JP6114912B2 - 送風機 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸補助装置に用いる送風機に関する。

睡眠時の無呼吸は、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は、気道に陽圧（正圧）を印加する呼吸補助装置が利用される（特許文献１及び非特許文献１参照）。呼吸補助装置は、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。ポンプユニットの動力源には、羽根車（ファン）を回転させて気体を搬送する送風機（ブロア）などが使用される。

特開２０１２−１１５３７５号公報

株式会社メトラン、［online］、製品情報＞ジャスミン、［平成２４年６月２９日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.metran.co.jp/products/products2/190.html）

このような呼吸補助装置は、快適な睡眠をサポートするものであるので、できる限り静音であることが好ましく、究極は無音であることが好ましい。このため、ノイズの発生源となる送風機の静音化が望まれている。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、静音化を実現する送風機を提供することを目的とする。

（１）本発明は、吸気口、及び吐出口に繋がる流路を有する筐体と、前記吸気口の中心に、該吸気口の外側に突出するように設けられた整流部材と、前記吸気口に自身の正面が面するように前記筐体内に配置される羽根車と、前記羽根車の背面側に、前記筐体の内周面に沿って周回するスリットを有するように配置されることで、前記羽根車が配置される空間、及び、前記スリットに沿って周回する前記流路に仕切る仕切り部材と、を備えることを特徴とする、送風機である。

本発明によれば、羽根車が配置される空間と、吐出口に繋がる流路と、の二段構造を採用したので、吸気口から吸い込む空気の流れと、吐出口から送り出す空気の流れと、を分離することができる。これにより、吸気口から吸い込む空気の流れと、吐出口から送り出す空気の流れと、が衝突することを防止できる。すなわち、空気の流れが互いに衝突することによるノイズの発生を防止できる。

また、羽根車が配置される空間と流路を結ぶスリットを空気が流れることにより、ノイズが発生する。このノイズによって、羽根車の回転に伴って発生する他のノイズをキャンセルすることができる。

さらに、整流部材を備えていない場合や、整流部材が吸気口の外側に突出せずに内側に収まっている場合と比較して、吸気口付近における空気の衝突を防止できる。例えば、整流部材を備えていない場合、吸気口から吸い込まれた空気は、羽根車やその回転軸に衝突することになるが、上記発明では、そのような衝突は生じない。また、整流部材が吸気口の外側に突出せず内側に収まっている場合、整流部材によって筐体内が急激に狭くなって、筐体内に吸い込まれた空気が衝突するが、上記発明では、そのような衝突は生じない。これにより、ノイズの発生を防止できる。

（２）本発明はまた、前記整流部材は、前記羽根車の回転軸の一端を支持することを特徴とする、上記（１）に記載の送風機である。

上記発明によれば、羽根車の振動を防止できる。ひいては、ノイズの発生を防止できる。また、整流部材が羽根車の回転軸の一端を支持する機能を兼ねているので、部品点数を減らすことができ、軽量化、小型化を実現できる。これにより、泊りがけの旅行や出張などに気軽に持ち運ぶことができる。

（３）本発明はまた、前記スリットは、前記筐体の内周直径の１．５％以下の幅であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の送風機である。

（４）本発明はまた、前記流路は、輪切りにした断面形状が真円又は前記羽根車の半径方向に相対的に長い形状であることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の送風機である。

上記発明によれば、羽根車が配置される空間から流路に流れ込んだ空気は、流路の側壁、底面、天井面に沿って滑らかに移動する。これにより、乱流の発生が防止される。ひいては、ノイズの発生が防止される。

（５）本発明はまた、前記羽根車を回転させるモーターを備えることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の送風機である。

（６）本発明はまた、前記羽根車の回転軸に沿った方向に、該羽根車、前記モーター、前記流路の順に配置されることを特徴とする、上記（５）に記載の送風機である。

（７）本発明はまた、前記流路は、前記モーターを周回するように配置されることを特徴とする、上記（５）又は（６）に記載の送風機である。

上記発明によれば、羽根車の回転軸方向の小型化を実現できる。

（８）本発明はまた、前記羽根車は、回転軸の周りに配置された複数の羽根と、前記複数の羽根の前記仕切り部材側を覆う被覆部材と、を備えてなり、前記複数の羽根の前記吸気口側が開放していることを特徴とする、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の送風機である。

