配慮されている。こうすることで例えば、外出時に外部バッテリ２２７が残量ゼロになった場合でも内蔵バッテリ２２８で継続使用できるようになるので、患者は安心して使用できる。

＜電源選択の自動選択動作の説明＞
図８は、電源選択の動作説明フローチャートであって、図７に図示された３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えする一制御例を示している。電源投入直後は、接続されている全ての電源は電源制御回路２２６により一時的に並列に供給されている。本図において、酸素濃縮装置１の電源スイッチ６が押圧されると中央制御部２００の動作プログラムが起動され初期化後にステップＳ１に進み、電源種別判断が実行される。次に、ステップＳ２に進み、装置１はＡＣアダプタ１９が接続され商用電源からの通電が行われて電力供給可能になっているか否かの判断が行われる。このステップＳ２の判断で電力供給可能であると判断されるステップＳ３に進み、電源制御回路２２６によりＡＣアダプタ１９よりの供給のみに自動切換えされることにより第１電力供給状態にセットされて処理が終了する。
電源供給状態は常に変化するため、処理終了後はＳ１に戻り、電源監視を継続する。商用電源からの通電が行われているときは、内蔵バッテリ２２８、外部バッテリ２２７の順に充電を実施する。ここで、ＡＣアダプタの出力電圧は直流３０Ｖであるが、内蔵バッテリと外部バッテリの出力電圧は２９Ｖであるので、制御部による判断が可能となる。また、内蔵バッテリと外部バッテリの判断はコネクタ接続の有無から判断できることとなる。また、ステップＳ２でＡＣアダプタ１９からの電力が供給可能になっていないと判断されると、ステップＳ４に進み最初に外部バッテリ２２７が接続されているか否かの判断が行われる。このステップＳ４で外部バッテリ２２７が接続されていると判断されるとステップＳ５に進み外部バッテリ２２７からの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態となる。これに続いてステップＳ６においてバッテリ残量の検出を行い、次のステップＳ７でバッテリ残量が十分であるか否かの判断が行われる。ステップＳ７でバッテリ残量が十分であると判断されると、電源制御回路２２６により外部バッテリ２２７よりの供給のみに自動切換えされ、Ｓ１に戻り電源監視処理を継続する。しかし、ステップＳ７でバッテリ残量が十分ではないと判断されると、ステップＳ８に進み電源制御回路２２６により内蔵バッテリ２２８に自動切換えする。次に、ステップＳ９において、内蔵バッテリ残量の検出を行うことで検出結果を操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄで行う。以上で装置１を最後まで温存された内蔵バッテリ２２８の電力供給を受けて作動できる第２電力供給状態にすることができる。この後、ステップＳ１０で内蔵バッテリ残量が十分であるか否かの判断が行われバッテリ残量が十分であると判断されると電源制御回路２２６により内蔵バッテリ２２８に自動切換えＳ１に戻り電源監視処理を継続する。一方、ステップＳ１０で内蔵バッテリ残量も十分でなくなった場合にはステップＳ１１に進みバッテリ切れの警報または音声ガイドを発生する。

