JP5286476B2 - ポンプユニット、呼吸補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロポンプを利用して流体を搬送するポンプユニット、及びこのポンプユニットを用いた呼吸補助装置に関する。

医療現場では人工呼吸器などの呼吸補助装置が用いられる。この呼吸補助装置には、自発呼吸のない患者（全身麻酔、心肺蘇生中、重篤な患者）に用いる調節換気（Controlled Ventilation）方式や、患者の自発呼吸に合わせて気道に陽圧を作り出す補助換気方式（Assisted Ventilation）方式、補助換気と調節換気を組み合わせた部分的補助換気（Assist/Control）方式、気道の供給する気体を５〜４０Ｈｚの頻度で振動させて、１〜２ｍｌ／ｋｇの非常に少ない１回換気量を実現する高頻度振動換気（high frequency occilation）方式などが採用される。

なお、この呼吸補助装置は、睡眠時の呼吸障害の患者にも利用される。この呼吸障害は、睡眠中に気道の筋肉が弛緩して舌根部や軟口蓋が下がり、気道を閉塞することによって生じる。この種の呼吸障害の患者に対しても、気道に陽圧をつくりだすことで、その症状が緩和する。

いずれの呼吸補助装置においても、気道に陽圧を作り出すためのポンプユニットが必要となる。このポンプユニットの動力源には、ファンを回転させて気体を搬送するブロアや、ピストンを往復運動させて気体を搬送するシリンダポンプなどが使用される。

しかしながら、従来の呼吸補助装置では、このポンプユニットが比較的大きいことから、これを箱状の筐体に収容して使用者の脇に設置して用いる。従って、呼吸補助装置のコンパクト化が難しいという問題があった。

また、呼吸補助装置で用いるポンプユニットは、例えば図２０に示されるように、吸気動作時は、最初は高い流量で素早く昇圧（陽圧化）し、その後、更に圧力を高めて吸気をアシストしながら流量を一定に維持する。呼気動作時は、高い流量で素早く減圧（負圧化）し、圧力が低下したら流量を次第に低下させて肺に負担をかけないように制御する。この制御は一例であり、実際には様々制御モードが要求されるが、この種の細かい制御を行う為には、大きめのブロアやシリンダポンプを利用して、圧力と流量を自在に変更できるようにしなければならない。従って、ポンプユニットの小型化が益々難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、圧力や流量を自在に制御可能としながらも、大幅な小型化を実現できるポンプユニット及びこのポンプユニットを用いた呼吸補助装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するポンプユニットは、筐体に収容されたポンプデバイスにより、前記筐体の表面に形成された入口を介して前記筐体の外にある流体を前記筐体内部へ入れて、前記筐体に形成された出口を介して前記導入された流体を前記筐体の外へ出すポンプ本体を複数有してなり、上流側の前記ポンプ本体の前記出口に設けられ、噴射口を先端部に有し、下流側の前記ポンプ本体の前記入口の周縁部と前記先端部とによって隙間が形成される位置に配された噴射ノズルを備え、前記噴射口と前記入口とが正対することを特徴とする。

また、上記目的を達成するポンプユニットは、筐体に収容されたポンプデバイスにより、前記筐体の表面に形成された入口を介して前記筐体の外にある流体を前記筐体内部へ入れて、前記筐体に形成された出口を介して前記導入された流体を前記筐体の外へ出すポンプ本体を複数有してなり、上流側の前記ポンプ本体の前記出口に設けられ下流側の前記ポンプ本体の前記入口から離れつつも近接した噴射口を先端部に有し、下流側の前記ポンプ本体の前記入口の周縁部と前記先端部とによって隙間が形成される位置に配された噴射ノズルを備えたことを特徴とする。

下流側の前記ポンプ本体の入口の前記周縁部にて前記筐体の表面から突設され、前記噴射口から噴射された流体の流路を形成する筒状の流路形成部材を備えたことが好ましい。また、前記流路形成部材は、前記筐体から前記噴射ノズルに向かう方向において拡開された絞り部を有することが好ましい。さらに、前記流路形成部材は、前記噴射ノズルから前記筐体に向かう方向において拡開された拡開部を有することが好ましい。加えて、前記噴射口が前記流路形成部材内に位置することが好ましい。

前記先端部が前記入口に通されたことが好ましい。

前記噴射ノズルは前記先端部に向かうに従い拡開されたことが好ましい。

前記ポンプデバイスは前記流体が流入する流入口及び前記流体が流出する流出口を備え、上流側の前記ポンプ本体の前記筐体には、第１の前記入口に直結する前記流入口を有する第１入口側ポンプデバイスと、第２の前記入口に直結する前記流入口を有する第２入口側ポンプデバイスと、前記出口に直結する前記流出口を有する出口側ポンプデバイスと、前記第１〜２入口側ポンプデバイスの前記流出口から出た前記流体を合流し、合流した前記流体を前記出口側ポンプデバイスの前記流入口へ送る流路を形成する合流路形成部材と、が収容されたことが好ましい。