上記発明によれば、複数の羽根の吸気口側を覆う被覆部材を備えている場合と比較して、軽量化、小型化を実現できる。これにより、泊まりがけの旅行や出張などに気軽に持ち運ぶことができる。

（９）本発明はまた、前記被覆部材は、前記吸気口側に突出する円錐面を有することを特徴とする、上記（８）に記載の送風機である。

上記発明によれば、吸気口から筐体内に吸い込まれた空気を、滑らかに被覆部材に沿って流すことができる。これにより、吸気口から筐体内に吸い込まれた空気が被覆部材に衝突することが防止できる。ひいては、ノイズの発生を防止できる。

（１０）本発明はまた、呼吸補助装置に用いられることを特徴とする、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の送風機である。

上記発明によれば、静音化を実現できるので、呼吸補助装置を利用する患者への聴覚的な負担を軽減できる。すなわち、呼吸補助装置を利用する患者の安眠を阻害することを防止できる。

本発明の上記（１）〜（１０）に記載の送風機によれば、静音化を実現できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施形態に係る送風機の上面図である。 図１に示す送風機の正面図である。 図１に示す送風機の縦断面図である。 羽根車の上面図である。 流路の横断面図である。 筐体の内周面に沿って周回するスリットの幅とノイズキャンセルレベルとの関係を示すグラフであり、横軸にスリットの幅を、縦軸にノイズキャンセルレベルをそれぞれ示す。 比較例に係る送風機の縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る送風機について詳細に説明する。

まず、図１〜図６を用いて、本発明の実施形態に掛かる送風機１０の構成について説明する。図１は、送風機１０の上面図である。図２は、送風機１０の正面図である。図３は、送風機１０の縦断面図である。図４は、羽根車１３の上面図である。図５は、流路２２の横断面図である。図６は、筐体１１の内周面に沿って周回するスリットｄの幅ｗとノイズキャンセルレベルとの関係を示すグラフであり、横軸にスリットｄの幅ｗを、縦軸にノイズキャンセルレベルをそれぞれ示す。なお、各図において、一部の構成や、断面を示すハッチング等を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、各図において、部材の大きさを適宜誇張して表現する。

図１〜図３に示される送風機１０は、呼吸障害の患者が利用する呼吸補助装置に必要となるポンプユニットの動力源であり、気道に陽圧を作り出すために送風する。なお、ポンプユニットには、１台又は複数台の送風機１０が適宜組み込まれる。また、呼吸補助装置には、１台又は複数台のポンプユニットが適宜接続される。

具体的に、送風機１０は、筐体１１と、整流部材１２と、羽根車１３と、モーター１４と、仕切り部材１５と、を備えている。

筐体１１は、樹脂で成型された送風機１０本体であり、外観形状が略円錐台の上部１１ａと、外観形状が略円柱の下部１１ｂと、この下部１１ｂから側方に延出した吐出管１１ｃと、から構成される。上部１１ａは、上方に向けて滑らかに湾曲している。そして、上部１１ａは、上端に円形の吸気口１６を有している。下部１１ｂには、羽根車１３の回転軸１８を支持する軸受として機能するベアリング１１ｄが埋め込まれている。吐出管１１ｃは、先端に吐出口１７を有している。このような筐体１１は、吸気口１６から空気を取り込み、そして、吐出口１７から空気を送り出す。なお、空気に限定されず、薬品を混合した空気や、酸素など、その他の気体であってもよい。

