JP5843321B2 - 呼吸装置 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸装置に関するものである。

本願出願人は、特許文献１において、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、面体に取り付けられた且つ吸気弁、排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置と、呼吸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を備え、呼吸モニター装置は、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ことを特徴とする呼吸装置を提案した。
特許文献１の呼吸装置には、呼吸モニター装置が吸気弁、排気弁を構成要素としないので、吸排気に含まれる微細な塵埃や水滴がセンサーに付着し難く、センサーが汚れ難く、呼吸モニターの精度が経時低下し難いという利点がある。

特開２００９−１３６５２１

特許文献１の呼吸装置の実施品は、図１に示すように、上述の構成に加えて面体正面に取り付けられた呼吸装置使用者の声を外部環境に放射させる伝声器１０を備えている。この結果、上記実施品は、吸気弁、面体の一方の側面に取り付けられた排気弁、フィルター、面体の他方の側面に取り付けられた呼吸モニター装置、面体正面に取り付けられた伝声器を備えており、部品数が多いという問題があった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、吸気弁や排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置を備え、且つ図１に示す特許文献１の呼吸装置の実施品に比べて部品数が少ない呼吸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、吸気弁、排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置と、呼吸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を備え、呼吸モニター装置は、面体に取り付けられた伝声器の振動膜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においては、伝声器の振動膜を呼吸モニター装置の構成要素として利用することにより、呼吸モニター装置と伝声器とを別個独立に面体に取り付けた特許文献１の呼吸装置の実施品に比べて部品数を低減させている。

本発明の好ましい態様においては、呼吸モニター装置と伝声器と制御装置とが一体に組み付けられてユニット化され、前記ユニットが面体に形成された開口に着脱可能に取り付けられている。
呼吸モニター装置と伝声器と制御装置とを一体に組み付けてユニット化し、当該ユニットを面体に形成された開口に着脱可能に取り付けることにより、呼吸装置の組み立て作業が容易化される。

特許文献１の実施品の構成図である。（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置の構成図である。（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は正面図である。

本発明の実施例に係る呼吸装置を説明する。
図２に示すように、呼吸装置Ａは、使用者の顔面の鼻部と口部とを覆う半面型の椀状の面体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、吸気流に関して吸気弁２の上流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、吸気流に関して電動ファン４の上流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、伝声器６とを備えている。
伝声器６は、小径部と中径部と大径部とを有し小径部が面体１に形成された開口に面体内側から嵌合する筒体６ａと、筒体６ａ小径部の面体外側へ突出した端部に面体外側から螺合し、筒体６ａの小径部と中径部との間の環状段部６ｂと協働して前記開口周囲の面体１を挟持することにより筒体６ａを面体１に固定する碗状のカバー６ｃと、筒体６ａの中径部と大径部との間の環状段部６ｄに面体内側から外周縁部が当接する円形の振動膜６ｅと、筒体６ａの大径部に螺合し環状段部６ｄと協働して振動膜６ｅの外周縁部を挟持することにより振動膜６ｅを筒体６ａに固定する円環状の枠体６ｆとを有している。カバー６ｃには複数の開口６ｃ’が形成されており、枠体６ｆは、円環の中心を通って円環上の正対する２点を連結する腕部６ｆ’を有している。
吸気弁２、電動ファン４、フィルター５、伝声器６は、面体１の正面に取り付けられ、排気弁３は面体１の側面に取り付けられている。

呼吸装置Ａは呼吸モニター装置７を備えている。呼吸モニター装置７は、伝声器６が備える振動膜６ｅの中心部に取り付けられた磁石７ａと、伝声器６の腕部６ｆ’の長手方向中央部に取り付けられ、所定隙間を隔てて磁石７ａに正対するホール素子７ｂとを有している。
ホール素子７ｂと電動ファン４とは、電動ファン４の近傍に配設された制御装置８に接続され、制御装置８は電動ファン４の近傍に配設されたバッテリー収納部９に収納された図示しないバッテリーに接続される。

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、振動膜６ｅ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。この時、振動膜６ｅは略平板状に延在する初期状態に在り磁石７ａとホール素子７ｂとの間の距離は初期値となっており、ホール素子７ｂが検知する磁石７ａ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、振動膜６ｅは面体１の外側へ膨出変形し、面体１の内圧が負圧であれば、振動膜６ｅは面体１の内側へ収縮変形する。

