JP2015037480A - 呼吸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面体内の負圧を精度良く検知できる面体内圧モニター装置を提供する。【解決手段】面体１に形成された開口を覆うダイアフラム７ａは中央円形部と中央円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体１の開口縁に立設された環状縁材６の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されており、ダイアフラム７ａに印加される内外圧がバランスしている時に中央円形部は平面となり且つ中央円形部の周縁近傍部が環状縁材６の面体外へ突出する部位の端部に当接し、磁石７ｂは中央円形部の中心部に取り付けられており、環状縁材６の面体外へ突出する部位の端部には、外周縁部に配設された環状突起６ｂと、内周縁部に配設され且つ周方向に互いに間隔を隔てて配設された複数の離散突起６ｃとが形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、呼吸装置に関するものである。

顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、面体に形成された開口を覆うダイアフラムとダイアフラムに取り付けられた磁石と磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有する面体内圧モニター装置と、面体内圧モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置と、警報装置とを備え、面体内圧モニター装置が負圧を検知すると制御装置は警報装置を作動させ、ダイアフラムは中央円形部と中央円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されており、ダイアフラムに印加される内外圧がバランスしている時に中央円形部は平面となり且つ中央円形部の周縁近傍部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接し、磁石は中央円形部の中心部に取り付けられた呼吸装置が特許文献１に開示されている。

特許第５０４１５９６号

塵埃の蓄積によりフィルターの通気抵抗が経時的に増加し、電動ファンの送風量が経時的に減少する。電動ファンの送風量が減少しても、吸気時に面体の内圧が正圧であれば、呼吸に支障を来さない。しかし吸気時に面体の内圧が負圧になると、呼吸に支障を来すと共に、面体周縁と顔面との間の隙間から濾過されていない外気が面体内に流入する可能性を生ずる。特許文献１の呼吸装置は、送風量の減少が負の面体内圧を惹起する程度まで進行すると、面体内圧モニター装置が負の面体内圧を検知し、制御装置が警報装置を作動させて、送風量不足を呼吸装置使用者に認識させ、フィルターの取り替えを催告するように構成されている。
本発明は、特許文献１の呼吸装置において、面体内の負圧を精度良く検知できる面体内圧モニター装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、面体に形成された開口を覆うダイアフラムとダイアフラムに取り付けられた磁石と磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有する面体内圧モニター装置と、面体内圧モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置と、警報装置とを備え、面体内圧モニター装置が負圧を検知すると制御装置は警報装置を作動させ、ダイアフラムは中央円形部と中央円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されており、ダイアフラムに印加される内外圧がバランスしている時に中央円形部は平面となり且つ中央円形部の周縁近傍部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接し、磁石は中央円形部の中心部に取り付けられており、環状縁材の面体外へ突出する部位の端部には、外周縁部に配設された環状突起と、内周縁部に配設され且つ周方向に互いに間隔を隔てて配設された複数の離散突起とが形成されていることを特徴とする呼吸装置を提供する。
本発明に係る呼吸装置の不使用時には、ダイアフラムに印加される内外圧はバランスし、ダイアフラムは、中央円形部が平面となり中央円形部の周縁近傍部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に形成された環状突起と離散突起とに当接した初期状態にあり、磁石とホール素子との距離は初期値となっており、ホール素子が検知する磁石の磁束密度は初期値となっている。
本発明に係る呼吸装置の使用時には、面体内圧は正圧に保たれ、ダイアフラムは初期状態から面体外方へ変形し、磁石とホール素子との距離は初期値から増加する。ダイアフラムの初期状態からの変形量は、呼気時には大になり、吸気時には小になり、磁石とホール素子との距離の初期値からの増加量は、呼気時には大になり、吸気時には小になる。磁石とホール素子との距離の初期値からの増加量の大小を、磁石の磁束密度の初期値からの減少量の大小としてホール素子が検知し、ホール素子の検知信号に基づいて制御装置が電動ファンの作動を制御し、吸気時に電動ファンを作動させ、呼気時に電動ファンの作動を低下或いは停止させる。
塵埃の蓄積によりフィルターの通気抵抗が経時的に増加し、電動ファンの送風量が経時的に減少して、吸気時に面体の内圧が負圧になると、ダイアフラムが初期状態から面体内方へ変形し、ダイアフラムの中央円形部が面体内方へ陥没変形し、磁石とホール素子との距離は初期値から減少する。磁石とホール素子との距離の初期値からの減少を、磁石の磁束密度の初期値からの増加としてホール素子が検知し、ホール素子の検知信号に基づいて制御装置が警報装置を作動させて、送風量不足を呼吸装置使用者に認識させ、フィルターの取り替えを催告する。
本発明に係る呼吸装置においては、ダイアフラムの中央円形部の周縁近傍部が、環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に形成された径方向外方の環状突起と径方向内方の離散突起とに当接することにより、初期状態にあるダイアフラムの中央円形部の平面性が向上している。この結果、磁石とホール素子との距離の初期値ひいてはホール素子が検知する磁石の磁束密度の初期値の製品毎のばらつきが減少し、電動ファンの作動の製品毎のばらつきが減少する。
本発明に係る呼吸装置においては、環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に形成された二重の突起中、径方向内方の突起は、連続した環状突起ではなく周方向に互いに間隔を隔てて配設された複数の離散突起なので、ダイアフラムの中央円形部の面体内方への陥没変形に対する抵抗が少ない。この結果、ダイアフラムの中央円形部は負圧に敏感に反応して面体内方へ陥没変形する。初期状態にあるダイアフラムの中央円形部の平面性が高く、磁石とホール素子との距離の初期値ひいてはホール素子が検知する磁石の磁束密度の初期値の製品毎のばらつきが少なく、且つダイアフラムの中央円形部が負圧に敏感に反応して面体内方へ陥没変形するので、面体内圧モニター装置は、面体内の負圧を精度良く検知することができる。

