JP4447072B2 - 人工呼吸器用切換バルブ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人工呼吸器用切換バルブ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工呼吸器の中には、呼吸系路を１０〜３０ＨＺの高周波で振動させるようにしたものがある。特開平２−１３１７７３号公報には、高周波の呼吸振動を発生させるために、ロ−タリ式の切換バルブ装置によって、呼吸系路をブロアの吐出口と吸込口とに交互に連通させるものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報記載のように、切換バルブ装置をロ−タリ式とした場合、切換バルブ装置、特にケーシングとその内部に回転自在に配設される回転子とを有する切換バルブが極めて高価なものとなり、この点において何らかの対策が望まれるものである。
【０００４】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、より安価に製造できるようにした人工呼吸器用切換バルブ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明における人工呼吸器における切換バルブ装置にあっては、次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、呼吸系路をブロアの吐出口と吸込口とに対して交互に連通させるための人工呼吸器用切換バルブ装置において、前記切換バルブ装置が、ケーシングおよび該ケーシング内に配設された揺動パイプを有する切換バルブと、該ケーシングに固定された電気式の回転モータとを備え、前記ケーシングに、第１接続口と第２接続口と第３接続口とが形成され、前記揺動パイプの一端部が、前記第１接続口に対して揺動可能に接続され、前記モータの回転軸が、前記ケーシングを貫通して前記揺動パイプに固定され、前記モータを正逆回転して前記揺動パイプを揺動させることによって、該揺動パイプの他端部が前記第２接続口と第３接続口とに対して交互に連通されるとともに、所望の呼吸振動数を確保しつつ呼吸振幅のみを変更させるためにモータによる揺動パイプの揺動角度が変更可能である、ようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２、請求項３に記載のとおりである。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１によれば、揺動パイプの揺動を利用して、呼吸系路をブロアの吐出口と吸込口とに交互に連通させるので、全体として安価に製造できコンパクト化できる人工呼吸器世切換バルブ装置が提供される。また、所望の呼吸振動数を確保しつつ呼吸振幅のみを変更させるためにモータによる揺動パイプの揺動角度が変更可能である構成としたので、所望の呼吸振動数を確保しつつ、振幅の大きさのみを変更することが可能になる。請求項２によれば、ケーシングに対して３つの接続口と駆動手段とを互いの干渉を避けつつ適切に分散配置して、各接続口への配管作業やメインテナンスの容易化の上で好ましいものとなる。請求項３によれば、揺動パイプを極力抵抗少なく円滑に揺動させる上で好ましいものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１において、人工呼吸器の呼吸系路Ａは、共通回路１と吸気回路２と呼気回路３とを含む。共通回路１の一端は患者の口元に気密に接続され、この共通回路１の他端側に対して吸気回路２と呼気回路３とが連なる。吸気回路２は、患者へ供給する清浄エアを貯溜したエアタンク４に連なり、その途中にはエアフロ−メ−タ５および加湿器６が接続されている。呼気回路３は大気に開放されており、その開放度合いが、電磁式の開度調整バルブ７によって調整される。
【００１４】
前記呼吸系路Ａには、高周波呼吸振動発生装置Ｂが接続されている。高周波呼吸振動発生装置Ｂは、基本的に、圧力発生源としてのブロア１１と切換バルブ１２とを備えている。そして、ブロア１１の吐出口１１ａで発生される陽圧と吸込口１１ｂで発生される陰圧とが、切換バルブ１２によって振動回路１３に交互に与えられる。この振動回路１３は、前記各回路１、２、３の各接続部分付近において呼吸系路Ａに接続されており、これにより、呼吸系路Ａすなわち患者の肺Ｈは、振動回路１３での振動数に応じた呼吸数で強制的に呼吸される。図１中、１４はブロア１１駆動用モータ、１５は切換バルブ１２駆動用モータであり、モータ１５は実施形態では電気式の回転モータ、より具体的にはステップモータとされている。
【００１５】