再度、図７において、上記の３電源系統のうちの一つから電力供給を受けて作動する中央制御部２００には上記の電源スイッチ６と上記の表示用のＬＥＤ素子を図５で説明したように点灯、点滅駆動するとともに、７セグメントＬＥＤで設定流量、積算時間を表示するように駆動する表示駆動部２０４とが図示のように接続されている。また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の直流モータおよび送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、外部記憶装置２１０と揮発メモリ２０５と一時記憶装置２０６とリアルタイムクロック２０７とがさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるための負圧発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。ところで、総重量が約１ｋｇのコンプレッサ１０５はモータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御器１２３ａであって後述する正弦波駆動波形によりモータの駆動制御が行われることで運転音を低くしている。このコンプレッサ１０５は、各速度で運転可能であって、必要な真空（負圧）／正圧の圧力レベルと流量を発生でき、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であって僅かな電力消費で運転できることが好ましい。可変速度制御手段である可変速度制御器をモータ制御部２０１に備えることにより、患者の活動レベル、環境条件に基づいてコンプレッサ１０５の速度を自在に変化させることができる。この結果、患者が座ったり、寝たりしている等、患者の酸素要求が比較的低いことがデマンド弁１１７によって呼吸同調により判断されると、コンプレッサ１０５の駆動回転速度を自動的に落とすことができる。また、患者が立ったり、活動的であったり、酸素濃度の低い高地にいるときなど、患者の酸素要求が比較的高く、酸素要求量が高まったと判断されると速度を自動的に高めることができるように構成されている。以上のモータ制御によって装置１全体の消費電力が低減され、充電式バッテリでの駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１０５の摩耗度を低めて寿命を延ばすことで信頼性を向上させるようにできる。このコンプレッサ１０５は、上記のように圧縮空気発生と負圧発生の両方の機能を備えるものであり、取り出される酸素流量に応じて回転数が自動制御される。具体的には、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御され、通常の速度である１７００ｒｐｍ程度で回転するときの操作寿命を１５０００時間と長くできるようにしている。また、このコンプレッサ１０５は、空気を１００ｋＰａ、好ましくは７５ｋＰａ程度に圧縮する性能を備えている。また、上記の操作寿命が経過すると音声ガイドにて知らせる機能を備えている。このコンプレッサ１０５を取り巻く操作温度は、０℃〜４０℃であり、コンプレッサ１０５用の駆動電圧は、自動車やトラックなどのシガーライターアダプタから得られる電源である直流１２Ｖまたは２４Ｖであって、電力使用量は、約４５〜８０Ｗ程度である。このため、最悪の場合にはコネクタ１３１に接続して電源供給することもできる。

ここで、負圧破壊弁１２０、１２１のそれぞれの役割は、コンプレッサ１０５の減圧手段側の真空度を自動調整するものである。すなわち、装置１に採用されるコンプレッサ１０５は圧縮手段と減圧手段の両機能を備えているので、小型軽量化できるという利点がある。しかしながら、このように一体化されたコンプレッサは、加圧専用コンプレッサや真空（負圧）専用コンプレッサに比較して振動が大きくなるという問題がある。特に、圧縮工程に振動が激しくなり、均圧工程時には３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂの流路２４ｆは圧縮手段（圧縮空気発生部）１０５ａ側と一方の吸着筒対１０８ａ側が連通され、このとき減圧手段（負圧発生部）１０５ｂ側は遮断された状態となるために、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと減圧手段（負圧発生部）１０５ｂの流路２４ｆ内圧力は極端な高真空状態となることによる。この高真空状態を解消するために、外気と連通するように負圧破壊弁１２０を図７に図示のように配管する。均圧工程と同期して、負圧破壊弁の1つ負圧破壊弁１２０を開状態に動作させることで、流路内に外気が入り込むようにして、流路内を大気圧により近い状態とする。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与するようにできるようになる。負圧破壊弁の1つ負圧破壊弁１２１は、後述するように設定酸素流量に応じてオン状態にされて開状態にされる。

一方、このコンプレッサ１０５の冷却と、装置１内部の冷却を行うための上記の送風ファン１０４、１０４は、消費電力約２．７Ｗ程度である。このブロアに代えて軸流ファンでもよい。ここで、装置１の最大騒音圧力レベルは、最大の回転数のときに３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合には３３ｄＢＡである。３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂには、一般的に直動式と呼ばれる弁の動作を通電時の磁力で行う電磁弁が使用可能である。この種の電磁弁は電気の力だけで主弁を動作させるため消費電力が高いという問題点がある。そこで、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂとしてパイロット式３方向切換弁を使用することもできる。このパイロット式３方向切換弁によれば、僅かな消費電力とコンプレッサからの空気圧を有効利用して動作させることが出来るために従来の８Ｗから０．５Ｗにまで低減される結果、大幅な電力低減が期待されることになる。以上の各構成部品は、低騒音化された小型の酸素濃縮装置１の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して主に二段式防音室３４を取り付け部として固定されている。即ち、騒音発生の大きなコンプレッサ１０５と、送風でコンプレッサ１０５の冷却を行うために送風音が発生する送風ファン１０４と、吸気用バッファタンク１０２の空気導入口と３方向切換弁１０９と、排気時に排気音が発生する消音器１１０と他の各種弁を内周面全面に防音材を敷設した二段式防音室３４の内部に配置し、この二段式防音室３４の外壁部分を有効利用して上記の遮蔽板３２と、吸着筒体１０８ａ、１０８ｂと、製品タンク１１１と、吸気用バッファタンク１０２と、各種制御基板２００、２０１、２０２と、上記のように酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２と、圧力調整器１１２の下流側の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、酸素流量センサ１１６と呼吸同調制御のための負圧回路基板１１８に接続されるデマンド弁１１７とが固定されている。このように振動または騒音発生の伴う構成部品は二段式防音室３４内部において防音状態でそれぞれ設けることで、圧縮空気の供給音と、外部空気の導入音と、原料空気を作るための濾過空気の導入音と、例えば３方向切換弁の作動音と消音器１１０から周期的に発生する排気音が外部に漏れないようにして騒音低減を図っている。また、上記のように前面カバー２と裏面カバー３は外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口３ａ、３ｂを介して外部に排出するための必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成することで同様に騒音低減を図っている。

