JP4080591B2 - 呼吸同調型酸素供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の呼吸をセンサにより感知し、吸気タイミングに合わせて酸素を供給する呼吸同調型酸素供給装置であって、特に三方弁を使うことなく、簡単な構造で酸素ロスを低く押さえることができる酸素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、在宅医療や救急医療の現場では、酸素ボンベと酸素供給装置とを組み合わせることにより、酸素供給治療を手軽に行えるようになってきている。かかる用途に使用する酸素ボンベは、携帯性等を考慮して小型のものが使用されるため、いかに酸素消費量を押さえるかが問題となる。この理由のため、現在は呼吸に同調して適量の酸素を適当なタイミングで供給する呼吸同調型の酸素供給装置が主流となっている。
【０００３】
この呼吸同調型酸素供給装置としては、例えば図６に示す酸素供給装置51が提案されている。この酸素供給装置51は負圧センサー52、第１ポート53ａ、第２ポート53ｂ、第３ポート53ｃを有する三方弁53、及び前記負圧センサー52からの情報に基づいて前記三方弁53を切り替える制御装置54とから構成される。
【０００４】
三方弁51の第１ポート53ａにはカニューラが連結され（図示せず）人体側Ｐに接続され、第２ポート53ｂには酸素供給側Ｇとなる酸素ボンベ（図示せず）が連結される。そして、第３ポート53ｃは前記した負圧センサー52に接続される。
【０００５】
上記構成において、三方弁53は、スタンバイ状態では第１ポート53ａと第３ポート53ｃを連通することにより、人体側Ｐと負圧センサー52とを連通している。この状態で人間が呼吸をすると、負圧センサー52が人間の吸気を感知して、これを制御装置54に告知する。制御装置54は、これに対応して、即座に第１ポート53ａと第２ポート53ｂとを連通するように三方弁53を酸素供給状態に切り替え、酸素供給側Ｇから人体側Ｐに酸素を供給する。
【０００６】
制御装置54は、一定時間の経過後、三方弁53を、第１ポート53ａと第３ポート53ｃを連通した状態、すなわちスタンバイ状態に再び戻し、人間の吸気の感知することにより上記制御を繰り返す。
【０００７】
かかる従来装置によれば、人間の呼吸のうち、吸気タイミングに合わせて的確に酸素を供給することにより、酸素供給側Ｇの酸素消費を押さえ、使用時間を延ばすことが出来る。また、この効果に加えて、酸素供給状態において、三方弁53が酸素供給側Ｇと負圧センサー52との連通を遮断するために、供給される酸素が負圧センサー52に逃げてしまうことを防止することができ、さらに無駄な酸素消費を押さえ、小型酸素ボンベからの限られた酸素供給量を有効に使用することができる。
【０００８】
なお、上記の呼吸同調型酸素供給装置は、具体的には特公平４-3229 号公報に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来装置では、三方弁53により第１ポート53ａと第３ポート53ｃ接続状態（スタンバイ状態）と、第１ポート53ａと第２ポート53ｂ接続状態（酸素供給状態）とを交互に、高い頻度で切り替えるために、耐久性に劣るという問題点があった。
【００１０】
かかる問題点を解決するため、負圧センサー52を人体側Ｐに直接連通し、酸素供給側Ｇと人体側Ｐとの通気路を単に開放、閉鎖する二方弁を設けた、単純化した構造とすることも考えられるが、この構造では酸素供給状態で常に酸素が負圧センサー52側に漏出することになり、限られた酸素供給量の中で、使用時間が短くなってしまうという基本的な問題点が再び生じてしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、弁構造を単純化して耐久性を向上させるとともに、酸素供給状態においても、負圧センサー側への酸素の漏出を防止することができる酸素供給装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる呼吸同調型酸素供給装置は、外気に開放された第１通気孔と前記第３通気路と接続された第２通気孔とを有するケーシングと該ケーシング内に収納される平板状ピエゾ素子とを有し、前記第１通気孔が平板状ピエゾ素子の平面に対向し、前記第２通気孔が平板状ピエゾ素子の側方に配置されて構成され人体の呼吸による吸気を感知するセンサーと、人体側に接続される第１通気路