上記目的を達成する呼吸補助装置は、呼気又は吸気の気体が通過する流路と、前記流路内に配置されて呼気又は吸気方向に加速用の気体を噴出するノズルと、前記流路の周囲に固定され、前記ノズルに対して前記加速用の気体を供給する上記ポンプユニットと
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧力や流量を自在に制御可能としながら、ポンプユニットを大幅に小型化することが可能になるという優れた効果を奏し得る。

第１のアシスト機構及び第１のマイクロポンプを備えた第１のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 マイクロポンプの概要を示す斜視図である。 マイクロポンプの圧力−流量線を示すグラフである。 二次ブロア室側からみたときの噴射ノズルの側面図である。 コントローラの概要を示す構成図である。 第２のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 第３のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 第４のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 第５のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 第６のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 第７のポンプユニットの概要を示す部分断面図である。 第８のポンプユニットにおけるマイクロポンプの入口部近傍の概要を示す断面図である。 第９のポンプユニットにおけるマイクロポンプの入口部近傍の概要を示す断面図である。 第２のアシスト機構の概要を示す断面図である。 第３のアシスト機構の概要を示す断面図である。 呼吸補助装置の概要を示す断面図である。 図１６ＡにおけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 呼吸補助装置の制御例を示す断面図である。 呼吸補助装置の制御例を示す断面図である。 他の呼吸助装置の概要を示す断面図である。 他の呼吸補助装置の概要を示す断面図である。 一般的な呼吸補助装置における圧力及び流量の制御例を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の例について詳細に説明する。

図１に示すように、ポンプユニット１０は、マイクロポンプ１１と、アシスト機構１２とを備える。

マイクロポンプ１１として、例えば、特許文献ＷＯ２００８／０６９２６６で提案されているものを用いることができる。図１〜２に示すように、マイクロポンプ１１は、流入口１１Ａ及び流出口１１Ｂが形成された筐体１６と、筐体１６に内蔵され、流入口１１Ａから流出口１１Ｂまで流体を搬送するポンプデバイス３２と、筐体１６の外部に露出する給電用端子３３とを備え、ポンプデバイス３２の作動により、流入口１１Ａから流体を吸引して、流出口１１Ｂから流体を噴出する。

ポンプデバイス３２は、給電用端子３３と電気的に接続され、電圧の印加により変形可能な圧電素子３２Ａと、圧電素子の作動によって変形可能な変形箱３２Ｂとを備える。変形箱３２Ｂは、ダイアフラム３２ＢＡと振動壁３２ＢＢとを有する。ダイアフラム３２ＢＡは、変形箱３２Ｂのうち流入口１１Ａに対向する部分に設けられる。振動壁３２ＢＢは、変形箱３２Ｂのうち流出口１１Ｂに対向する部分に設けられる。変形箱３２Ｂの内部、すなわち、ダイアフラム３２ＢＡと振動壁３２ＢＢとの間には、一次ブロア室３２Ｋが形成される。振動壁３２ＢＢには、一次ブロア室３２Ｋの内外で流体を移動させるための開口３２ＢＤが、流出口１１Ｂと正対する位置に形成される。ダイアフラム３２ＢＡの流入口１１Ａに対向する面には、圧電素子３２Ａが取り付けられる。

圧電素子３２Ａによってダイアフラム３２ＢＡを振動すると、変形箱３２Ｂ及びポンプデバイス３２によって形成された二次ブロア室３２Ｌと一次ブロア室３２Ｋとの間で流体が移動する。流体の移動により、振動壁３２ＢＢが共振する。ダイアフラム３２ＢＡと振動壁３２ＢＢの振動によって、流入口１１Ａから流体が吸い込まれる。流入口１１Ａから吸い込まれた流体は、二次ブロア室３２Ｌを通過して、流出口１１Ｂから放出される。マイクロポンプ１１は、流体を搬送するブロア用途に適しており、逆止弁を用いることなく搬送できる。

ダイアフラム３２ＢＡの振動数は、例えば、１ｋＨｚ以上であり、非可聴領域（例えば、１８ｋＨｚ以上２７ｋＨｚ以下）であることが好ましい。ダイアフラム３２ＢＡの振動数が非可聴領域であることにより、ポンプデバイス３２を有する装置（例えば、呼吸補助装置）を患者の所定の部位（特に、耳に近い部位）に着用させても、患者にはポンプデバイス３２の動作音が聞こえない結果、動作音による不快感を患者に与えずに済む。

