JP6042847B2

JP6042847B2 - ガス流表示器

Info

Publication number: JP6042847B2
Application number: JP2014138625A
Authority: JP
Inventors: 西澤　理; 理西澤; 民男西野
Original assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Current assignee: Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: JP2016017756A

Description

本発明は、ガス流表示器に関し、詳しくは、低流量のガス流の有無を外部から視認することができるガス流表示器に関する。

流体の流量を測定する機器として、上部が拡開したテーパー管内に浮き子を収納した面積流量計が従来から広く用いられている。この面積流量計は、構造が簡単で故障もしにくいという利点を有しているものの、浮き子を重力によって作動させているため、テーパー管の軸線を鉛直方向に向けて設置する必要があり、使用場所、使用条件が限られていた。一方、浮き子に相当するピストンをスプリングで付勢することにより、テーパー管の軸線を鉛直方向以外に向けても流量測定を可能とした流量計が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２３６９２２号公報

しかし、前記特許文献１に記載されたように、ピストンをスプリングで付勢した流量計は、高流量ではピストンが振動して大きな振動音が発生することがあり、また、低流量、例えば毎分２リットル未満の流量ではピストンが移動せず、流量の確認ができないだけでなく、ガス流の有無を確認することもできなくなることがあった。

そこで本発明は、使用時の方向性がなく、低流量時のガス流の確認を確実に行えるとともに、高流量時の振動音の発生を抑えることができる構造を備えたガス流表示器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のガス流表示器は、外部から内部を視認可能なシリンダと、該シリンダ内に移動可能に挿入されたピストンと、前記ピストンをシリンダの上流側に付勢するバネ部材とを備えたガス流表示器であって、前記シリンダのシリンダ軸線方向中間部から下流側端部にわたる範囲の内周面に、下流側端部に向かって次第に溝の深さが深くなる傾斜底面を有する複数の傾斜溝を設けるとともに、周方向に隣接する前記傾斜溝同士の間に、シリンダの上流側内周面と同一内径を有する複数のガイド面を設けたことを特徴としている。

さらに、本発明のガス流表示器は、前記シリンダの上流側に上流側部材が設けられるとともに、前記シリンダの下流側に下流側部材が設けられていること、前記傾斜底面は、シリンダ内周側が凸となる円弧面となっていることを特徴としている。

また、前記ピストンは、前記シリンダの内径に対応した外径を有する円盤状のピストン本体部と、該ピストン本体部のシリンダ上流側に突出したピストン本体部の外径より小径のガイド筒部と、該ガイド筒部の外周面にピストン軸線方向に設けられた複数のガイドリブとを有していることを特徴としている。

さらに、前記上流側部材は、前記シリンダの上流側端部を接続する接続部と、前記ピストンの上流側を収納可能なピストン収納部とを備え、該ピストン収納部内にピストンの流入部側を収納したときに、前記ピストンの下流側先端面が、前記接続部の先端面と面一乃至先端面より上流側に位置することを特徴とし、前記バネ部材が、前記上流側部材と前記ピストンとの間に設けられていることを特徴としている。

本発明のガス流表示器によれば、シリンダ軸線方向中間部から下流側端部にわたって傾斜底面を有する複数の傾斜溝を設けるとともに、傾斜溝間にガイド面を設け、また、シリンダ軸線方向上流側端部から中間部までは傾斜溝が無いので、ガス流量が少ないときのピストンは、シリンダ軸線方向中間部から下流側の傾斜溝の溝の深さが浅い部分まで移動し、外部からピストンの移動を視認することが可能である。また、ガス流量が多いときのピストンは、傾斜溝の溝の深さが深い部分まで移動し、大量のガスは溝内を通過して流れる。また、ピストンが下流側に移動したときには、傾斜溝間のガイド面によってピストンの振動を抑制することができるので、ガス流量が多いときでも振動音の発生を抑えることができる。

特に、傾斜溝の底面を円弧面で形成することにより、溝の深さの変化量を平面に比べて大きくできるので、シリンダの長さを短くすることができ、ガス流表示器の小型軽量化を図ることができる。また、ピストンを円盤状のピストン本体部と、小径のガイド筒部と、複数のガイドリブとで形成することにより、高流量時の振動を抑えながらピストンの軽量化を図ることができ、低流量時の応答性の向上を図ることができる。

本発明のガス流表示器の一形態例を示す断面図である。同じくシリンダ及びピストンを示す分解斜視図である。同じくガス流表示器の外観を示す斜視図である。低流量時の状態を示す断面図である。図４のＶ−Ｖ断面図である。