及び酸素供給側に接続される第２通気路との間に設置された弁と、前記センサーの情報に基づいて前記弁を制御する制御装置とを有する呼吸同調型酸素供給装置において、前記弁と人体側との間に導入部と該導入部と連続し且つ導入部の径よりも小さい径を持ったオリフィス部と該オリフィス部と連続し且つオリフィス部から径が拡大する拡径部とによって構成した負圧発生機構を設けるとともに、該負圧発生機構に於ける拡径部の直後に前記センサーと人体側を常に連通させる第３通気路を接続することにより、上記課題を解決する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の、第一実施形態の呼吸同調型酸素供給装置（以下、単に酸素供給装置という）を、図１乃至図４を用いて説明する。図１は第１実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図、図２は負圧発生機構の構造図、図３は平板ピエゾ素子負圧センサーの説明図、図４は酸素供給装置の作動の説明図である。本実施形態の酸素供給装置は、在宅や野外で使用する携帯型の酸素供給装置であって、小型の酸素ボンベからの酸素供給を効率良く行うための装置である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の酸素供給装置１は、平板ピエゾ素子を有する負圧センサー２と、第１ポート（第１通気路）３ａ、第２ポート（第２通気路）３ｂを有する二方弁３、制御装置４、さらに緊急時に酸素を連続供給するメカバルブ８から構成される。かかる酸素供給装置は、ケーシング内に収納され、ケーシングから露出する第１ポート３ａをカニューラ（図示せず）を介して人体側Ｐに接続し、同様にケーシングから露出する第２ポート３ｂを図示しない酸素ボンベ（図示せず）である酸素供給側Ｇに接続している。
【００１５】
二方弁３内の通気路３ｄ中には、弁体５が配置され、これを切り替えることにより、第一ポート３ａと第２ポート３ｂ間を開放する、閉鎖する、の二値動作を行う。また、二方弁３内の通気路３ｄの中途部には、第１ポート３ａと弁体５との間に、負圧発生機構６を形成している。
【００１６】
図２に、負圧発生機構の周辺の拡大図を示すが、酸素供給側から人体側方向で、負圧発生機構６は導入部６ａ、オリフィス部６ｂ、拡径部６ｃから構成される。オリフィス部６ｂは導入部６ａに対して径を絞っており、拡径部６ｃは反対にオリフィス部６ｂに対して大きく径を拡大している。拡径部６ｃはテーパー状に拡径されており、拡径された直後に、負圧センサー２に接続される分岐通気路（第３通気路）７が形成されている。
【００１７】
すなわち、導入部６ａの径をφＡ、オリフィス部の径をφＢ、拡径部の径をφＣとすると、φＢ＜φＡ、φＢ＜φＣの条件を有し、φＡとφＣとの関係は特に限定されない。また、拡径部６ｃの開き角度をＤとすると、Ｄ＞ 180°とするのが望ましい。
【００１８】
かかる構造では、酸素供給側から人体側へ向かって酸素が供給された場合、導入部６ａからオリフィス部６ｂに向かって急激に絞られた気流は、再び拡径部６ｃで広がるために、この拡径部６ｃでは負圧状態もしくは低圧状態となり、酸素は分岐通気路７へ流れ込むことはない。
【００１９】
なお、酸素の流通量が大きくなると拡径部６ｃにおける気圧が低くなって、分岐通気路７を介して負圧センサー２に負圧がかかる可能性がある。しかし、この場合の負圧は呼吸時の負圧に比べて小さいために、制御装置４において両者の間に閾値を設定して、呼吸の吸気か、酸素供給状態の吸引かを判断させる制御を行うことができる。
【００２０】
図３により、負圧センサー２の構造並びに作動を説明する。同図(a) に示すように、負圧センサー２は平箱形状を有する密閉型のケーシング２ａ内に平板状ピエゾ素子２ｂを配置して構成される。
【００２１】
ケーシング２ａには、平板状ピエゾ素子２ｂの平面に対向する位置に第１通気孔２ｃを、平板状ピエゾ素子２ｂの平面と対向しない、具体的には平板状ピエゾ素子２ｂの側方に第２通気孔２ｄを形成している。第１通気孔２ｃはケーシング２ａの内部空間と外気とを連通し、第２通気孔２ｄは、負圧発生機構６に形成される分岐通気路７に接続される。すなわち、かかる負圧センサー２は常時、人体側Ｐに接続された状態となる。
【００２２】
この状態で、使用者が呼吸において吸気すると、ケーシング２ａ内の空気が第２通気孔２ｄから排出され、これを補うように第１通気孔２ｃを通して外気がケーシング２ａ内に流入する。この際、流入した空気の気流は、第１通気孔２ｃに対向した平板状ピエゾ素子２ｂは衝突し、これを歪ませ、電気を発生させて吸気状態となっていることを検知する（図３(a) 参照）。