さらに、マイクロポンプ１１は、センサユニット３５、３６を備える。センサユニット３５は、流入口１１Ａにおける流体の静圧Ｐを検知する圧力センサと、流入口１１Ａにおける流体の流量Ｑを検知する流量センサとを有する。センサユニット３６は、流出口１１Ｂにおける流体の静圧Ｐを検知する圧力センサと、流出口１１Ｂにおける流体の流量Ｑを検知する流量センサとを有する。

マイクロポンプ１１は、板状に形成され、極めて小さい（例えば、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚み２ｍｍ程度）ものの、入力正弦波を１５Ｖｐｐ（Volt peak to peak）で２６ｋＨｚとした場合で、最大約１Ｌ／分の流体を搬送でき、また最大静圧２ｋＰａを得ることが出来る（図３参照）。

また、マイクロポンプ１１の流出口１１Ｂの内径は、比較的細く、例えば、２ｍｍ以下であり、１ｍｍ以下であることが好ましい。

マイクロポンプ１１は、圧電素子３２Ａによるダイアフラム３２ＢＡの振動で流体を搬送することから、搬送可能な流体の体積に自ずと限界があり、この静圧／流量特性も図３に示すような傾向（例えば、比例乗数が負の一次関数、またはそれに近いもの）を示す。例えば約１ｋＰａの静圧を得ようとすると、流量Ｑは０．５Ｌ／分となる。なお、入力正弦波を１０Ｖｐｐ、２０Ｖｐｐとすれば、圧電素子３２Ａの振幅が変化するので、入力正弦波に応じた流量Ｑ及び静圧Ｐを得ることができる。すなわち、入力正弦波のＶｐｐを滑らかに変化させた場合には、流量Ｑ及び静圧Ｐを滑らかに変化させることができる。あるいは、入力正弦波の周波数を変化させれば、流量Ｑ及び静圧Ｐを変化させることができる。すなわち、入力正弦波の周波数を滑らかに変化させた場合には、流量Ｑ及び静圧Ｐを滑らかに変化させることができる。ただし、流量Ｑ及び静圧Ｐには、圧電素子３２Ａの能力やマイクロポンプ１１の構成部品の強度や耐久性によって上限がある。通常は定格のＶｐｐ及び周波数で使用される。

なお、マイクロポンプ１１は、上述したような、１つの圧電素子３２Ａをダイアフラム３２ＢＡに貼り付けたモノモルフ（ユニモフル）構造を有するものでもよいし、２つの圧電素子３２Ａを互いに貼り合わせて振動量を増やすバイモフル構造を有するものでもよい。マイクロポンプ１１の構造は、流体の搬送等、目的に応じて最適なものを採用すれば良い。なお、マイクロポンプ１１は、逆止弁を用いることなく気体を搬送できるが、マイクロポンプ１１に代えて、流入口又は流出口に逆止弁を備えるマイクロポンプを適用しても良い。

図１に戻って、アシスト機構１２は、流体を取り込む取り込み口１２ＢＡ及び流体を送り出す送り出し口１２ＢＢを備えたポンプ本体１２ＢＤと、送り出し口１２ＢＤに取り付けられポンプ本体１２ＢＤに取り込まれた流体を噴射する噴射ノズル１２Ｎと、を備える。噴射ノズル１２Ｎの先端部１２ＮＳには噴射口１２ＮＡが開口する。

さらにポンプユニット１０は流路形成筒４０を備える。流路形成筒４０は、噴射口１２から噴射された流体の経路を形成するためのものであり、流入口１１Ａの周縁部において、アシスト機構１２と対向する筐体１６の対向面１６Ｓから突出するように形成される。

噴射口１２ＮＡは流路形成筒４０内に位置する。流路形成筒４０は、マイクロポンプ１１からアシスト機構１２に向かって拡開するように形成される。なお、図１に示された流路形成筒４０は、一定の割合で拡開しているが、マイクロポンプ１１から離れるにしたがって拡開の度合いが大きくなる形状であってもよい。

アシスト機構１２は、マイクロポンプ１１の外部にある流体が流通可能な隙間４７が先端部１２ＮＳと流路形成筒４０との間に形成されるように配される。噴射口１２ＮＡが流入口１１Ａに近接することが好ましい。また、噴射口１２ＮＡは流入口１１Ａに正対することが好ましい。噴射口１２ＮＡの開口サイズは流入口１１Ａに比べて小さい、すなわち、噴射口１２ＮＡの開口形状は流入口１１Ａの開口形状の範囲内に収まる（図４参照）。流入口１１Ａ及び噴射口１２ＮＡの開口形状は、円形、楕円形、多角形などいずれでもよい。