切換バルブ１２とその駆動用モータ１５とを含む切換バルブ装置の詳細について、図２、図３を参照しつつ説明する。まず、切換バルブ１２は、ケーシング２１と、その内部に配設された揺動パイプ２２とを含む。ケーシング２１は、円筒状つまり内周面が円形とされた側壁２１ａと、側壁２１ａと一体成形された円形の底壁２１ｂと、側壁２１ａ、底壁２１ｂとは別体に形成された円形の頂壁２１ｃとを有する。ケーシング２１のうち、一体成形された側壁２１ａと底壁２１ｂとは、例えば鋳造された後、機械加工により仕上げ加工することにより構成されている。頂壁２１ｃは、例えば鉄板等の金属板により形成されている。なお、頂壁２１ｃは、例えばボルト２３によって、側壁２１ａ（の上縁部）に着脱自在に固定される。
【００１６】
ケーシング２１の底壁２１ｂには第１接続口３１が形成されている。この第１接続口３１の中心線は、内面が円形とされた側壁２１ａの中心線と一致されている。また、ケーシング２１の側壁２１ａには、その周方向に小間隔をあけて、第２接続口３２と第３接続口３３とが形成されている。各接続口３１〜３３は、それぞれ円筒状とされてケーシング２１外部へ向けて短く突出しており、第１接続口３１に振動回路１３が着脱自在に接続され、第２接続口３２にブロア１１の吐出口１１ａから伸びる配管３４が着脱自在に接続され、第３接続口３３にブロア１１の吸込口１１ｂから伸びる配管３５が着脱自在に接続される。
【００１７】
揺動パイプ２２は、全体的に略Ｌ字状に形成されて、ボックス状の中間部２２ａと、それぞれ中間部２２ａから伸びて互いに略９０度（実施形態では丁度９０度）の角度をなす第１パイプ部２２ｂおよび第２パイプ部２２ｃとを有する。第１パイプ部２２ｂの先端部が、第１接続口３１に回転自在に嵌合されており、この嵌合状態において、揺動パイプ２２を第１パイプ部２２ｂつまり第１接続口３１を中心に揺動させることによって、第１パイプ部２２ｃが、第１接続口３２と第３接続口３３とに交互に連通される。なお、第１パイプ部２２ｂは、第１接続口３１内に、例えば軸受（図示略）を介して円滑に回転するように嵌合、支持されている。
【００１８】
前記モータ１５（のケーシング１５ａ）が、ケーシング２１の頂壁２１ｃ上に固定されている。モータ１５の回転軸１５ｂは、頂壁２１ｃを回転自在に貫通して、揺動パイプ２２の中間部２２ａに連結、固定されている。回転軸１５ｂの軸線は、第１接続口３１の中心線上に位置するように設定されている。すなわち、揺動パイプ２２は、第１接続口３１とモータ１５（の回転軸１５ｂ）とによって、上下の２か所において、ケーシング２１に対して位置決めされるようになっている。これにより、モータ１５を正逆回転させることによって揺動パイプ２２を揺動させると、揺動パイプ２２の第２パイプ部２２ｃ（の先端部）が、第２接続口３２と第３接続口３３とに対して交互に連通されることになる。なお、図２中符号１６は、モータ１５の回転位置を検出するセンサである。
【００１９】
揺動パイプ２２における第２パイプ部２２ｃ先端部は、側壁２１ａ内面に対して小間隙を有するように設定されて、揺動パイプ２２の揺動に応じて第２パイプ部２２ｃの先端部が側壁２１ａ内面と接触しないようにされている（常時非接触）。
【００２０】
ケーシング２１は、完全な密封状態とされることなく、大気に対して若干の漏れを有するように設定されている。この漏れの設定位置は、モータ回転軸１５ｂが頂壁２１ｃを貫通する部分に構成する等、切換バルブ１２を構成する要素の組付け部分に構成することもできるが、漏れ用の開口を積極的に別途形成することもできる。この漏れの設定により、ブロア１１の運転に伴ってブロア１１に大気（新規）が供給されて、ブロア１１の冷却上好ましいものとなる。一方、ケーシング２１内の大きな容積が、ブロア１１を運転することに伴う騒音の消音機能を果たすが、この消音機能と上述のブロア１１の冷却とを総合勘案して、上述の漏れ設定を行えばよい。
【００２１】
モータ１５の正逆回転数、つまり揺動パイプ２２の揺動回数が、高周波呼吸振動数を決定することになり、１０〜３０ＨＺの呼吸振動数が得られるようにモータ１５の正逆回転が行われる。所望の呼吸振動数を確保しつつ、振幅の大きさのみを変更するため、揺動パイプ２２の揺動角を変更することができる。すなわち、揺動パイプ２２の吐出口１１ａ、吸込口１１ｂに対する連通度合いを、例えば３０％、５０％、７０％等に変更することにより、振幅の大きさが変更され得る。図１において、モータ１５を制御するコントロ−ラＵに、呼吸振動数をマニュアル設定（入力）するスイッチ４１の他に、振幅の大きさをマニュアル設定するスイッチ４２を別途設けて、このスイッチ４２で設定された振幅となるように揺動パイプ２２の揺動角を変更することができる。この場合、振動回路１３に、振幅を含む呼吸振動の状態を検出するセンサを設けて、このセンサで検出される振幅の大きさがスイッチ４２で設定された振幅と一致するように、揺動パイプ２２の揺動角をフィ−ドバック制御することもできる。
【００２２】