次に、図９は、酸素濃縮装置１の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、下方より、上記のゴム足２２を四隅に固定した図１で二点鎖線で示した樹脂製の底蓋４１が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジ１６を用いて固定されている。このベース体４０は、４面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１、１３０が固定されている。また裏面カバー３の各排気口３ａ、３ｂに対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ、４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の３方側から固定ネジ１６で固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆを３方から一体成形している。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂをさらに穿設している。

次に 二段式防音室３４は、図面の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４を固定し、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５として上記のような軽量金属板から構成されている。この二段式防音室３４は、図示のように手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を複数の固定ネジ１６で固定するようにしている。このために二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ、３５ａ（破線図示）とが穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、配管２４をラバーブッシュを介して固定するための複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４を支持するとともに振動防振機能をラバーブッシュと協働して行うように構成されている。また、各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の３方向切換弁１０９他が配置されている。この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０２と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。

製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジ１６を用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジ１６で固定されるとともに上記の各制御基板２００、２０１、２０２他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と流量センサ１１６とデマンド弁１１７と回路基板１１８ａとが固定されている。以上のように略全ての構成部品をベース体４０上に固定された二段式防音室３４の外壁を取り付け面として固定する構造とすることで、小型化が実現でき、しかも４方向からアクセス可能となるので組立作業性が大幅に向上されるので自動組立ライン化も可能となった。また、上記の表面カバー２と裏面カバー３はベース体４０から放射状に張り出さないようにすることで省スペース化にも大きく寄与できた。

図１０は、図９で示した各構成部品をベース体４０上に組み付け後の酸素濃縮装置１の内部構成を示すために反対側から見た外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０上において、隙間なく全ての部品が固定されている。この酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定するために、ベース体４０の外周面には一方の鍔部４８が形成されている。また、表面カバー２の裏面には独立気泡のウレタンスポンジ製の吸音材５１が敷設されている。また、上記の操作パネル５に配置される各ランプ類と表示部の表示駆動部２０４を実装した実装基板１２８が図示のように固定されている。また、この表面カバー２の下方にはベース体４０の外周面に形成された一方の鍔部４８を上下方向から挟むようにした他方の鍔部５０、５０が上下に夫々一体成形されている。さらに、この表面カバー２の突合せ面２ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の雌ネジ部となるインサートナットをインサート成形した形状部２ｈが複数箇所に成形されている。また、裏面カバー３の突合せ面３ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の挿通孔となる形状部３ｈが複数箇所に成形されている。