【００２３】
これに対し、使用者が呼吸において排気すると、ケーシング２ａ内には、第２通気孔２ｄから空気が流入して、ケーシング２ａの圧力が上昇した分、第１通気孔２ｃを通して空気が流出する。しかしながら、この状態にあっては、第２通気孔２ｄから流入した空気は平板状ピエゾ素子２ｂの平面部と平行に流れ、平面部に衝突しないため、平板状ピエゾ素子２ｂは変形することがない。よって、呼吸の排気時には、この負圧センサー２は作動しない（図３(b) 参照）。
【００２４】
以上のように、この負圧センサー２は呼吸の吸気状態のみを感知し、排気状態では信号を発することがない。制御装置４は、この負圧センサー２からの信号を受け取り、この信号のタイミングに合わせて二方弁３の弁体５を開放する制御を行う。そして、弁体５の開放後、一定時間の経過後、または一定量の酸素供給後、再び弁体５を閉鎖するシークエンス制御を行う。
【００２５】
メカバルブ８は、酸素供給側Ｇから人体側Ｐに直結した補助通気路９上に設けられた機械的なバルブである。このメカバルブ８は、制御装置４や弁体５の故障により上記の通常の酸素供給路で酸素が供給されなくなった場合に、これを開き、補助通気路９を通して連続的に酸素を供給することができる。
【００２６】
次に、図４を用いて、本実施形態の酸素供給装置の作動を説明する。図４(a)は、酸素供給装置の、使用者の吸気タイミングを感知する状態（スタンバイ状態）の説明図、図４(b) は、酸素供給側から使用者へ酸素を供給する状態（酸素供給状態）の説明図である。
【００２７】
まず、図４(a) に示すように、酸素供給装置１の第１ポート３ａをカニューラやマスクを用いて使用者である人体側Ｐに接続し、第２ポート３ｂを酸素ボンベである酸素供給側Ｇに接続して準備作業を完了する。この状態では、二方弁３は、第１ポート３ａと第２ポート３ｃ間を閉鎖しており、酸素は人体側Ｐに供給されることはないスタンバイ状態となる。
【００２８】
一方、人体側Ｐと負圧センサー２は負圧発生機構６を介して連通しており、使用者が呼吸において吸気状態となった場合に、先に示した負圧センサー２が即座にこれを感知し、信号を制御装置４に送信する。
【００２９】
そして、図４(b) に示すように、負圧センサー２からの信号に従って、制御装置４は二方弁３を作動させ、第１ポート３ａと第２ポート３ｂとを連通して人体側Ｐに酸素を供給する、酸素供給状態とする。
【００３０】
このとき、酸素供給側Ｇと負圧センサー２とは連通状態にあるが、供給された酸素は、前記した負圧発生機構６により負圧センサー２側に漏出することはなく、酸素ボンベから無駄な酸素が消費されることはない。
【００３１】
制御装置４は一定時間、もしくは一定量、酸素を供給すると、再び第１ポート３ａと第２ポート３ｂとの間を閉鎖するよう二方弁３を作動させ、再び、スタンバイ状態に戻す。この後、負圧センサー２は、再び呼吸における吸気タイミングを感知して、上記作動を繰り返し、使用者の呼吸に合わせて酸素を非連続的に供給することができる。
【００３２】
このように、本実施形態の酸素供給装置１によっては、酸素供給側から使用者の呼吸、特に吸気タイミングに合わせて、無駄無く酸素を供給することができるために、携帯用の酸素ボンベの使用時間を長くすることができる。
【００３３】
また、本実施形態の酸素供給装置１は、二方弁３を用いた極めて単純な構造となるために、動きが少なく、高い耐久性を有する装置となる。
【００３４】
また、酸素供給状態において、負圧発生機構６が負圧センサー２側への酸素の漏出を防止するために、無駄な酸素が消費されることはない。
【００３５】
さらに、スタンバイ状態において、人体側から排気されても、その正圧が負圧センサー２の平板状ピエゾ素子２ｂの負荷になることはないため（図３(b) 参照）、さらに耐久性に優れた酸素供給装置１とすることができる。また、かかる負圧センサー２は、正圧では作動しないために、制御装置４の誤作動を防止することができる。
【００３６】