本発明の好ましい態様においては、環状突起と離散突起の断面は、先端部がＲ加工された山形である。
先端部がＲ加工された山形の断面は加工性が良く、ダイアフラムの応答性も良い。

本発明の実施例に係る呼吸装置の断面図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置が備える面体内圧モニター装置の構造図である。（ａ）は呼吸装置非使用時の断面図であり、（ｂ）はダイアフラムとカバーとを取り除いた状態での斜視図であり、（ｃ）は呼吸装置使用時且つフィルター耐用期間経過後の吸気時の断面図である。

本発明の実施例に係る呼吸装置を説明する。
図１に示すように、呼吸装置Ａは、一点鎖線で示す顔面の一部又は全部を覆う椀状の面体１と、面体１に取り付けられたリード弁形式の吸気弁２と排気弁３と、吸気弁２の外側に配設され吸気弁２を介して面体１内に外気を供給する電動ファン４と、電動ファン４の外側に配設され電動ファン４に吸引される外気を濾過するフィルター５とを備えている。
図１、２に示すように、吸気弁２が開閉する吸気口や排気弁３が開閉する排気口とは別個に、面体１に開口１ａが形成されている。環状縁材６が開口１ａに嵌合固定されている。環状縁材６は中央開口を横断する梁６ａを有している。環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部には、外周縁部に配設された環状突起６ｂと、内周縁部に配設され且つ周方向に互いに等間隔を隔てて配設された３個の離散突起６ｃとが形成されている。環状突起６ｂと離散突起６ｃの断面形状は、先端がＲ加工された山形である。