図１１は、表裏面カバー２、３を固定する様子を示す断面図である。本図に示すように表裏面カバー２、３をベース体４０に固定するために各カバー２、３を突合せ面２ｐ、３ｐで当接させると、ベース体４０の一方の鍔部４８が他方の鍔部５０、５０の間に入る状態になる。この後に固定ネジ１６で固定することで密閉カバーが完成する。以上のように構成することで省スペース化を実現できることとなる。このため表面カバー２、裏面カバー３と上記の底蓋４１、ベース４０は、ＡＢＳ樹脂材料を用いて射出成形される軽量部品として準備され、樹脂部品の総重量は２．６ｋｇであり、装置１の全重量１０ｋｇの約２６％となった。ここで、表面カバー２と裏面カバー３とから形成される同じ表面積を有するカバーを、従来からの木製筐体であって加工が容易であり、かつ寸法に狂いが生じにくく軽量で防音性能が優れているＭＤＦ（Medium Density Fiberboard）木製とした場合には重量が約４．６ｋｇとなる。また、木製筐体は板厚が１ｃｍ前後の平らな板状であるので図示のような曲面状にするためには、これらの板部材を重ねるとともに、曲面状に加工することになるので約８ｋｇとなってしまう。このために、目標重量の約１０ｋｇは到底達成できなくなる。しかしながら、例えば室内常設タイプであって軽量にする必要の無い場合には上記のＭＤＦで密閉カバーを作ることもできることは言うまでもない。

＜二段式防音室３４の説明＞
次に、図１２はコンプレッサ１０５を防振・防音状態で収納する二段式防音室３４の下段部材３７の要部を破断して示した外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、二段式防音室３４の内周面には制振材と独立気泡スポンジとを多層構成した防音材が敷設されている。上記のようにコンプレッサ１０５は圧縮空気発生部１０５ａと負圧発生部１０５ｂを一体形成しており、アウターロータ式の電動モータの出力軸５６に固定されるクランク軸周りにコンロッド５７、５８に連結されるピストンを設けている。このクランク運動する１対の水平対向ピストンはシリンダに夫々往復移動可能な密閉状態で設けられており、一方のピストン６０により空気圧縮部１０５ａが構成され、他方のピストン５９により負圧部１０５ｂが構成されている。このために各ピストンの圧縮面には不図示の一方向弁が夫々搭載されている。また、この１対の水平対向ピストンの往復移動方向は二段式防音室３４の底面に対して平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると矢印Ｖ、Ｖ方向に大きく振動する。このためにコンプレッサを二段式防音室３４内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台６１でコンプレッサ１０５を上下から挟むように固定して振動を効率的に吸収できるように構成されている。すなわち、前後２つのコイルバネ６２（手前側のみ図示されている）を固定し、不図示のラバーブッシュをさらに内蔵して図示のように下段部材３７上に固定している。また、コンプレッサ固定台６１は軽量化のためにアルミ板製がよい。以上の構成によりコンプレッサ１０５が起動されると、コイルバネ６２が適度に圧縮と伸張を繰り返し行う一方で、上記のように上段部材３６に対してラバーブッシュを介して固定された配管２４も適度に圧縮と伸張を繰り返し行うことで、実質的に６点支持状態で防振されて支持することができるようになる。また、コンプレッサ固定台６１は直流モータ部分のみを保持するために送風ファン１０４によるコンプレッサ１０５の冷却のための送風が邪魔されず円滑に行えることとなる。 図１４は、コンプレッサ１０５および送風ファン１０４を防音状態で収納する二段式防音室３４の要部を破断して示した側面図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、密閉箱３５の左右壁面には上段部材３６と下段部材３７とを個別に矢印方向に引き出すように構成されており、図示の位置での点検作業を可能にしている。以上の構成により、組付け作業とオーバーホール時の作業が大幅に改善されている。