本発明の第２実施形態を、図５を用いて説明する。図５は第２実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図である。本実施形態にかかる酸素供給装置11は、弁を非自己保持型の三方弁13として、メカバルブ８用の補助通気路９をこれに接続している。その他、第１実施形態と同一の構造は、同じ番号を付して説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、酸素供給装置11は第１ポート13ａ、第２ポート13ｂ、第３ポート13ｃを有する三方弁13が組み込まれている。第１ポート13ａ、第２ポート13ｂは、上記第１実施形態と同様にそれぞれ人体側Ｐ、酸素供給側Ｇに接続される。また、第３ポート13ｃは、補助通気路９を介して酸素供給側Ｇに接続され、中途部にメカバルブ８が設置されている。
【００３８】
三方弁13内の通気路13ｄの三叉路部に配置される弁体15は、第１ポート13ａ（人体側Ｐ）と第２ポート13ｂ（酸素供給側Ｇ）、また、第１ポート13ａ（人体側Ｐ）と第３ポート13ｃ（メカバルブ８）とを選択的に連通する。なお、負圧発生機構６は、第１実施形態と同様に、弁体15と第１ポート３ａとの間に設置されている。
【００３９】
弁体15は非自己保持型の弁であって、制御装置により制御されない場合は通常状態で第１ポート13ａと第３ポート13ｃとを連通する。しかしながら、通常時はメカバルブ８により第３ポート13ｃが機械的に閉鎖されているため、三方弁13は結果として第１実施形態の二方弁と同じ動作、すなわち、第一ポート13ａと第２ポート13ｂ間を開放する、閉鎖する、という二値動作を行うことになる。
【００４０】
なお、電池切れ等、制御装置４による三方弁13の制御が不可能となった緊急時においては、非自己保持型の弁体15が第１ポート13ａと第３ポート13ｃを連通するため、メカバルブ８を開放するだけで、補助通気路９を通して酸素が人体側Ｐに供給することができる。
【００４１】
このように、第２実施形態の酸素供給装置11によれば、メカバルブ８を有する補助通気路９を、第１ポート13ａ、第２ポート13ｂと同一の弁（三方弁13）で制御することができる。
【００４２】
なお、上記第１及び第２実施形態の酸素供給装置１、11は、いずれも負圧発生機構６を弁３、13内に配置したが、かかる機構は弁体５、15と人体側Ｐと間のいずれの位置に配置しても良く、弁３、13の外側に別装置として設けても良いことは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の酸素供給装置によれば、弁は、基本的に酸素を供給する、酸素を供給しない、の２つの動作を繰り返すだけで済み、酸素供給に関わる弁の構造を単純なものとすることができるため、耐久性に優れた酸素供給装置を構成することが可能となる。
【００４４】
また、負圧センサーへの第３通気路を負圧発生機構に接続したために、酸素供給側から供給される酸素が、負圧センサー側へ漏出してしまうことがなく、限られた酸素供給側の酸素量を有効に使用することができる。
【００４５】
さらに、負圧センサーが平板状ピエゾ素子を有するので、呼吸の排気時、正圧が負圧センサーのピエゾ素子に負荷を掛けることを防止することができるほか、正圧を感知しないために、制御装置により確実なタイミングで酸素供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図である。
【図２】負圧発生機構の構造図である。
【図３】平板ピエゾ素子負圧センサーの説明図である。
【図４】酸素供給装置の作動の説明図である。
【図５】第２実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図である。
【図６】従来の酸素供給装置を説明する構成図である。
【符号の説明】
Ｇ…酸素供給側
Ｐ…人体側
１、11…酸素供給装置
２…負圧センサー
２ａ…ケーシング
２ｃ…通気孔
２ｄ…通気孔
２ｄ…通気路
３…二方弁（弁）
13…三方弁（弁）
３ａ、13ａ…第１ポート（第１通気路）
３ｂ、13ｂ…第２ポート（第２通気路）
４…制御装置
５、15…弁体
６…負圧発生機構
６ａ…導入部
６ｂ…オリフィス部
６ｃ…拡径部
７…分岐通気路（第３通気路）
８…メカバルブ
９…補助通気路
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体の呼吸をセンサにより感知し、吸気タイミングに合わせて酸素を供給する呼吸同調型酸素供給装置であって、特に三方弁を使うことなく、簡単な構造で酸素ロスを低く押さえることができる酸素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、在宅医療や救急医療の現場では、酸素ボンベと酸素供給装置とを組み合わせることにより、酸素供給治療を手軽に行えるようになってきている。かかる用途に使用する酸素ボンベは、携帯性等を考慮して小型のものが使用されるため、いかに酸素消費量を押さえるかが問題となる。この理由のため、現在は呼吸に同調して適量の酸素を適当なタイミングで供給する呼吸同調型の酸素供給装置が主流となっている。