呼吸装置Ａを使用する際には、図示しないバッテリーをバッテリー収納部９に収納し、制御装置８を作動させる。使用者の顔面の鼻と口とを含む一部を覆うように面体１を使用者の頭部に装着する。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。
使用者の排吸気に応じて、面体１の内圧が増減し、振動膜６ｅに印加される内外圧に差圧が生じ、振動膜６ｅが初期状態から変形し、磁石７ａとホール素子７ｂ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７ｂが検知して、検知信号を制御装置８へ送信する。制御装置８は、ホール素子７ｂ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８は、ホール素子７ｂ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、ひいては振動膜６ｅ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、振動膜６ｅの面体１外側への変形量が増加し、磁石７ａとホール素子７ｂとの距離が増加し、ホール素子７ｂが検知する磁石７ａ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７ｂが検知する磁石７ａ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。
尚、呼吸装置Ａの使用者が声を出すと、伝声器６の振動膜６ｅが振動するが、当該振動による振動膜６ｅの面体内外方向への変形量は、使用者の呼吸に伴う振動膜６ｅの面体内外方向への変形量に比べて微小なので、呼吸に連動した電動ファン４の作動を妨げない。

吸気時には面体１の内圧が低くなり、振動膜６ｅの面体１外側への変形量が減少し、磁石７ａとホール素子７ｂとの距離が減少し、ホール素子７ｂが検知する磁石７ａ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７ｂが検知する磁石７ａ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を通過して塵埃が除去され、次いで電動ファン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、磁石７ａとホール素子７ｂとの間の距離が初期値よりも小さくなり、ホール素子７ｂが検知する磁石７ａ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８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、図示しない警報装置を作動させて警報音、警報光等を発生させ、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、振動膜６ｅに印加される内外圧がバランスし、振動膜６ｅは初期状態に復帰し、磁石７ａとホール素子７ｂとの間の距離は初期値に復帰し、ホール素子７ｂが検知する磁石７ａの磁束密度は初期値に復帰する。制御装置８は、ホール素子７ｂから受信した磁束密度が初期値に復帰した状態が所定時間継続すると、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、呼吸モニター装置７は吸気弁２、排気弁３を構成要素としないので、呼吸モニター装置７の一部を構成するホール素子７ｂを吸排気の流路に配設する必要がない。従って、吸排気に含まれる微細な塵埃や水滴がホール素子７ｂに付着し難く、ホール素子７ｂは汚れ難く、呼吸モニター装置７の精度は経時低下し難い。

呼吸装置Ａにおいては、使用者が呼吸装置Ａを装着し呼吸を開始すると自動的に電動ファン４が始動し、呼吸装置Ａを取り外すと自動的に電動ファン４が停止するので、従来の呼吸装置のように呼吸装置Ａを装着した後に電動ファン４のＯＮ／ＯＦＦスイッチを手動で操作する必要が無い。この結果、呼気装置Ａの使い勝手が向上する。

呼吸装置Ａが備えるホール素子７ｂは磁気センサーなので、面体１内の空気に含まれる微細な塵埃や水滴が付着しても、検知精度は低下し難い。従って呼吸装置Ａにおいては呼吸モニター７の精度が経時低下し難い。

呼吸装置Ａにおいては、伝声器６の振動膜６ｅを呼吸モニター装置７の構成要素として利用することにより、呼吸モニター装置７と伝声器６とを別個独立に面体に取り付けた特許文献１の呼吸装置の実施品に比べて部品数が低減している。

伝声器６と呼吸モニター装置７と制御装置８とを一体に組み付けてユニット化し、前記ユニットを面体１に形成された開口に着脱可能に取り付けても良い。
伝声器６と呼吸モニター装置７と制御装置８とを一体に組み付けてユニット化することにより、呼吸装置Ａの組み立て作業が容易化される。

磁石７ａとホール素子７ｂとを用いて振動膜６ｅの変位を検知するのに代えて、反射体と、発光素子と受光素子とから成る光センサーとを用いて振動膜６ｅの変位を検知しても良い。
面体１は、使用者の顔面全体を覆う全面型の面体でも良い。

本発明は、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、面体に取り付けられた且つ吸気弁、排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置と、呼吸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 伝声器
６ｅ 振動膜
７ 呼吸モニター装置
７ａ 磁石
７ｂ ホール素子
８ 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、面体に取り付けられた且つ吸気弁、排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置と、呼吸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を備え、呼吸モニター装置は、面体に取り付けられた伝声器の振動膜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ことを特徴とする呼吸装置。
2. 呼吸モニター装置と伝声器と制御装置とが一体に組み付けられてユニット化され、前記ユニットが面体に形成された開口に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の呼吸装置。

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