次に、図１４は、外気導入空気と、原料空気および排気空気の流れる様子を示した模式図である。本図で、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、外気導入フィルタ２０で一次濾過された空気は矢印Ｆ１方向に密閉カバー内（２、３）に導入される。導入された空気は、矢印Ｆ２方向にそれぞれ分岐するように２個の送風ファン１０４により吸い込まれて二段式防音室３４の第１開口部３５ａを介して二段式防音室３４内に流入する。コンプレッサ１０５は発熱するためが大きく冷却しないと５０℃以上に温度上昇するので効率的に冷却する必要があるので、上段部材３６の開口部３６ａからの送風によりコンプレッサ１０５を冷やすようにしている。また二段式防音室３４内に導入された空気の一部を原料空気として使用するために配管２４内を矢印Ｆ３方向に通り、二次濾過を行うフィルタ１０１と吸気バッファタンク１０２を通過後に矢印Ｆ４方向に流れ圧縮空気発生部１０５ａに向かう。このようにして、吸気音は完全に遮断されることになる。また、排気は内蔵された消音器１１０で充分に消音された後に、下段部材３７の開口部３７ｂを矢印Ｆ５方向に出てから各排気口２ｃから矢印Ｆ６方向に外部排気される。以上のように実質的に酸素を生成する上で必要となる主構成部品を全て二段式防音室３４内で防音する事で、連続する騒音源となるコンプレッサ１０５の音は、唯一の開口部となる空気の排出口２ｃから外部に出されることとなる。このときの音エネルギーは、反射、吸音を繰り返して減衰される結果、耳障りな音は低減される。さらに、防音室内部は、内面に吸音材５１を貼ることにより、騒音源は最小限に抑えられ、更には、従来のような排出通路と酸素の生成に必要な部品とが区分けされている酸素濃縮装置に比べて、効率良くスペース使うことが出来るため、装置の小型化とメンテナンス性を大幅に向上できる。尚、以上は本発明の医療用の酸素濃縮装置１を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、空気中から窒素を吸着して、酸素を生成するための触媒担体として、SiO2／Al2O3比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつ前記Al2O3の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させることにより、吸着筒体は１本にすることもできる。さらに、カバーのデザインは上記構成に限定にされないことは言うまでもない。

以上の構成により酸素濃縮装置１の電源スイッチ６がオンされることで、所定電圧の供給が開始され、セルフチェックが行われる。これに続きコンプレッサ１０５と、送風ファン１０４、１０４と、３方向切換弁１０９への通電が行われることで、外部空気の導入が行われ、それに伴う空気導入音が連続的に発生する。同時にコンプレッサ１０５の振動やその振動に伴う騒音、各吸着筒に及ぶ配管からの透過音が連続して発生する。これに続き、導入された空気は一方の３方向切換弁１０９ａを経て第１吸着筒体１０８ａに導入されて、生成酸素は後述する逆止弁を通り、製品タンク１１１に流れ込み圧力が次第に上昇する。所定の圧力になると均等圧弁１０７が所定時間 「開状態」となる。第１吸着筒体１０８ａで濃縮された一部の酸素を使用して、第２吸着筒体１０８ｂの、洗浄が行われ、続いて均圧工程が行われる。また、均圧工程と同期して負圧破壊第１弁１２０が動作されることによりコンプレッサの振動を低減する。及び次の加圧に備えた準備が行われる。

次に、第１吸着筒体１０８ａの脱着工程（窒素や水分の排出）と第２吸着筒体１０８ｂへの圧縮空気の取入れを行うべく３方切換弁１０９ｂが作動する。第２吸着筒体１０８ｂに流れ込んだ圧縮空気で分離生成された酸素は不図示の逆止弁を介して製品タンク１１１中に流れる。その後所定の圧力となったことが圧力センサ２０８で検出されると均等圧弁１０７が所定時間「 開」となる。この後に、第２吸着筒体１０８ａの洗浄及び均圧工程が行われる。以上のように均等圧弁１０７が開かれることで、第２の吸着筒体１０８ｂで生成された酸素が第１の吸着筒体１０８ａの出口部に送り込まれるので、内蔵のゼオライトの洗浄化が行なわれることになる。以上の切換動作を所定タイミングで繰り返し行うことで、連続した酸素の安定供給が可能としている。尚、流量センサ１１６は、上記のように使用する酸素流量を決定するための流量設定で設定された設定値を読み取るものであるが、さらに、チューブ折れ等の外乱要因により流量低下した場合に備えて、実流量を測定して音声ガイドにて知らせるようにしている。従来の酸素濃縮装置によれば外部空気導入通路を長く設定し、かつ多くの屈折回数を与え、さらに吸音材を設けた遮音箱内に収容していた。このために静かな酸素濃縮装置は大型化するとされていた。また、ゼオライトを充填した吸着筒は、温度上昇すると窒素吸着量が減少するために温度の影響を受け難い場所において離間して配置されるのが一般的であった。このため、配管経路が長くなることによる圧力損失も無視できない場合があったがこれらの問題は、図７に示した構成と後述する機械的構成により全て解決される。