【０００３】
この呼吸同調型酸素供給装置としては、例えば図６に示す酸素供給装置51が提案されている。この酸素供給装置51は負圧センサー52、第１ポート53ａ、第２ポート53ｂ、第３ポート53ｃを有する三方弁53、及び前記負圧センサー52からの情報に基づいて前記三方弁53を切り替える制御装置54とから構成される。
【０００４】
三方弁51の第１ポート53ａにはカニューラが連結され（図示せず）人体側Ｐに接続され、第２ポート53ｂには酸素供給側Ｇとなる酸素ボンベ（図示せず）が連結される。そして、第３ポート53ｃは前記した負圧センサー52に接続される。
【０００５】
上記構成において、三方弁53は、スタンバイ状態では第１ポート53ａと第３ポート53ｃを連通することにより、人体側Ｐと負圧センサー52とを連通している。この状態で人間が呼吸をすると、負圧センサー52が人間の吸気を感知して、これを制御装置54に告知する。制御装置54は、これに対応して、即座に第１ポート53ａと第２ポート53ｂとを連通するように三方弁53を酸素供給状態に切り替え、酸素供給側Ｇから人体側Ｐに酸素を供給する。
【０００６】
制御装置54は、一定時間の経過後、三方弁53を、第１ポート53ａと第３ポート53ｃを連通した状態、すなわちスタンバイ状態に再び戻し、人間の吸気の感知することにより上記制御を繰り返す。
【０００７】
かかる従来装置によれば、人間の呼吸のうち、吸気タイミングに合わせて的確に酸素を供給することにより、酸素供給側Ｇの酸素消費を押さえ、使用時間を延ばすことが出来る。また、この効果に加えて、酸素供給状態において、三方弁53が酸素供給側Ｇと負圧センサー52との連通を遮断するために、供給される酸素が負圧センサー52に逃げてしまうことを防止することができ、さらに無駄な酸素消費を押さえ、小型酸素ボンベからの限られた酸素供給量を有効に使用することができる。
【０００８】
なお、上記の呼吸同調型酸素供給装置は、具体的には特公平４-3229 号公報に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来装置では、三方弁53により第１ポート53ａと第３ポート53ｃ接続状態（スタンバイ状態）と、第１ポート53ａと第２ポート53ｂ接続状態（酸素供給状態）とを交互に、高い頻度で切り替えるために、耐久性に劣るという問題点があった。
【００１０】
かかる問題点を解決するため、負圧センサー52を人体側Ｐに直接連通し、酸素供給側Ｇと人体側Ｐとの通気路を単に開放、閉鎖する二方弁を設けた、単純化した構造とすることも考えられるが、この構造では酸素供給状態で常に酸素が負圧センサー52側に漏出することになり、限られた酸素供給量の中で、使用時間が短くなってしまうという基本的な問題点が再び生じてしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、弁構造を単純化して耐久性を向上させるとともに、酸素供給状態においても、負圧センサー側への酸素の漏出を防止することができる酸素供給装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる呼吸同調型酸素供給装置は、外気に開放された第１通気孔と前記第３通気路と接続された第２通気孔とを有するケーシングと該ケーシング内に収納される平板状ピエゾ素子とを有し、前記第１通気孔が平板状ピエゾ素子の平面に対向し、前記第２通気孔が平板状ピエゾ素子の側方に配置されて構成され人体の呼吸による吸気を感知するセンサーと、人体側に接続される第１通気路及び酸素供給側に接続される第２通気路との間に設置された弁と、前記センサーの情報に基づいて前記弁を制御する制御装置とを有する呼吸同調型酸素供給装置において、前記弁と人体側との間に導入部と該導入部と連続し且つ導入部の径よりも小さい径を持ったオリフィス部と該オリフィス部と連続し且つオリフィス部から径が拡大する拡径部とによって構成した負圧発生機構を設けるとともに、該負圧発生機構に於ける拡径部の直後に前記センサーと人体側を常に連通させる第３通気路を接続することにより、上記課題を解決する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の、第一実施形態の呼吸同調型酸素供給装置（以下、単に酸素供給装置という）を、図１乃至図４を用いて説明する。