アシスト機構１２としては、例えば、ポンプ本体１２ＢＤとしてのマイクロポンプ１１と、マイクロポンプ１１の出口１１Ｂに取り付けられた噴射ノズル１２Ｎであってもよい。

図５に示すように、ポンプユニット１０は、コントローラ５０を備える。コントローラ５０は、ポンプ本体１２ＢＤに内蔵されたポンプ部１２Ｐと、ポンプデバイス３２と各センサユニット３５、３６と電気的に接続する。コントローラ５０は、センサユニット３５、３６の各センサからセンシング信号を読み取る。さらに、コントローラ５０は、出口１２Ｂにおける静圧Ｐ及び流量Ｑが所定のものとなるように、ポンプデバイス３２やポンプ部１２を制御する。ポンプデバイス３２やポンプ部１２における給電条件（電圧値や電圧周波数など）を適宜設定することにより、ポンプデバイス３２やポンプ部１２を制御することができる。なお、センサユニット３５、３６を省略する場合には、コントローラ５０は、ポンプデバイス３２やポンプ部１２における給電条件と出口１２Ｂにおける静圧Ｐ及び流量Ｑとを対応付けたデータに基づいて、制御してもよい。このデータは、例えば、コントローラの内蔵メモリに格納される。

なお、マイクロポンプ１１をポンプ本体１２ＢＤとして用いる場合、ポンプデバイス３２がポンプ部１２Ｐに相当する。

次に、ポンプユニット１０の動作について説明する。コントローラ５０（図５参照）の制御の下、ポンプ部１２Ｐ及びポンプデバイス３２が運転する。図１に示すように、ポンプデバイス３２の運転により、流路形成筒４０の開口端近傍にある流体は流入口１１Ａ、二次ブロア室３２Ｌを順次通過する。ポンプデバイス３２の運転により、二次ブロア室３２Ｌへ導入された流体は、流出口１１Ｂから放出される。

また、ポンプ部１２Ｐの運転により、噴射口１２ＮＡから流体が噴出する。噴射口１２ＮＡが流入口１１Ａに近接するため、噴射口１２ＮＡから噴出した流体は、そのまま流入口１１Ａを通って、二次ブロア室３２Ｌへ流れる。噴射ノズル１２Ｎ及び流入口１１Ａの周縁部によって形成された隙間４５にある流体は、噴射口１２ＮＡから噴出し二次ブロア室３２Ｌに向かって流れる流体に引っ張られるようにして、二次ブロア室３２Ｌに向かって流れる。さらに、隙間４７にある流体も、二次ブロア室３２Ｌに向かって流れる流体に引っ張られるようにして、二次ブロア室３２Ｌに向かって流れる。この結果、隙間４５や隙間４７を負圧にすることができるため、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流入口１１Ａにおける流体の流量をより大きなものにすることができる。したがって、ポンプユニット１０によれば、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流出口１１Ｂにおける流体の流量をより大きなものにすることができる。さらに、ポンプ部１２やマイクロポンプ３２の給電条件を個別に制御することにより、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流出口１１Ｂにおける流体の流量をより細かく設定することができる。

前述のとおり、マイクロポンプ１１の流出口１１Ｂの内径がある程度細いため、逆流防止弁がなくとも、ダイアフラム３２ＢＡの振動により、流出口１１Ｂから流体を連続して流出することができる。ところが、流出口１１Ｂの内径の細さは、流出口１１Ｂから流出可能な流体の体積を制限する。このため、流出する流体の体積をある程度大きなものとする場合には、マイクロポンプ１１を単独で用いるのではなく、マイクロポンプ１１（図１のマイクロポンプ１１に相当）の手前に第２のマイクロポンプ（図１のアシスト機構１２に相当）を並べ、そして第２のマイクロポンプの手前に第３のマイクロポンプを並べ・・・と、複数のマイクロポンプを直列的に接続させることも可能であるが、多数（例えば、３つ以上の）のマイクロポンプを直列に接続させることが困難な場合もある。ポンプユニット１０によれば、多数のマイクロポンプを直列に接続させなくとも、流出口１１Ｂから流出する流体の体積をある程度大きなものにすることが容易に実現できる。

隙間４７は、先端部１２ＮＳの外周において、環状に形成されることが好ましい。なお、隙間４７は、円弧状や楕円弧状に形成されてもよい。

上記実施形態では、流路形成筒４０をマイクロポンプ１１からアシスト機構１２に向かって拡開するように形成したが、流路形成筒４０をマイクロポンプ１１からアシスト機構１２に向かうまでほぼ一様の形状、すなわち直線状に形状してもよい（図６参照）。