次に、図１５（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以上の場合の第１吸着筒体１０８ａの吸着工程、（ｂ）は洗浄工程、（ｃ）は第１吸着筒体１０８ａの均圧工程、図１６（ｅ）は酸素流量が毎分１．２５リットル以下の場合の上記の第１吸着筒体１０８ａの吸着工程、(ｆ)は洗浄工程、（ｅ）は第１吸着筒体１０８ａの均圧工程を夫々図示した模式図である。

そして、図１７（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以上の場合のバルブ動作シーケンスを示し、図１７（ｂ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル未満の場合のバルブ動作シーケンスを示している（斜線部はバルブが動作している状態を示す）。図１８（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以上の場合の均圧工程時における配管２４ｆ内の圧力を示しており、負圧破壊弁１２０の「あり」と「なし」を示すために時間経過に伴い変化する圧力チャートであり、図１８（ｂ）は酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル未満の場合の配管２４ｆ内の圧力を示し、負圧破壊弁１２１の「あり」と「なし」の場合の圧力チャートである。

図１８（ａ）から解るように、負圧破壊弁１２０を作動させた場合と作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力に違いが見られる。作動させない場合に現れるスパイク的圧力変化がコンプレッサへの激しい振動を発生させ電力をも増加させる要因であり、負圧破壊弁１２０の効果が見られる。

図１５（ａ）において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、均等圧弁１０７が、図示のように２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されている。この均等圧弁１０７は、圧力センサ２０８で筒体内の最高内圧値が検出されると２本の吸着筒体の間の均等圧化を行うように制御部２０２からの通電で開状態にされる。また、この均等圧弁１０７に対して平行となるように絞り３０６が配管されており、適度な酸素供給を他方の筒体内に送るようにしている。一方、配管２４の合流点の手前には各筒体から製品タンク１１１に生成された酸素が供給されるようにした逆止弁３０７ａ、３０７ｂがそれぞれ接続されている。

そして、図７の３方向切換弁(主電磁弁)１０９ａ、１０９ｂは、パイロット弁(パイロット電磁弁)を備えており、これらのパイロット弁は、コンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａからのわずかな圧力で主弁が開閉動作できるように構成されている。このため、直動式電磁弁に比べ低消費電力化が図られるように構成されており不図示の逆止弁も内蔵されている。

次に、図１８（ｂ）は毎分１．２５リットル未満での配管２４ｆ内の圧力であるが、図１６（ｄ），（ｅ），（ｆ）を通して常に作動状態にある。作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力が高くなることがわかる。低流量領域では比較的、高濃度の酸素が得られやすくなるため、負圧破壊弁１２１を作動させて、ある程度真空圧力を下げても酸素濃度には影響しない。こうして、コンプレッサへの負荷は低減され、騒音の低減と電力の低減が図れる。

配管２４ｆ内の圧力コントロールは負圧破壊弁のオリフィス口径で決定されるが、負圧破壊弁１２０は略大気圧下まで下げることが最も効果があるため、ここではφ２．３程度としている。また、負圧破壊弁１２１は配管２４ｆ内の圧力を所定の圧力下まで低減させれればよく、負圧破壊弁１２０より小さいオリフィス径とし、ここではφ１．０程度が選択されている。

図１８は、コンプレッサの負圧部１０５ｂの圧力変化の実測値であって、(ａ)は設定された酸素流量が毎分１．２５リットルを示し、(ｂ)は設定された酸素流量が毎分１．２５リットル未満である場合を夫々示している。なお、本実施例では負圧破壊弁１２０、１２１は配管２４ｆに直列に配置されているが、３個以上複数個を直列に設けてもよい。

図１８(ａ)の工程は、吸着工程、洗浄工程での圧力波形を示している。この後に、図１５(ｂ)における均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電を行わず閉じた状態にしておくと圧力波形となり大きな圧力変動Ａ２となる結果、コンプレッサの振動騒音が大きくなる。そこで、この均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電により開く状態にすると図示のような圧力波形Ａ３となり小さい振幅の圧力変動となる。この結果、コンプレッサの振動騒音が低くなる。