図１は第１実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図、図２は負圧発生機構の構造図、図３は平板ピエゾ素子負圧センサーの説明図、図４は酸素供給装置の作動の説明図である。本実施形態の酸素供給装置は、在宅や野外で使用する携帯型の酸素供給装置であって、小型の酸素ボンベからの酸素供給を効率良く行うための装置である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の酸素供給装置１は、平板ピエゾ素子を有する負圧センサー２と、第１ポート（第１通気路）３ａ、第２ポート（第２通気路）３ｂを有する二方弁３、制御装置４、さらに緊急時に酸素を連続供給するメカバルブ８から構成される。かかる酸素供給装置は、ケーシング内に収納され、ケーシングから露出する第１ポート３ａをカニューラ（図示せず）を介して人体側Ｐに接続し、同様にケーシングから露出する第２ポート３ｂを図示しない酸素ボンベ（図示せず）である酸素供給側Ｇに接続している。
【００１５】
二方弁３内の通気路３ｄ中には、弁体５が配置され、これを切り替えることにより、第一ポート３ａと第２ポート３ｂ間を開放する、閉鎖する、の二値動作を行う。また、二方弁３内の通気路３ｄの中途部には、第１ポート３ａと弁体５との間に、負圧発生機構６を形成している。
【００１６】
図２に、負圧発生機構の周辺の拡大図を示すが、酸素供給側から人体側方向で、負圧発生機構６は導入部６ａ、オリフィス部６ｂ、拡径部６ｃから構成される。オリフィス部６ｂは導入部６ａに対して径を絞っており、拡径部６ｃは反対にオリフィス部６ｂに対して大きく径を拡大している。拡径部６ｃはテーパー状に拡径されており、拡径された直後に、負圧センサー２に接続される分岐通気路（第３通気路）７が形成されている。
【００１７】
すなわち、導入部６ａの径をφＡ、オリフィス部の径をφＢ、拡径部の径をφＣとすると、φＢ＜φＡ、φＢ＜φＣの条件を有し、φＡとφＣとの関係は特に限定されない。また、拡径部６ｃの開き角度をＤとすると、Ｄ＞ 180°とするのが望ましい。
【００１８】
かかる構造では、酸素供給側から人体側へ向かって酸素が供給された場合、導入部６ａからオリフィス部６ｂに向かって急激に絞られた気流は、再び拡径部６ｃで広がるために、この拡径部６ｃでは負圧状態もしくは低圧状態となり、酸素は分岐通気路７へ流れ込むことはない。
【００１９】
なお、酸素の流通量が大きくなると拡径部６ｃにおける気圧が低くなって、分岐通気路７を介して負圧センサー２に負圧がかかる可能性がある。しかし、この場合の負圧は呼吸時の負圧に比べて小さいために、制御装置４において両者の間に閾値を設定して、呼吸の吸気か、酸素供給状態の吸引かを判断させる制御を行うことができる。
【００２０】
図３により、負圧センサー２の構造並びに作動を説明する。同図(a) に示すように、負圧センサー２は平箱形状を有する密閉型のケーシング２ａ内に平板状ピエゾ素子２ｂを配置して構成される。
【００２１】
ケーシング２ａには、平板状ピエゾ素子２ｂの平面に対向する位置に第１通気孔２ｃを、平板状ピエゾ素子２ｂの平面と対向しない、具体的には平板状ピエゾ素子２ｂの側方に第２通気孔２ｄを形成している。第１通気孔２ｃはケーシング２ａの内部空間と外気とを連通し、第２通気孔２ｄは、負圧発生機構６に形成される分岐通気路７に接続される。すなわち、かかる負圧センサー２は常時、人体側Ｐに接続された状態となる。
【００２２】
この状態で、使用者が呼吸において吸気すると、ケーシング２ａ内の空気が第２通気孔２ｄから排出され、これを補うように第１通気孔２ｃを通して外気がケーシング２ａ内に流入する。この際、流入した空気の気流は、第１通気孔２ｃに対向した平板状ピエゾ素子２ｂは衝突し、これを歪ませ、電気を発生させて吸気状態となっていることを検知する（図３(a) 参照）。
【００２３】
これに対し、使用者が呼吸において排気すると、ケーシング２ａ内には、第２通気孔２ｄから空気が流入して、ケーシング２ａの圧力が上昇した分、第１通気孔２ｃを通して空気が流出する。しかしながら、この状態にあっては、第２通気孔２ｄから流入した空気は平板状ピエゾ素子２ｂの平面部と平行に流れ、平面部に衝突しないため、平板状ピエゾ素子２ｂは変形することがない。よって、呼吸の排気時には、この負圧センサー２は作動しない（図３(b) 参照）。