呼吸装置Ａは面体内圧モニター装置７を備えている。面体内圧モニター装置７は、ダイアフラム７ａを有している。ダイアフラム７ａは、中央円形部７ａ_１と中央円形部７ａ_１の周縁を径方向内方へ折り返した環状部７ａ_２とを有する柔軟な薄膜体である。環状部７ａ_２の内周縁は肉厚部７ａ_３を形成している。肉厚部７ａ_３は、環状縁材６の面体１外へ突出する部位の外周面に形成された周溝に嵌合固定されている。ダイアフラム７ａは、環状縁材６の面体１外へ突出した端部を覆っており、ひいては面体１の開口１ａを覆っている。面体内圧モニター装置７は、ダイアフラムの中央円形部７ａ_１の中心部に取り付けられた磁石７ｂと、磁石７ｂに対峙して環状縁材６の梁６ａに取り付けられたホール素子７ｃとを有している。従ってホール素子７ｃは環状縁材６を介して面体１に取り付けられている。

面体内圧モニター装置７を覆うカバー８が、面体１の外面に取り付けられている。カバー８には外部環境に連通する通気孔８ａが形成されている。
警報音発生装置９が面体１に取り付けられている。
ホール素子７ｃの出力信号を受けて電動ファン４と警報音発生装置９の作動を制御する制御装置１０が、電動ファン４の近傍に配設されている。制御装置１０に電力を供給する図示しないバッテリーが着脱可能に面体１に取り付けられている。バッテリーが面体１に取り付けられている時は、制御装置１０には常時電力が供給されている。

呼吸装置Ａの作動を説明する。
呼吸装置Ａの不使用時には、面体１の内圧（ゲージ圧）は零であり、ダイアフラム７ａに印加される内外圧はバランスしている。以下の説明において面体１の内圧は全てゲージ圧である。図２（ａ）に示すように、ダイアフラム７ａは、中央円形部７ａ_１が平面となり中央円形部７ａ_１の周縁近傍部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に形成された環状突起６ｂと離散突起６ｃとに当接した、初期状態にある。ダイアフラム７ａが初期状態に在る時、磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離は初期値となっており、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度も初期値となっている。
面体１の内圧が正圧であれば、図２（ａ）に一点鎖線と二点鎖線とで示すようにダイアフラム７ａは面体１の外側へ膨出変形し、中央円形部７ａ_１の周縁近傍部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に形成された環状突起６ｂ、離散突起６ｃから離れる。面体１の内圧が負圧であれば、図２（ｃ）に示すように、ダイアフラム７ａは面体１の内側へ収縮変形し、中央円形部７ａ_１の周縁近傍部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に形成された環状突起６ｂ、離散突起６ｃに当接すると共に中央円形部７ａ_１の中心部が環状縁材６内へ陥没する。

呼吸装置Ａを使用する際には、図１に一点鎖線で示す使用者の顔面の鼻と口とを含む一部を覆うように、或いは使用者の顔面の全部を覆うように、面体１が使用者の頭部に装着される。面体１の環状縁部が顔面に密着して、前記環状縁部と顔面との当接部からの面体１内への外気の侵入を阻止する。
バッテリーは面体１に取り付けられており、制御装置１０は作動している。使用者の排吸気に応じて、面体１の内圧が増減し、ダイアフラム７ａに印加される内外圧に差圧が生じ、ダイアフラム７ａが初期状態から変形し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離が初期値から変化する。当該変化に伴う磁束密度の初期値からの変化をホール素子７ｃが検知して、検知信号を制御装置１０へ送信する。制御装置１０は、ホール素子７から受信した磁束密度の初期値からの変化量が所定値を超えると呼吸装置Ａが使用者の頭部に装着されたと認識し、電動ファン４を始動させる。
制御装置１０は、ホール素子７ｃの検知信号に基づいて、面体１の内圧が正圧になるように、ひいてはダイアフラム７ａが初期状態よりも面体１の外側へ変形するように、電動ファン４の回転数を制御する。