また、流路形成筒４０は、図７に示すように、筐体１６の対向面１６Ｓから突設されアシスト機構１２からマイクロポンプ１１に向かって拡開する拡開部４０Ｋと、拡開部４０Ｋの開口端から連設されマイクロポンプ１１からアシスト機構１２に向かって拡開する絞り部４０Ｓとを有していてもよい。また、絞り部４０Ｓと拡開部４０Ｋとの間に、マイクロポンプ１１からアシスト機構１２まで直線状の直流部４０Ｄを有していてもよい（図８参照）。さらに、図７〜８に示す流路形成筒４０では、噴射口１２ＮＡの位置を絞り部４０Ｓに設定することが好ましい。これにより、流入口１１Ａにおける流体の流量をより大きなものにすることができる。

上記実施形態では、噴射口１２ＮＡを流路形成筒４０内に配したが、本発明はこれに限られず、図９に示すように、噴射口１２ＮＡを流路形成筒４０の外に配してもよい。流路形成筒４０の噴射ノズル１２Ｎ側の開口端は噴射口１２ＮＡに近接する。噴射口１２ＮＡの開口サイズは、流路形成筒４０の噴射ノズル１２Ｎ側の開口に比べて小さい。噴射ノズル１２Ｎ及び流路形成筒４０によって形成された隙間４７にある流体は、噴射口１２ＮＳから噴射し二次ブロア室３２Ｌに向かって流れる流体に引っ張られるようにして、二次ブロア室３２Ｌに向かって流れる。このようにして、ポンプユニット１０は、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流入口１１Ａにおける流体の流量をより大きなものにすることができる。この結果、ポンプユニット１０は、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流出口１１Ｂにおける流体の流量をより大きなものにすることができる。

なお、噴射口１２ＮＡは、流路形成筒４０の噴射ノズル１２Ｎ側の開口と正対することが好ましい。流路形成筒４０の形状としては、マイクロポンプ１１からアシスト機構１２に向かって拡開する形状（図９参照）、マイクロポンプ１１からアシスト機構１２まで直線状の形状、アシスト機構１２からマイクロポンプ１１に向かって拡開する形状（図１０参照）のいずれでもよい。

流路形成筒４０には、スリットが形成されていてもよい。スリットは、流体の流れ方向に延びるように形成されていてもよいし、流体の流れ方向と交差する方向（例えば、周方向）に延びるように形成されていてもよい。流体の流れ方向に延びるように形成されたスリットは、流路形成筒４０のマイクロポンプ１１側の一端から他端まで形成されていてもよい。

図１１に示すように、流路形成筒４０を省略してもよい。この場合には、流入口１１Ａに近接するように噴射口１２ＮＡを配する。噴射口１２ＮＡの開口サイズは流入口１１Ａに比べて小さい。また、噴射口１２ＮＡは、流入口１１Ａと正対することが好ましい。

また、噴射口１２ＮＡから噴射した流体によって噴射ノズル１２Ｎ及び入口１１の周縁部によって形成された隙間４５にある流体が二次ブロア室３２Ｌに向かって引っ張られる程度であれば、噴射口１２ＮＡを二次ブロア室３２Ｌに位置させてもよい（図１２〜１３参照）。噴射ノズル１２Ｎの先端部１２ＮＳは、基部から噴射口１２ＮＡまで一様の大きさでもよいし（図１２参照）、噴射ノズル１２Ｎの基部から噴射口１２ＮＡに向かうにしたがって拡開されていてもよい（図１３参照）。なお、図１２〜１３に示すポンプユニット１０において、前述した流路形成筒４０を設けてもよい。

上記実施形態ではポンプ本体としてマイクロポンプ１１を用いたが、複数のマイクロポンプ１１を有するポンプユニットを用いてもよい。同様に、アシスト機構１２として、複数のマイクロポンプ１１を有するポンプユニットを用いてもよい。