整流部材１２は、ガスタービン型のジェットエンジンを模したもので、先端が突出した形状を呈する。この整流部材１２は、吸気口１６の中心に、当該吸気口１６の外側に突出するように設けられる。そして、整流部材１２は、例えば３本の連結部材１２ａによって、吸気口１６の縁に連結されて固定されている。また、整流部材１２は、ベアリング１２ｂが埋め込まれており、羽根車１３の回転軸１８を支持する軸受を兼ねる。

図３及び図４に示される羽根車１３は、自身の正面が吸気口１６に面するように筐体１１内に配置される。すなわち、羽根車１３は、後述する流路２２よりも、回転軸１８方向における吸気口１６側に位置する。この羽根車１３は、回転軸１８の周りに配置された複数の羽根１９と、これら複数の羽根１９の背面側（図３における下側）を覆う被覆部材２０と、を備えている。そして、羽根車１３は、複数の羽根１９の吸気口１６側が開放している。すなわち、複数の羽根１９の吸気口１６側には、被覆部材２０のような部材が設けられていない。複数の羽根１９は、被覆部材２０と一体に成型されている。

これら複数の羽根１９は、筐体１１の内周面に面している。そして、複数の羽根１９は、設計通りに作ることが可能であるならば、筐体１１の内周面との間の隙間が限りなく０［ｍｍ］に近いことが好ましい。ただし、設計誤差を考慮した場合、羽根１９と筐体１１内周面との衝突を防止する観点から、ある程度の隙間（設計誤差と同じ大きさの隙間：設計誤差が±０．８［ｍｍ］であるならば、０．８［ｍｍ］の隙間）を空けることが好ましい。被覆部材２０は、吸気口１６側に突出する傘型を呈する。すなわち、被覆部材２０は、吸気口１６側に突出する円錐面を有する。これにより、被覆部材２０の背面側（図３における下側）には、モーター１４などを配置する空間を形成する。羽根車１３の回転軸１８は、筐体１１に埋め込まれたベアリング１１ｄと、整流部材１２に埋め込まれたベアリング１２ｂと、によって、両端支持されている。

図３に示されるモーター１４は、羽根車１３（被覆部材２０）の背面側（図３における下側）に若干収容されるように設けられている。このモーター１４は、羽根車１３を回転軸１８中心に回転させる動力源となる。回転数は、一般的な１００００［ｒｐｍ］〜２００００［ｒｐｍ］程度であることが好ましい。

仕切り部材１５は、羽根車１３の背面側に、筐体１１の内周面に沿って周回する１．０ｍｍ以下の幅ｗのスリットｄを有するように配置されることで、羽根車１３が配置される空間２１、及び、スリットｄに沿って周回して吐出口１７に繋がる流路２２に仕切る。スリットｄは、ノイズを小さくする観点からすると０．６ｍｍ以下であることが好ましく、更にエネルギー損失を少なくする観点からすると、その中でも大きい０．６ｍｍであることがより好ましい。図６に示されるように、スリットｄが０．６ｍｍより大きくなるとノイズキャンセルレベルが徐々に低下し、１．０ｍｍより大きくなるとノイズキャンセルレベルが急激に低下するからである。そして、スリットｄが狭くなればなる程、エネルギー損失が大きくなるからである。なお、スリットｄは、筐体１１の内周直径Ｄの１．５％以下の幅ｗであることが好ましい。

図３及び図５に示される流路２２は、モーター１４を周回するように同心円環状（断面積一定の円環状）に配置され、吐出管１１ｃに繋がる。そして、流路２２は、羽根車１３の回転軸１８に沿った方向に、当該羽根車１３、モーター１４、当該流路２２の順に配置されるように、モーター１４よりもやや下方（図３における下方）に設けられている。この流路２２は、輪切りにした断面形状が真円形状であることが最も好ましく、その次に、羽根車１３の半径方向（図３における左右方向）に相対的に長い形状であることが好ましい。本実施形態において流路２２は、高さ方向（図３における上下方向）の小型化（薄型化）のため、輪切りにした断面形状として、羽根車１３の半径方向に相対的に長い形状（図３において、Ｌ_ｗ＞Ｌ_ｈ）を採用している。また、流路２２は、輪切りにした断面積が可能な限り大きく設定されていることが好ましい。