排気時には面体１の内圧が高くなり、図２（ａ）に一点鎖線で示すように、ダイアフラム７ａの面体１外側への変形量が増加し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの距離が増加し、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が減少する。前記距離の初期値からの増加量が所定値を超え、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度の初期値からの減少量が所定値を超えると、制御装置は呼吸状態が排気状態に在ると認識し、電動ファン４の回転数を減少させ或いは電動ファン４を停止させる。この結果、消費電力が節約されてバッテリーの消耗が抑制されると共にフィルター５の目詰まりが抑制される。排気時には吸気弁２が閉じ、排気弁３が開く。排気は排気弁３を通って面体１から外部環境へ排出される。

吸気時には面体１の内圧が低くなり、図２（ａ）に二点鎖線で示すように、ダイアフラム７ａの面体１外側への変形量が減少し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの距離が減少し、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が増加する。前記距離の初期値からの増加量が所定値以下となり、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度の初期値からの減少量が所定値以下になると、制御装置は呼吸状態が吸気状態に在ると認識し、電動ファン４の回転数を増加させる。吸気時には吸気弁２が開き、排気弁３が閉じる。外気がフィルター５を通過し、塵埃が除去された後電動ファン４に吸引され、吸気弁２を通って面体１内へ流入する。電動ファン４の回転数が増加することにより、面体１内への空気流入量が増加し、面体１の内圧が正圧に保たれるので、呼吸装置使用者は楽に呼吸することができる。

塵埃の蓄積によりフィルター５の通気抵抗が経時的に増加する。この結果、電動ファン４を作動させていても、吸気時の面体１の内圧は経時的に低下する。遂には吸気時の面体１の内圧が負圧になり、図２（ｃ）に示すように、ダイアフラム７ａは面体１の内側へ収縮変形し、中央円形部７ａ_１の周縁近傍部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に形成された環状突起６ｂ、離散突起６ｃに当接すると共に中央円形部７ａ_１の中心部が環状縁材６内へ陥没する。磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離が初期値よりも小さくなり、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が初期値よりも増加する。ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が初期値よりも増加すると、制御装置１０は目詰まりによりフィルター５の耐用期間が経過したことを認識し、警報音発生装置９を作動させて警報音を発生させ、呼吸装置Ａの使用者にフィルター５の取り替えを催告する。フィルター５を取り替えることにより、面体１の内圧を正圧に保つ制御が再び可能になり、呼吸装置Ａの機能は回復する。

呼吸装置Ａが使用者の頭部から取り外されると、ダイアフラム７ａに印加される内外圧がバランスし、ダイアフラム７ａは初期状態に復帰し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離は初期値に復帰し、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度は初期値に復帰する。制御装置１０は、ホール素子７ｃから受信した磁束密度が初期値に復帰した状態の継続時間を内蔵するタイマーによって計測し、当該継続時間が所定時間を超えると、呼吸装置Ａが使用者の頭部から取り外されたと認識し、電動ファン４を停止させる。

呼吸装置Ａにおいては、ダイアフラムの中央円形部７ａ_１の周縁近傍部が、環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に形成された径方向外方の環状突起６ｂと径方向内方の３個の離散突起６ｃとに当接することにより、初期状態にあるダイアフラムの中央円形部７ａ_１の平面性が向上している。この結果、磁石７ｂとホール素子７ｃとの距離の初期値ひいてはホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度の初期値の製品毎のばらつきが減少し、面体内圧モニター装置７の面体内圧検知精度の製品毎のばらつきが減少し、電動ファン４の作動の製品毎のばらつきが減少する。
呼吸装置Ａにおいては、環状縁材６の面体外へ突出する部位の端部に形成された二重の突起６ｂ、６ｃ中、径方向内方の突起６ｃは、連続した環状突起ではなく周方向に互いに間隔を隔てて配設された３個の離散突起なので、ダイアフラムの中央円形部７ａ_１の面体内方への陥没変形に対する抵抗が少ない。この結果、ダイアフラムの中央円形部７ａ_１は負圧に敏感に反応して面体内方へ陥没変形する。初期状態にあるダイアフラムの中央円形部７ａ_１の平面性が高く、磁石７ｂとホール素子７ｃとの距離の初期値ひいてはホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度の初期値の製品毎のばらつきが少なく、且つダイアフラムの中央円形部７ａ_１が負圧に敏感に反応して面体内方へ陥没変形するので、面体内圧モニター装置７は、面体内の負圧を精度良く検知することができる。
先端部がＲ加工された、環状突起６ｂ、離散突起６ｃの山形の断面は、加工性が良く、負圧発生時のダイアフラム７ａの応答性も良い。
突起６ｃの個数は、中央円形部７ａ_１を安定して支持する観点から、３以上であることが好ましい。中央円形部７ａ_１の面体内方への陥没変形に対する抵抗を許容値内に抑制できる範囲内で適宜個数を決定すれば良い。

