JP6308661B2 - 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、吸気弁や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、吸気弁と排気弁と伝声器と、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、吸気弁や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、伝声器の振動体に取り付けられた反射体と、反射体に対峙する発光素子と受光素子とから成る光センサー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、伝声器の振動体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、伝声器の振動体は張力を印加されずに無負荷時に平板状態を維持できる膜成形体である。
膜体に所定の成形を施して、張力を印加されずに無負荷時に平板状態を維持できる膜成形体とすることができる。本発明に係る伝声器が備える振動体を形成する膜成形体は、張力を印加されずに無負荷時に平板状態を維持できるので、すなわち、張力を印加されなくても無負荷時に弛まないので、呼吸装置使用者の声を外部に伝達できる。膜成形体から成る振動体は構造が複雑であるが、振動体に張力を印加する構成を伝声器に設ける必要がないので伝声器全体としては構造が簡素化する。
本発明の好ましい態様においては、伝声器の振動体は、外周縁部を除く中央部に同心円状の多数の環状の波形凹凸が形成された円形の膜成形体である。
外周縁部を除く中央部に同心円状の多数の環状の波形凹凸が形成された円形の膜成形体は、適度の剛性を有し、無負荷時に張力を印加されずに平板状態を維持できる。
本発明の好ましい態様においては、伝声器の振動体は張力を印加されることにより無負荷時に平板状態を維持できる膜体である。
単なる膜体から成る振動体は構造が簡素である。しかし、振動体に張力を印加する構成を伝声器に設ける必要があり伝声器全体としては構造が複雑化する。また、膜体に張力を印加する際に膜体に皺が発生し易い。
本発明の好ましい態様においては、呼吸モニター装置の検知信号がローパスフィルターを介して制御装置に入力される。
伝声器の振動体が呼吸装置使用者の声に共鳴すると、呼吸装置使用者の呼吸による振幅を超える振幅で伝声器の振動体が高周波振動する可能性がある。この場合、伝声器振動体の高周波振動を呼吸モニター装置が検知し、呼吸モニター装置の検知信号に基づいて電動ファンの回転数の増減或いはＯＮ／ＯＦＦが短周期で繰り返されて、電動ファン駆動用バッテリーが短時間で消耗し、電動ファンモータのブラシが消耗し、制御装置に組み込まれた電子部品が劣化することになる。ローパスフィルターを介して呼吸モニター装置の検知信号を制御装置に入力することにより、呼吸モニター装置の検知信号から呼吸装置使用者の声と伝声器の振動体との共鳴に由来する高周波成分を除去し、呼吸装置使用者の呼吸に由来する低周波成分のみを制御装置に入力することができ、前記高周波成分に起因する電動ファン駆動用バッテリーの消耗と、電動ファンモータのブラシの消耗と、制御装置に組み込まれた電子部品の劣化とを防止することができる。
本発明の好ましい態様においては、呼吸モニターの検知信号が増幅器を介して制御装置に入力される。
呼吸に伴う面体内圧の変化に対応する伝声器振動体の変位量は小さいので、呼吸に伴う電動ファンの制御の精度を高めるために、呼吸モニターの検知信号を増幅器を介して制御装置に入力するのが好ましい。増幅器を介設するのに代えて、制御装置の検知信号分解能を高め、或いは伝声器の振動体に取り付ける磁石の磁力を高め、或いは面体に取り付けるホール素子の感度を高めても良い。
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。 伝声器と呼吸モニター装置と制御装置とが一体に組付けられたユニットの分解斜視図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置が備える制御装置のブロック図である。 伝声器の振動体の変形例の斜視図である。 伝声器の振動体の変形例の斜視図である。 伝声器の振動体の変形例の斜視図である。 本発明の他の実施例に係る呼吸装置の側断面図であ。

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。
図２、３に示すように、伝声器６は、小径部６ａ_１と中径部６ａ_２と大径部６ａ_３とを有し小径部６ａ_１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、小径部６ａ_１の面体外側へ突出した端部に面体外側から螺合し、筒体小径部６ａ_１と筒体中径部６ａ_２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、筒体中径部６ａ_２と筒体大径部６ａ_３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体６ｅと、筒体大径部６ａ_３にスナップ嵌めで内嵌合し、環状段部６ｄと協働して振動体６ｅの外周縁部を挟持することにより振動体６ｅを筒体６ａに固定する円環状の枠体６ｆと、環状段部６ｄと枠体６ｆとによる振動体６ｅ外周縁部の挟持部をシールするＯリング６ｇとを有している。カバー６ｃには複数の開口６ｃ_１が形成されており、枠体６ｆは、円環の中央部を通って円環上の正対する２点を連結する腕部６ｆ_１を有している。
図２、３に示すように、振動体６ｅは、環状段部６ｄと枠体６ｆとに挟持される外周縁部を除く中央部に同心円状の多数の環状の波形凹凸６ｅ_１が形成された膜成形体である。振動体６ｅは適度の剛性を有しており、張力を印加されずに無負荷時に平板状態を維持することができる。振動体６ｅは、環状段部６ｄと枠体６ｆとにより外周縁部を単に挟持されることによって、張力を印加されることなく、筒体６ａに固定されている。
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。