次に、図３及び図５を用いて、送風機１０における空気の流れを説明する。

図３に示されるように、羽根車１３の回転により、当該羽根車１３が配置される空間２１内の空気が、外周方向（図３における左右方向）に移動する。これにより、羽根車１３が配置される空間２１の内周寄り（図３における中央寄り）の気圧が低くなる。これに伴って、吸気口１６から筐体１１内の空間２１に空気が吸い込まれる。すなわち、吸気口１６から筐体１１内のスリットｄに向けた気流が生じる。

また、羽根車１３が配置される空間２１内の空気が、外周方向（図３における左右方向）に移動することで、当該空間２１の外周寄り（図３における左右寄り）の気圧が高くなる。これに伴って、羽根車１３が配置される空間２１内の空気が、スリットｄから流路２２に向けて移動する。すなわち、羽根車１３が配置される空間２１から流路２２に向けた気流が生じる。

そして、スリットｄから流路２２に向けて移動した空気は、当該流路２２の壁面、底面、天井面に沿って移動する。また、スリットｄから流路２２に向けて移動した空気は、羽根車１３の回転によって、当該羽根車１３の回転方向（右回り）に回転する力が作用している。このため、図５に示されるように、スリットｄから流路２２に向けて移動した空気は、流路２２内を右回りに回転する。その後、流路２２内を右回りに回転した空気は、吐出管１１ｃを伝って吐出口１７から送り出される。

次に、実験１〜実験４を順に説明する。

実験１及び実験２では、図７に示されるマスタとなる送風機１１０との比較実験を行った。送風機１１０は、上記実施形態に係る送風機１０と同様、呼吸障害の患者が利用する呼吸補助装置に必要となるポンプユニットの動力源であり、気道に陽圧を作り出すために送風する。

この送風機１１０は、上記実施形態に係る送風機１０とは異なり、整流部材を備えていない。そして、送風機１１０は、羽根と筐体内周面との間の隙間が１．９［ｍｍ］に設定されている。また、送風機１１０は、羽根車が配置される空間と、吐出口に繋がる流路と、が連続する一段構造を採用している。すなわち、送風機１１０は、上記実施形態に係る送風機１０のスリットｄに相当する構成は備えていない。さらに、送風機１１０は、流路の輪切り断面積が吐出口に向けて徐々に広くなるスクロール形状（渦巻き形状）を呈している。そして、送風機１１０は、羽根車の回転軸に沿った方向に、当該羽根車、流路、モーターの順に配置されている。なお、送風機１１０は、株式会社メトラン（埼玉県川口市）が販売する持続的自動気道陽圧ユニット（商品名：ジャスミン）に採用されているものである。

実験３では、上記実施形態に係る送風機１０とその変形形態に係る送風機との比較を行った。実験４では、上記実施形態に係る送風機１０と他社製品との比較実験を行った。

［実験１］まず、整流部材によるノイズ低減を調べた実験１を説明する。この実験１では、マスタとなる送風機１１０と、当該送風機１１０に整流部材を取り付けたものと、の騒音レベル［ｄＢ］を比較した。その結果、整流部材を取り付けることで、騒音レベルが１．７［ｄＢ］〜２．５［ｄＢ］程度低減した。約７５０［Ｈｚ］以上の中高域で音響パワー［ｄＢ］が低減した。

［実験２］そして、羽根と筐体内周面との隙間によるノイズへの影響を調べた実験２を説明する。この実験２では、マスタとなる送風機１１０と、当該送風機１１０に整流部材を取り付けると共に羽根と筐体内周面との隙間を０．８［ｍｍ］に狭くしたものと、の騒音レベル［ｄＢ］を比較した。その結果、整流部材を取り付けると共に羽根と筐体内周面との隙間を０．８［ｍｍ］に狭くすることで、騒音レベルが３．８［ｄＢ］〜４．２［ｄＢ］程度低減した。整流部材を取り付けると共に羽根と筐体内周面との隙間を０．８［ｍｍ］に狭くすることで、特に、約３２００［Ｈｚ］以下の中低域で音響パワー［ｄＢ］が低減した。実験１を考慮すると、羽根と筐体内周面との隙間を０．８［ｍｍ］に狭くすることで、中低域で音響パワー［ｄＢ］が低減することが分かる。