本形態例に示すガス流表示器は、外部から内部を視認可能な材料で形成されたシリンダ１１と、該シリンダ１１内に移動可能に挿入されたピストン１２と、前記シリンダ１１の上流側端部に装着される上流側部材１３と、前記シリンダ１１の下流側端部に装着される下流側部材１４と、前記ピストン１２をシリンダ１１の上流側に付勢するコイルスプリングからなるバネ部材１５とを備えている。

シリンダ１１の内周面１１ａには、該シリンダ１１のシリンダ軸線方向中間部から下流側端部にわたる範囲の周方向３箇所に傾斜溝１６が設けられるとともに、隣接する傾斜溝１６，１６同士の間の周方向３箇所にガイド面１７が設けられている。本形態例では、シリンダ内周面周方向の６０度毎に、傾斜溝１６とガイド面１７とが交互に形成された状態になっている。また、シリンダ１１の外周面には、ガスの流れ方向を示す矢印１１ｂが設けられている。

前記ガイド面１７は、シリンダ軸線方向中間部より上流側の内周面１１ａと同一内径であり、シリンダ上流側内周面１１ａからシリンダ全長にわたって連続した面となっている。傾斜溝１６は、シリンダ軸線方向中間部の傾斜溝１６の始端から下流側端部に向かって次第に溝の深さが深くなる傾斜底面１６ａを有するものであって、傾斜底面１６ａは、シリンダ内周側が凸となる円弧面で形成され、平面の底面に比べて深さの変化が大きくなっている。

前記ピストン１２は、下流側に位置する円盤状のピストン本体部１２ａと、該ピストン本体部１２ａのシリンダ上流側に突出したガイド筒部１２ｂと、該ガイド筒部１２ｂの外周面に設けられた６本のガイドリブ１２ｃとを有している。ピストン本体部１２ａの外径は、シリンダ１１の内径に対応して設定されており、シリンダ１１内でのピストン１２の軸線方向の移動は可能であるが、シリンダ１１の内周面とピストン１２の外周面との間のガスの流通する部分には、両者の間に微細な隙間（流路）が形成されるように設定されている。

ガイド筒部１２ｂは、ピストン本体部１２ａの外径より小さな外径を有するもので、軸線方向の長さは、ピストン本体部１２ａの外径よりも短く形成されている。ガイドリブ１２ｃは、ガイド筒部１２ｂの外周面に６０度の等間隔で設けられており、各ガイドリブ１２ｃの外端を通る円の直径は、ピストン本体部１２ａの外径と同一に設定され、ガイドリブ１２ｃの外端面とピストン本体部１２ａの外周面とは、面一に形成されている。

また、ピストン本体部１２ａの中央部には、前記バネ部材１５の下流端に設けた引っかけ部１５ａを係止するための通孔１２ｄとばね係止部材１２ｅとが設けられている。ばね係止部材１２ｅは、通孔１２ｄのピストン内部側に固着されたもので、ピストン外部側から通孔１２ｄを利用してバネ部材１５の下流端をばね係止部材１２ｅに係止する作業を行えるようにしている。バネ部材１５をばね係止部材１２ｅに係止させた後は、ピストン本体部１２ａの外面に円形の封止部材１２ｆを貼り付けて通孔１２ｄを塞ぎ、ガスが漏れ出さないようにしている。

前記シリンダ１１の両端部には、端面内周側から突出した差口部１１ｃがそれぞれ形成されるとともに、上流側部材１３及び下流側部材１４の装着側端部には、前記差口部１１ｃが嵌入する接続部である受口部１３ａ，１４ａがそれぞれ形成されている。Ｌ字状に形成された上流側部材１３における前記受口部１３ａの上流側内周には、ピストン収納部１３ｂ及び位置決め段部１３ｃが設けられている。このピストン収納部１３ｂ及び位置決め段部１３ｃは、ピストン１２の流入側端部が位置決め段部１３ｃに当接した状態でピストン収納部１３ｂ内にピストン１２の上流側が収納されたときに、ピストン１２の下流側先端面が前記傾斜溝１６よりも上流側に位置した状態になるとともに、ピストン１２の下流側先端面と前記受口部１３ａの開口先端面とが面一になるように設定されている。

ピストン収納部１３ｂの更に上流側には、前記バネ部材１５の上流端に形成した大径部１５ｂを係止するバネ係止部１３ｄが設けられており、バネ部材１５は、上流側部材１３のバネ係止部１３ｄと、前記ピストン１２のばね係止部材１２ｅとの間に伸長状態で設けられることにより、ピストン１２を上流側に付勢し、ガス流量がゼロのときに、ピストン１２をピストン収納部１３ｂ内に引き込み、前述のように、ピストン１２の下流側先端面と受口部１３ａの開口先端面とが面一になるようにしている。