複数のマイクロポンプ１１を有するアシスト機構１２の別の形態として、つぎのようなものもある。

図１４に示すように、アシスト機構６０は、ポンプ本体と、ポンプ本体に設けられた噴射ノズル６８とを備える。ポンプ本体は、マイクロポンプ１１と同様の構造のマイクロポンプ６１〜６３と、マイクロポンプ６１〜６３をつなぐ合流路形成部材６５と、マイクロポンプ６１〜６３及び合流路形成部材６５を収容する筐体６７とを有する。筐体６７には、筐体６７の外にある流体が内部へ入る入口６７ＡＸ、６７ＡＹと、筐体６７の内部にある流体が外部へ出る出口６７Ｂと、が設けられる。入口６７ＡＸは、マイクロポンプ６１の流入口６１Ａと直結する。入口６７ＡＹは、マイクロポンプ６２の流入口６２Ａと直結する。また、出口６７Ｂは、マイクロポンプ６３の流出口６３Ｂと直結する。合流路形成部材６５は、片端がマイクロポンプ６１の流出口６１Ｂに直結する流路７１と、片端がマイクロポンプ６２の流出口６２Ｂに直結する流路７２と、片端がマイクロポンプ６３の流入口６３Ａに直結する流路７３と、各流路７１〜７３の他端が直結する合流路７４とを有する。

噴射ノズル６８は、筐体６７の出口６７Ｂ近傍に設けられ、先端部に設けられた噴射口６８Ａと、出口６７Ｂ及び噴射口６８Ａを連通する流路６８Ｒとを有する。

次に、アシスト機構６０の動作について説明する。マイクロポンプ６１〜６２は、それぞれ、個別の入口６７ＡＸ、６７ＡＹから流体を取り込み、圧力が増大された流体をそのまま流出口６１Ｂ〜６２Ｂから出す。このため、アシスト機構６０は，１つのマイクロポンプを用いて筐体６７に設けられた１つの入口から流体を取り込む場合に比べ、より大きな流量の流体を取り込み、同等の圧力まで増大させることができる。合流路形成部材６５により、マイクロポンプ６１〜６２によって圧力が増大された流体は合流し、そのまま、マイクロポンプ６３の流入口６３Ａに流入する。ここで、マイクロポンプ６１〜６２から出る際の流体は、圧力が増大されているため、個別の入口６７から取り込まれる際に比べて体積が小さい。したがって、合流路形成部材６５を介して、マイクロポンプ６３の流入口６３Ａに流入する流体の流量は、筐体６７に設けられた入口から直接マイクロポンプ６３に取り込んだ場合に比べ、大きい。マイクロポンプ６３の流入口６３Ａに流入した流体は、マイクロポンプ６３によってさらに圧力が増大する。このようにして、アシスト機構６０は、より大きな流量の流体をより高い圧力で噴射することができる。そして、アシスト機構６０を用いて、図１等に示すようなマイクロポンプ１１の流入口１１Ａに流体を送り込むことにより、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流出口１１Ｂにおける流体の静圧Ｐ及び流量Ｑをより大きなものにすることができる。

なお、筐体６７に形成される入口６７ＡＸ、６７ＡＹは、２つに限らず、３つ以上でもよい。そして、筐体６７に形成された入口を、筐体６７に収容されるマイクロポンプの流入口に直結させればよい。

また、マイクロポンプ６１〜６２及びマイクロポンプ６３との間に、マイクロポンプを設けてもよい。例えば、図１５に示すように、アシスト機構８０は、ポンプ本体と、噴射ノズル８８とを有する。ポンプ本体は、マイクロポンプ１１と同様の構造のマイクロポンプ８１〜８４と、マイクロポンプ８１〜８４をつなぐ合流路形成部材８５と、マイクロポンプ８１〜８４及び合流路形成部材８５を収容する筐体８７とを有する。筐体８７には、筐体８７の外にある流体が内部へ入る入口８７ＡＸ、８７ＡＹ、８７ＡＺと、筐体８７の内部にある流体が外部へ出る出口８７Ｂと、が設けられる。入口８７ＡＸは、マイクロポンプ８１の流入口８１Ａと直結する。同様にして、入口８７ＡＹはマイクロポンプ８２の流入口８２Ａと直結し、入口８７ＡＺはマイクロポンプ８３の流入口８３Ａと直結する。また、出口８７Ｂは、マイクロポンプ８４の流出口８４Ｂと直結する。噴射ノズル８８は、筐体８７の出口８７Ｂ近傍に設けられ、先端部に設けられた噴射口８８Ａと、出口８７Ｂ及び噴射口８８Ａを連通する流路８８Ｒとを有する。

合流路形成部材８５は、マイクロポンプ８１〜８３及びマイクロポンプ８４の間に配されたマイクロポンプ９１〜９２と、片端がマイクロポンプ８１の流出口８１Ｂに直結する流路９３と、片端がマイクロポンプ８２の流出口８２Ｂに直結する流路９４と、片端がマイクロポンプ８３の流出口８３Ｂに直結する流路９５と、片端がマイクロポンプ９１の流入口９１Ａに直結する流路９６と、片端がマイクロポンプ９２の流入口９２Ａに直結する流路９７と、各流路９３〜９７の他端が直結する第１合流路９８と、片端がマイクロポンプ９１の流出口９１Ｂに直結する流路１０１と、片端がマイクロポンプ９２の流出口９２Ｂに直結する流路１０２と、片端がマイクロポンプ８４の流入口８４Ａに直結する流路１０３と、各流路１０１〜１０３の他端が直結する第２合流路１０５と、を有する。