揺動パイプ２２が第２接続口３２と第３接続口３３とに対して交互に連通されるのに必要な最大揺動角、つまり内面円形の側壁２１ａの中心を中心とする第２接続口３２と第３接続口３３とのなす角度は、極力小さく設定することが、揺動パイプ２２の揺動量を小さくしてモータ１５の負担を小さくする上で好ましいものとなる。このような観点、および第２接続口３２、第３接続口３３への配管作業の容易性をも考慮して、揺動パイプ２２の最大揺動角は９０度以下でかつ３０度以上とするのが好ましく、もっとも好ましくは実施形態で示すように６０度程度である（４５度〜７０度位）。
【００２３】
図４は本発明の別の実施形態を示すものであり、前記実施形態と同一要素には同一符号を付してその説明は省略する。本実施形態では、ブロアとして１１Ａと１１Ｂとの２台用意し、一方のブロア１１Ａの吐出口１１ａに配管３４（第２接続口３２）を接続し、他方のブロア１１Ｂの吸込口１１ｂに配管３５（第３接続口３３）を接続するようにしてある。上記ブロア１１Ａの吸込口１１ｂおよびブロア１１Ｂの吐出口１１ａはそれぞれ大気に開放されている。本実施形態では、ブロアが２台であることと、ブロアが大気開放型として使用されて効率アップとなることにより、十分なパワーアップを図ることができる。
【００２４】
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むものである。駆動手段としてのモータ１５は、ステップモータ以外の適宜の電気式回転モータを利用することができ、また油圧式モータをも適用可能である。モータ１５をケーシング２１に直接固定することなく、例えば基板を介して互いに一体化しておくようにすることもできる。
【００２５】
ケーシング２１の形状は適宜設定できる。特に、消音効果を期待しない場合は、揺動パイプ２２に要求される最大揺動角の分だけの大きさとして、実施形態よりも十分小さいものとすることもできる。揺動パイプ２２の揺動中心を、第１接続口３１以外の部分に設定することもできる。特に第２揺動パイプ２２自身が、途中に揺動中心を構成するための回動継手を有するものとして構成した場合は、第１接続口３１の形成位置も任意に変更し得る（形成位置選定の自由度が大）。揺動パイプ２２の長さ、特にその揺動中心からの長さを極力短くするのが、揺動に伴う慣性を小さくする上で好ましいものとなる。
【００２６】
ケーシング２１の底壁２１ｂにモータ１５を固定し、頂壁２１ｃに第１接続口３１を形成することもできる。ブロア１１としては、圧縮機等その名称を問わず、吐出口と吸込口とを有して、陽圧と陰圧とを発生させることのできる形式の流体機械であればよいものである。揺動パイプ２２の揺動回数を、通常の呼吸回数程度（例えば毎分３０回程度）に設定することにより、低周波用人工呼吸器とし使用することも可能である。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体系統図。
【図２】本発明による切換バルブ装置の分解斜視図。
【図３】図２の切換バルブを、第２接続口、第３接続口を通る平面で断面して示す断面図。
【図４】本発明の別の実施形態を示す要部系統図。
【符号の説明】
１：共通回路
２：吸気回路
３：呼気回路
１１：ブロア
１１Ａ、１１Ｂ：ブロア
１１ａ：吐出口
１１ｂ：吸込口
１２：切換バルブ
１５：モータ
１５ｂ：回転軸
２１：ケーシング
２１ａ：側壁
２１ｂ：底壁
２１ｃ：頂壁
２２：揺動パイプ
２２ａ：中間部
２２ｂ：第１パイプ部
２２ｃ：第２パイプ部
３１：第１接続口
３２：第２接続口
３３：第３接続口
Ａ：呼吸系路
Ｂ：高周波呼吸振動発生装置
Ｈ：肺

Claims (3)

1. 切換バルブ装置によって呼吸系路をブロアの吐出口と吸込口とに対して交互に連通させることにより、該呼吸系路に高周波の呼吸振動を与えるようにした人工呼吸器における人工呼吸器用切換バルブ装置において、前記切換バルブ装置が、ケーシングおよび該ケーシング内に配設された揺動パイプを有する切換バルブと、該ケーシングに固定された電気式の回転モータとを備え、前記ケーシングに、第１接続口と第２接続口と第３接続口とが形成され、前記揺動パイプの一端部が、前記第１接続口に対して揺動可能に接続され、前記モータの回転軸が、前記ケーシングを貫通して前記揺動パイプに固定され、前記モータを正逆回転して前記揺動パイプを揺動させることによって、該揺動パイプの他端部が前記第２接続口と第３接続口とに対して交互に連通されるとともに、所望の呼吸振動数を確保しつつ呼吸振幅のみを変更させるためにモータによる揺動パイプの揺動角度が変更可能である、ことを特徴とする人工呼吸器用切換バルブ装置。
2. 請求項１において、前記ケーシングの側壁に、前記第２接続口および第３接続口が形成され、前記ケーシングの頂壁と底壁とのいずれか一方に前記第１接続口が形成されると共に、他方に前記モータが固定されている、ことを特徴とする人工呼吸器用切換バルブ装置。
3. 請求項２において、前記揺動パイプの他端部が、前記ケーシングの内面に対して常時非接触状態となるようにされている、ことを特徴とする人工呼吸器用切換バルブ装置。

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