一方、下流側部材１４の受口部１４ａの内周には、ピストン１２の上流方向移動量を規制するための規制段部１４ｂが設けられている。この規制段部１４ｂ及び前記位置決め段部１３ｃは、周方向に等間隔で複数箇所に設けられており、各段部に当接したピストン１２が傾斜することを防止するとともに、隣接する段部同士の間にガス流路を形成している。

上流側部材１３及び下流側部材１４の反シリンダ側は、使用条件に応じて任意の形状にすることができ、例えば、上流側部材１３のメス型ジョイント１３ｅには医療用酸素供給装置の流量調節器が可撓性チューブ及びオス型ジョイントを介して接続され、下流側部材１４のオス型ジョイント１４ｃには患者が装着するカニューラなどの器具が可撓性チューブ及びメス型ジョイントを介して接続される。

このように形成されたガス流表示器において、ガス流がゼロの場合は、図１に示すように、バネ部材１５の付勢力によってピストン１２の上流側の大部分が上流側部材１３のピストン収納部１３ｂ内に収納され、ピストン１２の下流側先端面が受口部１３ａの開口先端面と面一になる。このため、シリンダ１１の外部からは、上流側部材１３内に隠れた状態のピストン１２を視認することができない。したがって、ガスが流れていない状態であることを確認できる。

図１に示す状態から低流量のガスを流しはじめると、シリンダ１１のシリンダ軸線方向中間部より上流側で、傾斜溝１６が設けられていない直管部に位置しているピストン本体部１２ａの外周面とシリンダ１１の上流側内周面１１ａの内周面との隙間が極めて小さいことから、ガス流の圧力でピストン１２が下流側に押圧される。

このとき、シリンダ軸線方向中間部は、シリンダ軸線方向の任意の位置に設定することができ、ガス流の圧力によって押圧されたピストン１２が、使用者から視認できる位置に移動すればよく、使用するガス流の圧力や流量、使用者の視認しやすさなどを加味し、それに適した中間部の位置を適宜に設定することができる。

図４及び図５に示すように、ガス流に押圧されたピストン１２が下流側に移動してピストン本体部１２ａが傾斜溝１６の部分に至ると、シリンダ上流側内周面１１ａと、ガイド筒部１２ｂの外周面と、ガイドリブ１２ｃとに囲まれた空間からピストン本体部１２ａの外周面と傾斜溝１６の底面１６ａとに囲まれた空間に向かってガスが流通可能な状態になるので、ガスがシリンダ１１の下流側に流れ始める。そして、ガス流による押圧力とバネ部材１５の付勢力とが釣り合った位置でピストン１２が停止し、ピストン１２の下流側先端部が受口部１３ａの開口先端面から突出した状態になる。これにより、外部からピストン１２を視認可能な状態となり、ガスが流れていることを確認することができる。

ガスの流量が増加すると、ピストン１２を下流側に押圧するガス流の圧力と、ピストン１２を上流側に付勢しているバネ部材１５の付勢力との関係で、ガスの流量に応じた位置にピストン１２が停止する。このとき、傾斜溝１６の底面１６ａを円弧面としておくことにより、ピストン１２の移動量に比べてガスの通過流量を大きく変化させることができるので、シリンダ１１を短く形成しても，幅広いガス流量の変化に対応することができる。

また、シリンダ１１の全長にわたって上流側内周面１１ａとガイド面１７とが連続して同一内径で設けられているので、ピストン１２のピストン本体部１２ａとガイドリブ１２ｃとが上流側内周面１１ａ及びガイド面１７のいずれかにガイドされた状態になる。さらに、傾斜溝１６とガイド面１７とを６０度毎に交互に形成するとともに、ガイドリブ１２ｃを６０度間隔で６本設けているので、シリンダ１１に対するピストン１２の回転位置が変化しても、最低３本のガイドリブ１２ｃがガイド面１７にガイドされた状態になるので、ガイドリブ１２ｃとガイド面１７とによるピストン１２のガイド性を十分に確保することができる。

これにより、ピストン１２が大きく振動することがなくなり、振動音の発生を抑制することができる。加えて、ガイドリブ１２ｃと傾斜溝１６とによってピストン１２の周囲のガスを直線的にガイドすることができるので、ピストン１２がシリンダ１１内で回転することがなくなり、ピストン１２の回転に起因する振動音の発生も防止できる。

そして、ガイド面１７を含むシリンダ１１の内面でピストン１２をガイドし、バネ部材１５の付勢力によってピストン１２の移動量をガス流量に対応させているので、シリンダ１１の軸線の向きに制限がなく、水平方向に向けたり、下流側を下方に向けたりしても、ガス流の状態に応じてピストン１２を移動させることができる。したがって、ピストン１２の状態を外部から見ることによってガス流の有無を確実に認識することができるので、携帯用、携行用の各種酸素医療器にも問題なく好適に使用することができる。