【００２４】
以上のように、この負圧センサー２は呼吸の吸気状態のみを感知し、排気状態では信号を発することがない。制御装置４は、この負圧センサー２からの信号を受け取り、この信号のタイミングに合わせて二方弁３の弁体５を開放する制御を行う。そして、弁体５の開放後、一定時間の経過後、または一定量の酸素供給後、再び弁体５を閉鎖するシークエンス制御を行う。
【００２５】
メカバルブ８は、酸素供給側Ｇから人体側Ｐに直結した補助通気路９上に設けられた機械的なバルブである。このメカバルブ８は、制御装置４や弁体５の故障により上記の通常の酸素供給路で酸素が供給されなくなった場合に、これを開き、補助通気路９を通して連続的に酸素を供給することができる。
【００２６】
次に、図４を用いて、本実施形態の酸素供給装置の作動を説明する。図４(a)は、酸素供給装置の、使用者の吸気タイミングを感知する状態（スタンバイ状態）の説明図、図４(b) は、酸素供給側から使用者へ酸素を供給する状態（酸素供給状態）の説明図である。
【００２７】
まず、図４(a) に示すように、酸素供給装置１の第１ポート３ａをカニューラやマスクを用いて使用者である人体側Ｐに接続し、第２ポート３ｂを酸素ボンベである酸素供給側Ｇに接続して準備作業を完了する。この状態では、二方弁３は、第１ポート３ａと第２ポート３ｃ間を閉鎖しており、酸素は人体側Ｐに供給されることはないスタンバイ状態となる。
【００２８】
一方、人体側Ｐと負圧センサー２は負圧発生機構６を介して連通しており、使用者が呼吸において吸気状態となった場合に、先に示した負圧センサー２が即座にこれを感知し、信号を制御装置４に送信する。
【００２９】
そして、図４(b) に示すように、負圧センサー２からの信号に従って、制御装置４は二方弁３を作動させ、第１ポート３ａと第２ポート３ｂとを連通して人体側Ｐに酸素を供給する、酸素供給状態とする。
【００３０】
このとき、酸素供給側Ｇと負圧センサー２とは連通状態にあるが、供給された酸素は、前記した負圧発生機構６により負圧センサー２側に漏出することはなく、酸素ボンベから無駄な酸素が消費されることはない。
【００３１】
制御装置４は一定時間、もしくは一定量、酸素を供給すると、再び第１ポート３ａと第２ポート３ｂとの間を閉鎖するよう二方弁３を作動させ、再び、スタンバイ状態に戻す。この後、負圧センサー２は、再び呼吸における吸気タイミングを感知して、上記作動を繰り返し、使用者の呼吸に合わせて酸素を非連続的に供給することができる。
【００３２】
このように、本実施形態の酸素供給装置１によっては、酸素供給側から使用者の呼吸、特に吸気タイミングに合わせて、無駄無く酸素を供給することができるために、携帯用の酸素ボンベの使用時間を長くすることができる。
【００３３】
また、本実施形態の酸素供給装置１は、二方弁３を用いた極めて単純な構造となるために、動きが少なく、高い耐久性を有する装置となる。
【００３４】
また、酸素供給状態において、負圧発生機構６が負圧センサー２側への酸素の漏出を防止するために、無駄な酸素が消費されることはない。
【００３５】
さらに、スタンバイ状態において、人体側から排気されても、その正圧が負圧センサー２の平板状ピエゾ素子２ｂの負荷になることはないため（図３(b) 参照）、さらに耐久性に優れた酸素供給装置１とすることができる。また、かかる負圧センサー２は、正圧では作動しないために、制御装置４の誤作動を防止することができる。
【００３６】
本発明の第２実施形態を、図５を用いて説明する。図５は第２実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図である。本実施形態にかかる酸素供給装置11は、弁を非自己保持型の三方弁13として、メカバルブ８用の補助通気路９をこれに接続している。その他、第１実施形態と同一の構造は、同じ番号を付して説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、酸素供給装置11は第１ポート13ａ、第２ポート13ｂ、第３ポート13ｃを有する三方弁13が組み込まれている。第１ポート13ａ、第２ポート13ｂは、上記第１実施形態と同様にそれぞれ人体側Ｐ、酸素供給側Ｇに接続される。また、第３ポート13ｃは、補助通気路９を介して酸素供給側Ｇに接続され、中途部にメカバルブ８が設置されている。