図２、３に示すように、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が備える振動体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_１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に対峙するホール素子７ｂとを有している。
呼吸装置Ａは制御装置８を備えている。図４に示すように、制御装置８はマイコン８ａと、マイコン駆動電力の電圧安定化用の電源ＩＣ８ｂと、ホール素子７ｂの検知信号を増幅するアンプ８ｃと、増幅された検知信号から高周波成分を除去するローパスフィルター８ｄと、警報用の一対のＬＥＤ８ｅ、８ｆとを備えている。ホール素子７ｂはアンプ８ｃとローパスフィルター８ｄとを介してマイコン８ａに接続されている。電動ファン４はマイコン８ａに接続されている。マイコン８ａは電源ＩＣ８ｃを介してバッテリー収納部９に収納されたバッテリー１０に接続されている。
制御装置８はホール素子７ｂと同一基板１１上に組み込まれて、伝声器６の腕部６ｆ_１に取り付けられている。
図２、３に示すように、伝声器６と呼吸モニター装置７と制御装置８とは一体に組み付けられてユニット化されており、前記ユニットが面体１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、振動体６ｅに印加される内外圧はバランスしており、振動体６ｅは無負荷状態にある。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、振動体６ｅは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、振動体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、振動体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、バッテリー１０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、振動体６ｅに印加される内外圧に差圧が生じ、振動体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、アンプ８ｃとローパスフィルター８ｄとを介して検知信号を制御装置８のマイコン８ａへ送信する。マイコン８ａは、ホール素子７ｂからアンプ８ｃとローパスフィルター８ｄとを介して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。
マイコン８ａは、アンプ８ｃとローパスフィルター８ｄとを介して受信したホール素子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、ひいては振動体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、振動体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、マイコン８ａ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１０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。

吸気時には面体１の内圧が低くなり、振動体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、マイコン８ａ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、マイコン８ａ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、ＬＥＤ８ｅ、８ｆを作動させて警報光を発生させ、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の使用者が声を出すと、伝声器６の振動体６ｅが振動し、呼吸装置使用者の声を外部環境に放射させる。伝声器６の振動体６ｅが呼吸装置使用者の声に共鳴すると、呼吸装置使用者の呼吸による振幅を超える振幅で伝声器６の振動体６ｅが高周波振動する可能性がある。この場合、伝声器振動体６ｅの高周波振動をホール素子７ｂが検知し、ホール素子７ｂの検知信号に基づいて電動ファン４の回転数の増減或いはＯＮ／ＯＦＦが短周期で繰り返されて、バッテリー１０が短時間で消耗し、電動ファンモータのブラシが消耗し、制御装置８に組み込まれた電子部品が劣化することになる。ローパスフィルター８ｄを介してホール素子７ｂの検知信号をマイコン８ａに入力することにより、ホール素子７ｂの検知信号から呼吸装置使用者の声と伝声器６の振動体６ｅとの共鳴に由来する高周波成分を除去し、呼吸装置使用者の呼吸に由来する低周波成分のみをマイコン８ａに入力することができ、前記高周波成分に起因するバッテリー１０の消耗と、電動ファンモータのブラシの消耗と、制御装置８に組み込まれた電子部品の劣化とを防止することができる。

呼吸装置Ａが使用者の頭部から取り外されると、振動体６ｅに印加される内外圧がバランスし、振動体６ｅは無負荷の初期状態に復帰し、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。マイコン８ａ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や排気弁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においては、伝声器６の振動体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を低減させている。