また、図１８(ｂ)の工程は図１５(ａ)における吸着工程、洗浄工程での圧力波形を示している。この後に、図１８(ｂ)における均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電で開いた状態にし、さらに負圧破壊第２弁１２１を閉じた状態にしておくと圧力波形Ｂ２となりやや大きな圧力変動となる結果、コンプレッサの振動騒音がやや大きくなる。そこで、この均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電に加えて負圧破壊第２弁１２１も開く状態にすると圧力波形Ｂ３となり小さい振幅の圧力変動となる結果、コンプレッサの振動騒音が非常に低くなることが確認された。

以上のように、特に設定酸素流量が小さく設定されコンプレッサの負荷が低減された場合において、騒音を小さくでき、電力を低減できる酸素濃縮装置が提供されることとなった。すなわち、高流量かつ高濃度で酸素を分離生成させるためには、吸着筒体内の圧力を極力高真空（負圧状態）にさせることが好ましいために負圧破壊第２弁１２１を閉じた状態にしておく。しかし低流量では高濃度の酸素を容易に得られるために負圧破壊第２弁１２１を開く状態にして高濃度の酸素が得られる最低限の圧力まで下げるようにしてコンプレッサの振動を低く抑えるとともに低騒音と低電力での運転を可能にしている。

＜音声ガイダンスの説明＞
電源スイッチ６がセットされるとこのプログラムが起動されて、音声発生モードであるか否かが判断される。音声発生モードにセットされていないことが判断されるとリターンして以下の処理を終了する。そして音声発生モードであると判断される。次に進み、使用項目の判断が実行される。これに続き、図１９に図示した各使用項目に対応する「アドレス」にアクセスする。この各使用項目と音声は音声モジュール２０３に記憶されている。そして、音声発生モジュール２０３から「音声Ｎｏ．］を読み出す。これに続き、この「音声Ｎｏ．］に対応する「音声内容」をスピーカ２３に出力して処理を終了する。なお、上記の各音声内容は、ほんの一例であり、装置の仕様に応じて適宜設定されることは言うまでもない。図１８は、音声ガイダンス一覧表である。本図において音声名は音声ＮＯ．として示されており、これに対応するアドレスと音声内容についてそれぞれ図示されるように音声モジュールに記憶されている。具体的には、音声１は「装置停止」に対応しており「ピー 電源を切ってから緊急連絡先に連絡して下さい」とのメッセジーを発生する。音声２は「停電警報」に対応しており「ピー 電源が無くなりました ＡＣアダプタを接続して下さい」とのメッセジーを発生する。音声３は「カニューラに接続されたチューブ折れ」に対応しており「ピー 流量が低下しています カニューラとチューブの折れを確認して下さい」とのメッセジーを発生する。音声４は「酸素濃度警報」に対応しており「ピー 酸素濃度が低下しました」とのメッセジーを発生する。音声５は「ピー音/起動時」に対応しており「ピー １回 １ｋＨＺ ２秒」で発音する。音声６は「キー確認」に対応しており「ピー １回 １ＫＨＺ０．２秒」で発音する。音声８は「ＡＣ電源切替え」に対応しており「ピー ＡＣアダプタが接続されました」とのメッセジーを発生する。音声９は「内部電池切替え」に対応しており、「ピー バッテリで運転しています」とのメッセジーを発生する。音声１０は「外部電池切替え」に対応しており「ピー 外部バッテリで運転しています」とのメッセジーを発生する。音声１１は「外部電池終了」に対応しており「ピー 外部バッテリが空になりました」とのメッセジーを発生する。音声１２は「電池残量少ない」に対応しており「ピー バッテリ残量が少なくなりました、ＡＣアダプタを接続して下さい」とのメッセジーを発生する。 音声１３は「無呼吸警報」に対応しており「ピー 呼吸を検出できません、カニューラを確認して下さい」とのメッセジーを発生する。音声１４は「同調モード切替え」に対応しており「同調モードに切り替わりました」とのメッセジーを発生する。音声１５は「同調モード解除」に対応しており「同調モードを解除します」とのメッセジーを発生する。音声１６は「流量設定入力」に対応しており「酸素流量を設定しますとのメッセジーを発生する。音声１７は「流量設定０．２５Ｌ」に対応しており「酸素流量は０．２５Ｌです」とのメッセジーを発生する。以下流量設定に応じたメッセジーを発生する。そして、患者以外が操作するときに音声２７において「テストモード」に対応して「ピー テストモードです」とのメッセジーを発生する。ここで、音声内容の音声発生周波数は約１ＫＨｚに設定されることで高齢者でも聞き取りやすいよう配慮がされている。以上のように特に内蔵バッテリ切れとなる最悪の事態発生を防止できるようにする音声ガイド付き酸素濃縮装置を実現できる。また音声ガイド手段のオン・オフを任意に設定する音声ガイドスイッチは遮蔽板３２の外部コネクタの下方に設けられており、患者以外は通常は簡単にセットできないようにしている。