また、通常の面積流量計のようにシリンダの全体をテーパ形状にするものに比べて、シリンダ１１の周方向に適当な幅及び深さの傾斜溝１６を設けているので、低流量時のピストン１２の移動量を大きくすることができ、小児患者における毎分０．１２リットル程度の低流量でもピストン１２を移動させることができ、低流量での僅かな流量変化でもピストン１２が移動するので、連続流だけでなく、同調流の場合でもピストン１２の移動によってガス流を確認することができる。

一方、毎分６リットル以上の高流量でピストン１２がシリンダ１１の下流側に移動しても、ガイド面１７によってピストン１２の振動を抑えることができ、大きな振動音が発生することがなく、静かな病室での使用や在宅酸素療法での使用の際の患者のＱＯＬ（クオリティオブライフ）を低下させることがなくなる。

さらに、バネ部材を除く全体を合成樹脂で形成できるので、軽量であることから携帯の邪魔になることはなく、両端の接続部を介して交換も容易であるから、適宜交換することができ、衛生的でもある。

なお、シリンダ軸線方向に対する傾斜溝の位置及び長さ、傾斜溝の底面の形状、周方向における傾斜溝及びガイド面の設置数、ピストンの形状、ガイド筒部やガイドリブの有無、バネ部材の付勢力などは、ガス流量の変化量、ピストンの視認性などの各種条件に応じて設定すればよい。また、シリンダの上流側や上流側部材を着色したり、半透明材料や不透明材料で形成したりするなどして流量ゼロの際のピストンを視認不可能な状態にしてもよい。シリンダは、内部のピストンの移動を視認可能であればよく、着色されていたり、半透明材料で構成されていたり、シリンダの一部に不透明材料が使われていてもよい。

さらに、ガス流量が多い場合には、チューブなどの先端部から噴出するガスを容易に確認することができるので、ガスの噴出を確認することが困難な低流量領域でピストンが移動するように設定すればよく、流量を計測する必要はないので、中流量でピストンがシリンダの下流端に移動した状態になっていてもよい。

また、バネ部材は、上流側部材とピストンとの間に限らず、下流側部材とピストンとの間に設けるようにしてもよい。さらに、前記形態例では、上流側部材、シリンダ、下流側部材を別部品とした例を挙げたが、上流側部材とシリンダとを一体化したり、シリンダと下流側部材とを一体化したりすることもできる。

１１…シリンダ、１１ａ…内周面、１１ｂ…矢印、１１ｃ…差口部、１２…ピストン、１２ａ…ピストン本体部、１２ｂ…ガイド筒部、１２ｃ…ガイドリブ、１２ｄ…通孔、１２ｅ…ばね係止部材、１２ｆ…封止部材、１３…上流側部材、１３ａ…受口部、１３ｂ…ピストン収納部、１３ｃ…位置決め段部、１３ｄ…バネ係止部、１３ｅ…メス型ジョイント、１４…下流側部材、１４ａ…受口部、１４ｂ…規制段部、１４ｃ…オス型ジョイント、１５…バネ部材、１５ａ…引っかけ部、１５ｂ…大径部、１６…傾斜溝、１６ａ…底面、１７…ガイド面

Claims

外部から内部を視認可能なシリンダと、該シリンダ内に移動可能に挿入されたピストンと、前記ピストンをシリンダの上流側に付勢するバネ部材とを備えたガス流表示器であって、前記シリンダのシリンダ軸線方向中間部から下流側端部にわたる範囲の内周面に、下流側端部に向かって次第に溝の深さが深くなる傾斜底面を有する複数の傾斜溝を設けるとともに、周方向に隣接する前記傾斜溝同士の間に、シリンダの上流側内周面と同一内径を有する複数のガイド面を設けたことを特徴とするガス流表示器。
前記シリンダの上流側に上流側部材が設けられるとともに、前記シリンダの下流側に下流側部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス流表示器。
前記傾斜底面は、シリンダ内周側が凸となる円弧面となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス流表示器。
前記ピストンは、前記シリンダの内径に対応した外径を有する円盤状のピストン本体部と、該ピストン本体部のシリンダ上流側に突出したピストン本体部の外径より小径のガイド筒部と、該ガイド筒部の外周面にピストン軸線方向に設けられた複数のガイドリブとを有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス流表示器。
前記上流側部材は、前記シリンダの上流側端部を接続する接続部と、前記ピストンの上流側を収納可能なピストン収納部とを備え、該ピストン収納部内にピストンの流入部側を収納したときに、前記ピストンの下流側先端面が、前記接続部の先端面と面一乃至先端面より上流側に位置することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項記載のガス流表示器。
前記バネ部材は、前記上流側部材と前記ピストンとの間に設けられていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載のガス流表示器。