［実験３］また、筐体内周面に沿って周回するスリットによるノイズへの影響を調べた実験３を説明する。この実験３では、上記実施形態に係る送風機１０と、当該送風機１０における仕切り部材１５と筐体１１内周面とのスリットｄの幅ｗを１．５［ｍｍ］又は２．０［ｍｍ］に変更したものと、の騒音レベル［ｄＢ］を比較した。すなわち、スリットｄが１．０［ｍｍ］、１．５［ｍｍ］、２．０［ｍｍ］のそれぞれの場合の騒音レベル［ｄＢ］を比較した。その結果、仕切り部材１５と筐体１１内周面とのスリットｄの幅ｗを１．０［ｍｍ］に狭くすることで、１．５［ｍｍ］や２．０［ｍｍ］の場合と比較して、騒音レベルが０．９［ｄＢ］〜３．２［ｄＢ］程度低減した。一方、当該スリットｄの幅ｗを１．５［ｍｍ］や２．０［ｍｍ］とした場合には、互いの間で騒音レベルに大きな変化はなかった。仕切り部材１５と筐体１１内周面とのスリットｄの幅ｗを１．０［ｍｍ］に狭くすることで、略全域で音響パワー［ｄＢ］が低減した。

［実験４］さらに、他社製品との騒音レベルを比較した実験４を説明する。この実験４では、上記実施形態に係る送風機１０と、本出願時に世界最高水準の低騒音を実現しているレスメドリミテッド社（オーストラリア）、レスメド株式会社（東京都文京区）が販売する持続的自動気道陽圧ユニット（商品名：Ｓ９Ｅｌｉｔｅ）に採用されている送風機（特許第４４９７８０９号参照）と、の騒音レベル［ｄＢ］を比較した。その結果、本実施形態に係る送風機１０は、世界最高水準の低騒音を実現している上記他社製品と比較して、騒音レベルが１．４［ｄＢ］〜３．０［ｄＢ］程度低くなった。本実施形態に係る送風機１０は、世界最高水準の低騒音を実現している上記他社製品と比較して、約７５０［Ｈｚ］以上約６４００［Ｈｚ］以下の中域で音響パワー［ｄＢ］が低減した。

このように、送風機１０によれば、羽根車１３が配置される空間２１と、吐出口１７に繋がる流路２２と、の二段構造を採用したので、吸気口１６から吸い込む空気の流れと、吐出口１７から送り出す空気の流れと、を分離することができる。これにより、吸気口１６から吸い込む空気の流れと、吐出口１７から送り出す空気の流れと、が衝突することが防止できる。すなわち、空気の流れが互いに衝突することによるノイズの発生を防止できる。

また、羽根車１３が配置される空間２１と流路２２を結ぶスリットｄを空気が流れることにより、ノイズが発生する。このノイズによって、羽根車１３の回転に伴って発生する他のノイズをキャンセルすることができる。

そして、羽根車１３が配置される空間２１から流路２２に流れ込んだ空気は、流路２２の側面、底面、天井面に沿って滑らかに移動する。これにより、乱流の発生が防止される。ひいては、ノイズの発生が防止される。

また、流路２２がモーター１４を周回するように配置されているので、羽根車１３の回転軸１８方向の小型化を実現できる。

さらに、整流部材１２が吸気口１６の外側に突出するように設けられているので、整流部材を備えていない場合や、整流部材が吸気口１６の外側に突出せず内側に収まっている場合と比較して、吸気口１６付近における空気の衝突を防止できる。例えば、整流部材を備えていない場合、吸気口１６から吸い込まれた空気は、羽根車１３やその回転軸１８に衝突することになるが、上記送風機１０では、そのような衝突は生じない。また、整流部材が吸気口１６の外側に突出せず内側に収まっている場合、整流部材によって筐体１１内が急激に狭くなって、筐体１１内に吸い込まれた空気が衝突するが、上記の送風機１０では、そのような衝突は生じない。これにより、ノイズの発生を防止できる。