本発明の一実施形態である酸素濃縮装置１を前方側の左斜め上から見た外観斜視図および取っ手の内部構造の概略図である。 図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。 鼻カニューラの延長チューブセットの外観斜視図である。 図１の酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。 (ａ)は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、(ｂ)は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また(ｃ)は、図４の操作パネル５の酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。 (ａ)は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にする様子を示した外観斜視図、(ｂ)は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また(ｃ)は、図６(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。 装置１の配管図を兼ねたブロック図である。 電源選択の動作説明フローチャートである。 酸素濃縮装置１の内部構成を示す立体分解図である。 酸素濃縮装置１の底面カバー４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。 組立後の酸素濃縮装置１の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す側面図である。 二段式防音室３４の内部構成を示すために一部を破断して示した外観斜視図である。 コンプレッサ１０５と送風ファンの支持機構を示した側面図である。 カバー内に導入される外気導入空気と、コンプレッサ１０５に供給される原料空気と、排気空気の流れる様子を示した模式断面図である。 (ａ)〜(ｃ)は、設定流量１．２５Ｌ以上の場合の３方向弁と真空破壊第１弁、真空破壊第２弁の動作説明のための配管図である。 (ｄ)〜(ｆ)は、設定流量１．２５Ｌ未満の場合の３方向弁と真空破壊第１弁、真空破壊第２弁の動作説明のための配管図である。 (ａ)は、図１５の制御シーケンスを示す図、(ｂ)は図１５の制御シーケンスを示す図である。 排気圧力変動の比較図である。 音声ガイダンス一覧表である。

符号の説明

１ 酸素濃縮装置、
２ 表面カバー（密閉容器、樹脂製）
３ 裏面カバー（密閉容器、樹脂製）
４ 取っ手（樹脂製）
５ 操作パネル
６ 電源スイッチ（樹脂製）
７ 酸素出口(樹脂製）
８ 酸素流量設定ボタン（８ａ、８ｂ）
１０ キャリア（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）
１１ キャスタ
１２ 固定ネジ
１３ カプラ（樹脂製）

Claims (3)

1. 空気の取り入れ口から取り入れられた空気を圧縮するための圧縮手段と、前記圧縮された空気内の酸素以外の所定の成分を吸着筒内で吸着して前記圧縮された空気内から除去するための吸着手段と、前記所定の成分が除去された濃縮酸素を蓄積するための製品タンクとを備え、バッテリでの動作可能な可搬性酸素濃縮装置であって、
   ９０％以上に濃縮された酸素を連続で少なくとも１Ｌ／分以上患者に供給可能で、前記酸素濃縮器の本体の筐体に設けられた取っ手を伸縮自在とし、前記可搬性酸素濃縮装置の下部には着脱可能なキャスタを備え、全体の重量を６〜１５ｋｇ程度としたことを特徴とする可搬型酸素濃縮装置。
2. 前記吸着手段はゼオライト化合物を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の可搬型酸素濃縮装置。
3. 前記吸着手段は膜型であることを特徴とする請求項１に記載の可搬型酸素濃縮装置。

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