周縁部が径方向内方へ折り返されたダイアフラム７ａは、折り返し部が開閉可能なので面体１の内圧の変化による中央円形部７ａ_１の変位差、ひいては吸気時と排気時の中央円形部７ａ_１の変位差が大きい。従って、呼吸装置Ａにおいては高い精度で呼吸をモニターすることができ、確実に呼吸に合わせて電動ファン４の作動を制御することができる。
呼吸装置Ａにおいては、面体内圧モニター装置７が負の面体内圧を検知した時に、警報を発するので、呼吸装置使用者は、呼吸装置装着前の煩わしい風量測定を行わなくても、送風量不足を容易に認識することができる。
吸気により面体内の正圧が低下してダイアフラム７ａが初期状態となっている時に、ダイアフラム７ａを環状縁材６へ押し付ける衝撃外力や振動外力がダイアフラム７ａに印加されると、ダイアフラム７ａの環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部との当接部よりも径方向内方の第１部位と前記当接部よりも径方向外方の第２部位の双方に前記外力が作用する。第１部位に作用する外力は第１部位を環状縁材６内へ陥没させようとするが、第２部位に作用する外力は、第２部位と第１部位との間に支点があるので、第１部位を引き上げようとする。この結果、第１部位の環状縁材６内への陥没が抑制される。従って、呼吸装置Ａにおいては、衝撃外力や振動外力による警報音発生装置９の誤作動が抑制される。
ダイアフラム７ａの中央円形部７ａ_１の中心部は負圧発生時に最も大きく変位するので、当該部位の変位をホール素子７ｃが検知することにより、確実に負圧を検知することができる。

本発明は、電動ファンとダイアフラムを有する面体内圧モニターとを備える呼吸装置に広く利用可能である。

Ａ 呼吸装置
１ 面体
２ 吸気弁
３ 排気弁
４ 電動ファン
５ フィルター
６ 環状縁材
６ｂ 環状突起
６ｃ 離散突起
７ 面体内圧モニター装置
７ａ ダイアフラム
７ａ_１ 中央円形部
７ｂ 磁石
７ｃ ホール素子
８ カバー
９ 警報音発生装置
１０ 制御装置

Claims (2)

1. 顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、面体に形成された開口を覆うダイアフラムとダイアフラムに取り付けられた磁石と磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有する面体内圧モニター装置と、面体内圧モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置と、警報装置とを備え、面体内圧モニター装置が負圧を検知すると制御装置は警報装置を作動させ、ダイアフラムは中央円形部と中央円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されており、ダイアフラムに印加される内外圧がバランスしている時に中央円形部は平面となり且つ中央円形部の周縁近傍部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接し、磁石は中央円形部の中心部に取り付けられており、環状縁材の面体外へ突出する部位の端部には、外周縁部に配設された環状突起と、内周縁部に配設され且つ周方向に互いに間隔を隔てて配設された複数の離散突起とが形成されていることを特徴とする呼吸装置。
2. 環状突起と離散突起の断面は、先端部がＲ加工された山形であることを特徴とする請求項１に記載の呼吸装置。

Images