そして、アシスト機構８０を用いて、図１等に示すようなマイクロポンプ１１の流入口１１Ａに流体を送り込むことにより、マイクロポンプ１１を単独で運転する場合に比べ、流出口１１Ｂにおける流体の静圧Ｐ及び流量Ｑをより大きなものにすることができる。

複数のマイクロポンプ１１からなるアシスト機構１２は、例えば、格子状に並べられたマイクロポンプ１１を備えていてもよい。格子状に並べられたマイクロポンプ１１の流入口及び流出口と、筐体に形成された入口と、筐体に形成された出口とは、流路形成機構によってつながっている。流路形成機構は、入口から導入された流体を分岐して行方向に並ぶマイクロポンプ１１へ流し、当該行方向に並ぶマイクロポンプ１１から出た流体を合流させる並列状態と、入口から導入された流体を列方向に並ぶマイクロポンプ１１へ直列的に流す直列状態との間で遷移自在である。流路形成機構が並列状態である場合、ポンプユニットは出口１２から出る流体の流量Ｑが静圧Ｐに優先して増大する状態（流量優先搬送状態）となり、流路形成機構が直列状態である場合、出口１２から出る流体の静圧Ｐが流量Ｑに優先して増大する状態（圧力優先搬送状態）となる。このように、流路形成機構を、並列状態と、直列状態と、並列状態及び直列状態が併存する状態との間で切り替えることにより、所望の静圧Ｐ及び流量Ｑの流体を出すことが可能となる。

ポンプユニット１０を、医療用の呼吸補助装置７００に適用した例を図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。この呼吸補助装置７００は、呼吸用の気体が通過する流路７０２と、この流路７０２内に配置されて、呼気方向及び吸気方向にそれぞれ加速用の空気を放出可能な呼気ノズル７０４及び吸気ノズル７０６と、流路７０２の外表面に周方向に沿って配置されるポンプユニット１０と、ポンプユニット１０を駆動するバッテリ７１０を備える。流路７０２内に配置される呼気及び吸気ノズル７０４、７０６の近傍には、それぞれ、ベンチュリー壁７２０が配置される。なお、バッテリ７１０については、離れた場所に配置したり、電源ラインを接続することで省略したりすることもできる。

更にポンプユニット８０の出口８７Ｂ（図１５参照）近傍には、呼吸切替弁７２５が配置される。この呼吸切替弁７２５は、出口８７Ｂから吐出される空気を、噴射ノズル８８に設けられた呼気側噴出口７０４から放出させる場合と、噴射ノズル８８に設けられた吸気側噴出口７０６から放出させる場合を切り換える。図１７Ａに示されるように、呼気側噴出口７０４から空気を放出させる場合は、この空気がベンチュリー壁７２０によって広がることで呼気側が負圧状態となり、吸気側（肺側）から排出される二酸化炭素を呼び込んで、呼気方向に流す。結果、呼気動作を補助することができる。一方、図１７Ｂに示されるように、吸気側噴出口７０６から空気を放出させる場合は、この空気がベンチュリー壁７２０によって広がることで吸気側が負圧状態となり、吸気側から供給される酸素を吸い込んで呼気方向（肺側）に流れる。結果、吸気動作を補助することができる。

この呼吸補助装置７００によれば、流路７０２を構成する配管自体に、小型化されたポンプユニット１０が直接固定されるので、呼吸補助装置７００を極めてコンパクトに構成することが出来る。更に、流路７０２とポンプユニット１０とが一体化されるので、使用者の体の動作に連動して流路７０２が動いても、この流路７０２とポンプユニット１０が一緒に動くので、呼気及び吸気ノズル７０４、７０６と、ポンプユニット１０の接続が途切れないで済む。従って、呼吸補助動作の安定性が増すと同時に、使用者も体を動かしやすくなる。

更に、ポンプユニット１０から呼気及び吸気ノズル７０４、７０６までの距離が短くなるので、呼吸補助動作の応答性を高めることが出来る。

なお、この呼吸補助装置７００は、使用者の口から気管に向かって挿入される挿管チューブと連続するようにして、用いることが可能であるが、例えば図１８に示されるように、鼻マスク８３０に対して流路７０２を接続して用いることもできる。更に、鼻マスクに適用する場合は、例えば図１９に示される呼吸補助装置８００のように、鼻マスク８３０の外周面にポンプユニット１０を直接固定することが好ましく、全体の安定性が増す。また、ここでは、１台のポンプユニット１０を呼吸切替弁７２５で切り換えて、呼気ノズル又は吸気ノズルに供給する場合を例示したが、２台のポンプユニット１０を用意して、それぞれ呼気ノズル、吸気ノズルに接続するようにしても良い。

