JP6326566B2 - 呼吸補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸補助装置に関する。

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）を印加する送風機（ブロア）を備えた呼吸補助装置が利用される（特許文献１及び２、並びに非特許文献１参照）。

特表２００７−５０６４８２号公報 特開２０１１−１５６４１０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）

特許文献１及び２の呼吸補助装置では、送風機を、利用者の口及び鼻を覆うマスクと一体化している。これにより、送風機から気道までの経路を短くし、応答性を高めている。一方、送風機の重さが利用者の顔に掛かり、負担になる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、利用者の負担を軽減する呼吸補助装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、利用者の口を覆わずに鼻を覆うマスクと、前記利用者の口の上に設けられ、前記マスクに気体を送り出す送風機と、前記マスク及び前記送風機を互いに連結する部材であって、かつ、前記送風機から送り出された気体を前記マスクに通す通気孔が形成された板部材と、を備えることを特徴とする、呼吸補助装置である。

本発明によれば、利用者の体の中心軸から送風機の重心までの距離を、従来と比較して短くすることができる。これにより、横になる利用者が寝返りを打ったり顔の向きを変えたりする場合に、送風機によるモーメントを小さくすることができる。また、送風機が口の上に置かれるので、寝返りを打ったり顔の向きを変えたりした場合に、送風機を顔で枕に押し付けることにならずにすむ。結果として、利用者の負担を軽減することができる。

なお、送風機が頬の上に置かれていることを仮に想定すると、寝返りを打ったり顔の向きを変えたりした場合には、頬（顔）で送風機を枕などに押し付けることになり、利用者に負担が掛かってしまう。すなわち、送風機は、体のセンターライン上に置かれることが必須であり、そのセンターライン上のうち、利用者にとって気になりにくい口の上に置かれることになる。

そして、マスクは、利用者の口を覆わずに鼻を覆うものであり、利用者の口及び鼻を覆うものと比較して、サイズが小さい。このため、マスクの内外の圧力差が小さい場合であっても、マスクを、利用者の肌に密着させることが容易である。また、マスクの内外の圧力差を大きくする必要がなく、マスクを利用者の肌から取り外す際に、小さな力で行うことができる。よって、取扱いが簡便である。

（２）本発明はまた、前記送風機は、前記利用者の口に接触して、該口を閉じたままにすることを支援することを特徴とする、上記（１）に記載の呼吸補助装置である。

上記発明によれば、送風機が利用者の口を押さえることになり、口を閉じたままにすることを支援できる。これにより、鼻呼吸時に望まれる口を閉じた状態となり、利用者の負担が軽減される。なお、口への接触は、直接的であっても間接的であってもよい。

（３）本発明はまた、前記マスク及び前記送風機は、前記板部材を介して互いに着脱可能であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の呼吸補助装置である。

上記発明によれば、マスクの交換が可能であり、便利である。

（４）本発明はまた、前記送風機は、前記気体を取り込む吸気口、周回するように設けられ前記吸気口から取り込んだ前記気体を流す流路、及び前記流路を流れた前記気体を前記マスクに向けて送り出す吐出口、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、を備えることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の呼吸補助装置である。

上記発明によれば、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。これにより、騒音による利用者への負担を軽減できる。

（５）本発明はまた、前記送風機から前記利用者の鼻までの経路に形成された通気孔を覆うように設けられた呼気弁を備え、前記呼気弁は、電圧の印加量に応じて変位するピエゾ素子を有してなり、該ピエゾ素子が前記経路を構成する面に対して離隔し又は近接して当接するように変位することで、該ピエゾ素子自体が前記通気孔を開閉することを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の呼吸補助装置である。

上記発明によれば、呼気弁がピエゾ素子を有してなり、その開放量を微調整できるので、当該呼気弁から放出される呼気の流量が急激に変化することを防止できる。すなわち、送風機から利用者の鼻までの経路内の気圧が急激に変化することを防止することとなり、利用者に掛かる負担が増加することを防止できる。

そして、吸気時に経路内が気密となるように呼気弁を閉じることができるので、当該呼気弁から漏出する気体の量を軽減できる。また、呼気弁がピエゾ素子を有してなるので、応答性が速く、利用者への負担が小さい。具体的に、呼気弁として電磁弁を採用する場合には、８ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ程度の時間で開閉するが、上記発明のように、ピエゾ素子を有してなる呼気弁の場合には、１００μｓｅｃ程度の短い時間で開閉できる。

さらに、呼気弁がピエゾ素子を有してなるので、呼気弁として電磁弁を採用する場合と比較して耐久期間が長く、壊れにくい。次いで、呼気弁がピエゾ素子を有してなるので、呼気弁として電磁弁を採用する場合などと比較して、呼吸補助装置を小型化したり軽量化したりできる。このため、利用者の顔に掛かる呼吸補助装置の重力を低減でき、利用者の負担を減らすことができる。

（６）本発明はまた、前記呼気弁は、経路の内側で変位することを特徴とする、上記（５）に記載の呼吸補助装置である。

上記発明によれば、開閉時の呼気弁が何らかの物品と干渉することが防止できる。結果として、呼気弁の誤動作を防止できる。

本発明の上記（１）〜（６）に記載の呼吸補助装置によれば、利用者の負担を軽減できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の第１実施形態に係る呼吸補助装置の断面図である。 送風機の側面図である。 送風機の断面図である。 羽根車の正面図である。 流路の断面図である。 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。 制御ユニットのハード構成を示すブロック図である。 制御ユニットの機能構成を示す概略図である。 チャンバー部分の断面図であり、（Ａ）は呼気弁の開放時を示し、（Ｂ）は呼気弁の閉鎖時を示す。 呼吸補助装置の使用状態図である。 モーメントを説明する呼吸補助装置の使用状態図であり、（Ａ）は第１実施形態に係る呼吸補助装置の場合を示し、（Ｂ）は従来の呼吸補助装置の場合を示す。 本発明の第２実施形態に係る呼吸補助装置の正面図である。 第３実施形態に係る呼吸補助装置の正面図である。 比較例に係る送風機の断面図である。 （Ａ）はマイクロポンプの構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は同マイクロポンプの圧力−流量線を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係る呼吸補助装置について詳細に説明する。