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。
環状段部６ｄと枠体６ｆとに挟持される外周縁部を除く中央部に同心円状の多数の環状の波形凹凸６ｅ_１が形成された膜成形体から成る振動体６ｅは適度の剛性を有しており、張力を印加されずに無負荷時に平板状態を維持することができる。すなわち、振動体６ｅは張力を印加されなくても無負荷時に弛まない。従って振動体６ｅは呼吸装置使用者の声を効果的に外部に伝達できる。膜成形体から成る振動体６ｅ自体の構造は単純な平膜から成る振動体に比べて複雑であるが、振動体６ｅに張力を印加する構成を伝声器に設ける必要がないので伝声器全体としては構造が簡素化する。
呼吸装置Ａにおいては、ローパスフィルター８ｄを介してホール素子７ｂの検知信号をマイコン８ａに入力することにより、呼吸装置使用者の声と伝声器の振動体６ｅとの共鳴に由来するバッテリー１０の消耗と、電動ファンモータのブラシの消耗と、制御装置に組み込まれた電子部品の劣化を防止している。
呼吸装置Ａにおいては、ホール素子７ｂの検知信号をアンプ８ｃで増幅してマイコン８ａに入力している。呼吸に伴う面体内圧の変化に対応する伝声器振動体６ｅの変位量は小さいので、呼吸に伴う電動ファン４の制御の精度を高めるために、ホール素子７ｂの検知信号をアンプ８ｃで増幅してマイコン８ａに入力するのが好ましい。
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ることにより、呼吸装置Ａの組み立て作業を容易化している。

中央部に同心円状の多数の環状の波形凹凸６ｅ_１を形成するのに代えて、中央部に同心円状の多数の環状凸部（反対面側から見ると環状凹部）を形成し、或いは図５に示すように中央部に同心円状の多数の不連続環状凸部（反対面側から見ると不連続環状凹部）６ｅ_２を形成し、或いは図６、７に示すように中央部に放射状凹部（反対面側から見ると放射状凸部）６ｅ_３、６ｅ_４を形成して、振動体６ｅの剛性を適度に高め、無負荷時に振動体６ｅが張力を印加されずに平板状態を維持できるようにしても良い。
図８に示すように、単純な膜体で伝声器の振動体６ｅ'を形成しても良い。この場合、環状段部６ｄと枠体６ｆとにより構成される振動体６ｅ'の挟持部を、鋏の両刃６ｈのように構成し、両刃６ｈの間に振動体６ｅ'の外縁部を挟み込んで、振動体６ｅ'に張力を印加し、振動体６ｅ'が無負荷時に平板状態を維持できるようにする必要がある。単なる膜体から成る振動体６ｅ'自体の構造は簡素であるが、振動体６ｅ'に張力を印加する構成を伝声器６に設ける必要があり伝声器全体としては構造が複雑化する。また、振動体６ｅ'に張力を印加する際に振動体６ｅ'に皺が発生し易い。
アンプ８ｃを介設するのに代えて、マイコン８ａの検知信号分解能を高め、或いは伝声器６の振動体６ｅに取り付ける磁石７ａの磁力を高め、枠体６ｆに取り付けるホール素子７ｂの感度を高めても良い。

上記実施例では７ａを磁石とし７ｂをホール素子として、磁石７ａとホール素子７ｂとを用いて振動体６ｅの変位を検知したが、７ａをを反射体とし、７ｂをを発光素子と受光素子とから成る光センサーとして、反射体７ａと、光センサー７ｂとを用いて振動体６ｅの変位を検知しても良い。
フィルター５の取り替えを催告する際に、警報光に代えて警報音を発生させても良い。
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、吸気弁や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、６ｅ' 振動体
７ 呼吸モニター装置
７ａ 磁石、反射体
７ｂ ホール素子、光センサー
８ 制御装置
８ｃ アンプ
８ｄ ローパスフィルター

Claims (7)

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、吸気弁と排気弁と伝声器と、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、吸気弁や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、伝声器の振動体に取り付けられた反射体と、反射体に対峙する発光素子と受光素子とから成る光センサーとを有することを特徴とする呼吸装置。
2. 伝声器の振動体は張力を印加されずに無負荷時に平板状態を維持できる膜成形体であることを特徴とする請求項１に記載の呼吸装置。
3. 伝声器の振動体は、外周縁部を除く中央部に同心円状の多数の環状の波形凹凸が形成された円形の膜成形体であることを特徴とする請求項２に記載の呼吸装置。
4. 伝声器の振動体は張力を印加されることにより無負荷時に平板状態を維持できる膜体であることを特徴とする請求項１に記載のに記載の呼吸装置。
5. 呼吸モニター装置の検知信号がローパスフィルターを介して制御装置に入力されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の呼吸装置。
6. 呼吸モニターの検知信号が増幅器を介して制御装置に入力されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の呼吸装置。
7. 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乃至６の何れか１項に記載の呼吸装置。

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