尚、本発明のポンプユニット及び呼吸補助装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明のポンプユニットは、呼吸補助装置以外の様々な用途に用いることが出来る。また、本発明の呼吸補助装置は、様々な生物の呼吸補助目的で利用することができる。

１０ ポンプユニット
１１ マイクロポンプ
１１Ａ ポンプ入口
１１Ｂ ポンプ出口
１２ 導入アシスト機構
１２ 噴射口
１２ 導入アシスト機構
１２Ｐ ポンプ部
１２Ｎ 噴射ノズル
１２ＮＡ 噴射口
１２ＮＳ 先端部
１６ 筐体
１６Ｓ 対向面
３２ ポンプデバイス
３２Ａ 圧電素子
３２Ｂ 変形箱
３２ＢＡ ダイアフラム
３２ＢＢ 振動壁
３２ＢＤ 開口
３２Ｋ 一次ブロア室
３２Ｌ 二次ブロア室
４０ 流路形成筒
４０Ｄ 直流部
４０Ｋ 拡開部
４０Ｓ 絞り部
４５、４７ 隙間
５０ コントローラ

Claims (10)

1. 筐体に収容されたポンプデバイスにより、前記筐体の表面に形成された入口を介して前記筐体の外にある流体を前記筐体内部へ入れて、前記筐体に形成された出口を介して前記導入された流体を前記筐体の外へ出すポンプ本体を複数有してなり、
   上流側の前記ポンプ本体の前記出口に設けられ、噴射口を先端部に有し、下流側の前記ポンプ本体の前記入口の周縁部と前記先端部とによって隙間が形成される位置に配された噴射ノズルを備え、
   前記噴射口と前記入口とが正対することを特徴とするポンプユニット。
2. 筐体に収容されたポンプデバイスにより、前記筐体の表面に形成された入口を介して前記筐体の外にある流体を前記筐体内部へ入れて、前記筐体に形成された出口を介して前記導入された流体を前記筐体の外へ出すポンプ本体を複数有してなり、
   上流側の前記ポンプ本体の前記出口に設けられ下流側の前記ポンプ本体の前記入口から離れつつも近接した噴射口を先端部に有し、下流側の前記ポンプ本体の前記入口の周縁部と前記先端部とによって隙間が形成される位置に配された噴射ノズルを備えたことを特徴とするポンプユニット。
3. 下流側の前記ポンプ本体の入口の前記周縁部にて前記筐体の表面から突設され、前記噴射口から噴射された流体の流路を形成する筒状の流路形成部材を備えたことを特徴とする請求項１〜２記載のポンプユニット。
4. 前記流路形成部材は、前記筐体から前記噴射ノズルに向かう方向において拡開された絞り部を有することを特徴とする請求項３記載のポンプユニット。
5. 前記流路形成部材は、前記噴射ノズルから前記筐体に向かう方向において拡開された拡開部を有することを特徴とする請求項３〜４記載のポンプユニット。
6. 前記噴射口が前記流路形成部材内に位置することを特徴とする請求項３〜５いずれか記載のポンプユニット。
7. 前記先端部が前記入口に通されたことを特徴とする請求項１記載のポンプユニット。
8. 前記噴射ノズルは前記先端部に向かうに従い拡開されたことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のポンプユニット。
9. 前記ポンプデバイスは前記流体が流入する流入口及び前記流体が流出する流出口を備え、
   上流側の前記ポンプ本体の前記筐体には、
   第１の前記入口に直結する前記流入口を有する第１入口側ポンプデバイスと、
   第２の前記入口に直結する前記流入口を有する第２入口側ポンプデバイスと、
   前記出口に直結する前記流出口を有する出口側ポンプデバイスと、
   前記第１〜２入口側ポンプデバイスの前記流出口から出た前記流体を合流し、合流した前記流体を前記出口側ポンプデバイスの前記流入口へ送る流路を形成する合流路形成部材と、
   が収容されたことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のポンプユニット。
10. 呼気又は吸気の気体が通過する流路と、
    前記流路内に配置されて呼気又は吸気方向に加速用の気体を噴出するノズルと、
    前記流路の周囲に固定され、前記ノズルに対して前記加速用の気体を供給する請求項１〜９いずれか記載のポンプユニットと
    を備えたことを特徴とする呼吸補助装置。

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