そして、整流部材１２が羽根車１３の回転軸１８の一端を支持するので、羽根車１３の振動を防止できる。ひいては、ノイズの発生を防止できる。また、整流部材１２が羽根車１３の回転軸１８の一端を支持する機能を兼ねているので、部品点数を減らすことができ、軽量化、小型化を実現できる。これにより、泊まりがけの旅行や出張などに気軽に持ち運ぶことができる。

また、羽根車１３において、複数の羽根１９の吸気口１６側が開放しているので、複数の羽根１９の吸気口１６側を覆う被覆部材を備えている場合と比較して、軽量化、小型化を実現できる。これにより、泊まりがけの旅行や出張などに気軽に持ち運ぶことができる。

さらに、被覆部材２０が吸気口１６側に突出する円錐面を有するので、吸気口１６から筐体１１内に吸い込まれた空気を、滑らかに被覆部材２０に沿って流すことができる。これにより、吸気口１６から筐体１１内に吸い込まれた空気が被覆部材２０に衝突することが防止できる。ひいては、ノイズの発生を防止できる。

そして、上記の送風機１０によれば、静音化を実現できるので、呼吸補助装置を利用する患者への聴覚的な負担を軽減できる。すなわち、呼吸補助装置を利用する患者の安眠を阻害することを防止できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

すなわち、上記実施形態において、各構成の位置、大きさ（寸法）、形状、材質、向き、数量は適宜変更できる。

１０ 送風機
１１ 筐体
１２ 整流部材
１３ 羽根車
１４ モーター
１５ 仕切り部材
１６ 吸気口
１７ 吐出口
１８ 回転軸
１９ 羽根
２０ 被覆部材
２１ 空間
２２ 流路
ｗ 幅
ｄ スリット
Ｄ 内周直径

Claims (10)

1. 吸気口、及び吐出口に繋がる流路を有する筐体と、
   前記吸気口に自身の正面が面するように前記筐体内に配置される羽根車と、
   前記羽根車の背面側に、前記筐体の内周面に沿って周回するスリットを有するように配置されることで、前記羽根車が配置される空間、及び、前記スリットに沿って周回する前記流路に仕切る仕切り部材と、を備え、
   前記スリットは、前記筐体の内周直径の１．５％以下の幅であることを特徴とする、
   送風機。
2. 前記吸気口の中心に、該吸気口の外側に突出するように設けられた整流部材を備えることを特徴とする、
   請求項１に記載の送風機。
3. 前記整流部材は、前記羽根車の回転軸の一端を支持することを特徴とする、
   請求項２に記載の送風機。
4. 前記流路は、輪切りにした断面形状が真円又は前記羽根車の半径方向に相対的に長い形状であることを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれかに記載の送風機。
5. 前記羽根車を回転させるモーターを備えることを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれかに記載の送風機。
6. 前記羽根車の回転軸に沿った方向に、該羽根車、前記モーター、前記流路の順に配置されることを特徴とする、
   請求項５に記載の送風機。
7. 前記流路は、前記モーターを周回するように配置されることを特徴とする、
   請求項５又は６に記載の送風機。
8. 前記羽根車は、回転軸の周りに配置された複数の羽根と、前記複数の羽根の前記仕切り部材側を覆う被覆部材と、を備えてなり、前記複数の羽根の前記吸気口側が開放していることを特徴とする、
   請求項１〜７のいずれかに記載の送風機。
9. 前記被覆部材は、前記吸気口側に突出する円錐面を有することを特徴とする、
   請求項８に記載の送風機。
10. 呼吸補助装置に用いられることを特徴とする、
    請求項１〜９のいずれかに記載の送風機。

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