【００３８】
三方弁13内の通気路13ｄの三叉路部に配置される弁体15は、第１ポート13ａ（人体側Ｐ）と第２ポート13ｂ（酸素供給側Ｇ）、また、第１ポート13ａ（人体側Ｐ）と第３ポート13ｃ（メカバルブ８）とを選択的に連通する。なお、負圧発生機構６は、第１実施形態と同様に、弁体15と第１ポート３ａとの間に設置されている。
【００３９】
弁体15は非自己保持型の弁であって、制御装置により制御されない場合は通常状態で第１ポート13ａと第３ポート13ｃとを連通する。しかしながら、通常時はメカバルブ８により第３ポート13ｃが機械的に閉鎖されているため、三方弁13は結果として第１実施形態の二方弁と同じ動作、すなわち、第一ポート13ａと第２ポート13ｂ間を開放する、閉鎖する、という二値動作を行うことになる。
【００４０】
なお、電池切れ等、制御装置４による三方弁13の制御が不可能となった緊急時においては、非自己保持型の弁体15が第１ポート13ａと第３ポート13ｃを連通するため、メカバルブ８を開放するだけで、補助通気路９を通して酸素が人体側Ｐに供給することができる。
【００４１】
このように、第２実施形態の酸素供給装置11によれば、メカバルブ８を有する補助通気路９を、第１ポート13ａ、第２ポート13ｂと同一の弁（三方弁13）で制御することができる。
【００４２】
なお、上記第１及び第２実施形態の酸素供給装置１、11は、いずれも負圧発生機構６を弁３、13内に配置したが、かかる機構は弁体５、15と人体側Ｐと間のいずれの位置に配置しても良く、弁３、13の外側に別装置として設けても良いことは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の酸素供給装置によれば、弁は、基本的に酸素を供給する、酸素を供給しない、の２つの動作を繰り返すだけで済み、酸素供給に関わる弁の構造を単純なものとすることができるため、耐久性に優れた酸素供給装置を構成することが可能となる。
【００４４】
また、負圧センサーへの第３通気路を負圧発生機構に接続したために、酸素供給側から供給される酸素が、負圧センサー側へ漏出してしまうことがなく、限られた酸素供給側の酸素量を有効に使用することができる。
【００４５】
さらに、負圧センサーが平板状ピエゾ素子を有するので、呼吸の排気時、正圧が負圧センサーのピエゾ素子に負荷を掛けることを防止することができるほか、正圧を感知しないために、制御装置により確実なタイミングで酸素供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図である。
【図２】負圧発生機構の構造図である。
【図３】平板ピエゾ素子負圧センサーの説明図である。
【図４】酸素供給装置の作動の説明図である。
【図５】第２実施形態にかかる酸素供給装置の平断面図である。
【図６】従来の酸素供給装置を説明する構成図である。
【符号の説明】
Ｇ…酸素供給側
Ｐ…人体側
１、11…酸素供給装置
２…負圧センサー
２ａ…ケーシング
２ｃ…通気孔
２ｄ…通気孔
２ｄ…通気路
３…二方弁（弁）
13…三方弁（弁）
３ａ、13ａ…第１ポート（第１通気路）
３ｂ、13ｂ…第２ポート（第２通気路）
４…制御装置
５、15…弁体
６…負圧発生機構
６ａ…導入部
６ｂ…オリフィス部
６ｃ…拡径部
７…分岐通気路（第３通気路）
８…メカバルブ
９…補助通気路
Claims (1)
- 外気に開放された第１通気孔と前記第３通気路と接続された第２通気孔とを有するケーシングと該ケーシング内に収納される平板状ピエゾ素子とを有し、前記第１通気孔が平板状ピエゾ素子の平面に対向し、前記第２通気孔が平板状ピエゾ素子の側方に配置されて構成され人体の呼吸による吸気を感知するセンサーと、人体側に接続される第１通気路及び酸素供給側に接続される第２通気路との間に設置された弁と、前記センサーの情報に基づいて前記弁を制御する制御装置とを有する呼吸同調型酸素供給装置において、前記弁と人体側との間に導入部と該導入部と連続し且つ導入部の径よりも小さい径を持ったオリフィス部と該オリフィス部と連続し且つオリフィス部から径が拡大する拡径部とによって構成した負圧発生機構を設けるとともに、該負圧発生機構に於ける拡径部の直後に前記センサーと人体側を常に連通させる第３通気路を接続したことを特徴とする呼吸同調型酸素供給装置。
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