［第１実施形態］まず、図１〜図１１を用いて、本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１の構成について説明する。図１は、呼吸補助装置１の断面図である。図２は、送風機１０の側面図である。図３は、送風機１０の断面図である。図４は、羽根車２３の正面図である。図５は、流路３２の断面図である。図６は、筐体２１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。図７は、制御ユニット１６のハード構成を示すブロック図である。図８は、制御ユニット１６の機能構成を示す概略図である。図９は、チャンバー１１部分の断面図であり、図９（Ａ）は呼気弁１５の開放時を示し、図９（Ｂ）は呼気弁１５の閉鎖時を示す。図１０は、呼吸補助装置１の使用状態図である。図１１は、モーメントを説明する呼吸補助装置の使用状態図であり、図１１（Ａ）は呼吸補助装置１の場合を示し、図１１（Ｂ）は従来の呼吸補助装置１００の場合を示す。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に示される呼吸補助装置１は、気道に陽圧を作り出すためのものであり、呼吸障害の患者が利用する。この呼吸補助装置１は、いわゆる鼻マスクタイプである。具体的に、呼吸補助装置１は、送風機１０と、チャンバー１１と、鼻マスク１２と、気圧計１３と、流量計１４と、呼気弁１５と、制御ユニット１６と、ケース１７と、板部材１８と、利用者に装着するためのバンド（図示省略）と、を備えている。

図２〜図５に示される送風機１０は、チャンバー１１及び板部材１８を介して鼻マスク１２に繋がる。この送風機１０は、鼻マスク１２を介して利用者の鼻腔（気道）に空気を送り出す。これにより、送風機１０は、気道に陽圧を作り出す。具体的に、送風機１０は、筐体２１と、整流部材２２と、羽根車２３と、モーター２４と、仕切り部材２５と、を備えている。

筐体２１は、樹脂で成型された送風機１０の本体であり、外観形状が略円錐台の上部２１ａと、外形形状が略円柱の下部２１ｂと、この下部２１ｂから側方に延出した吐出管２１ｃと、から構成される。上部２１ａは、上方に向けて滑らかに湾曲している。そして、上部２１ａは、上端に円形の吸気口２６を有している。下部２１ｂには、羽根車２３の回転軸２８を支持する軸受として機能するベアリング２１ｄが埋め込まれている。吐出管２１ｃは、先端に吐出口１７を有している。このような筐体２１は、吸気口２６から空気を取り込み、そして、吐出口２７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２２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２２は、吸気口２６の中心に、当該吸気口２６の外側に突出するように設けられる。そして、整流部材２２は、例えば３本の連結部材２２ａによって、吸気口２６の縁に連結されて固定されている。また、整流部材２２は、ベアリング２２ｂが埋め込まれており、羽根車２３の回転軸２８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２３は、自身の正面が吸気口２６に面するように筐体２１内に配置される。すなわち、羽根車２３は、後述する流路３２よりも、回転軸２８方向における吸気口２６側に位置する。この羽根車２３は、回転軸２８の周りに配置された複数の羽根２９と、これら複数の羽根２９の背面側（図３における下側）を覆う被覆部材３０と、を備えている。そして、羽根車２３は、複数の羽根２９の吸気口２６側が開放している。すなわち、複数の羽根２９の吸気口２６側には、被覆部材３０のような部材が設けられていない。複数の羽根２９は、被覆部材３０と一体に成型されている。

これら複数の羽根２９は、筐体２１の内周面に面している。そして、複数の羽根２９は、設計通りに作ることが可能であるならば、筐体２１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２９と筐体２１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３０は、吸気口２６側に突出する傘型を呈する。すなわち、被覆部材３０は、吸気口２６側に突出する円錐面を有する。これにより、被覆部材３０の背面側（図３における下側）には、モーター２４などを配置する空間を形成する。羽根車２３の回転軸２８は、筐体２１に埋め込まれたベアリング２１ｄと、整流部材２２に埋め込まれたベアリング２２ｂ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２４は、羽根車２３（被覆部材３０）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２４は、羽根車２３を回転軸２８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２５は、羽根車２３の背面側に、筐体２１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２３が配置される空間３１、及び、スリットｄに沿って周回して吐出口２７に繋がる流路３２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２１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３２は、モーター２４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２１ｃに繋がる。そして、羽根車２３の回転軸２８に沿った方向に、当該羽根車２３、モーター２４、流路３２の順に配置されるように、モーター２４よりもやや下方（図３における下方）に流路３２が設けられている。この流路３２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２３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３２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２３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３２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２３の回転により、当該羽根車２３が配置される空間３１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２３が配置される空間３１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２６から筐体２１内の空間３１に空気が吸い込まれる。すなわち、吸気口２６から筐体２１内のスリットｄに向けた気流が生じる。

また、羽根車２３が配置される空間３１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３１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２３が配置される空間３１内の空気が、スリットｄから流路３２に向けて移動する。すなわち、羽根車２３が配置される空間３１から流路３２に向けた気流が生じる。

そして、スリットｄから流路３２に向けて移動した空気は、当該流路３２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３２に向けて移動した空気は、羽根車２３の回転によって、当該羽根車２３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３２に向けて移動した空気は、流路３２内を右回りに回転する。その後、流路３２内を右回りに回転した空気は、吐出管２１ｃを伝って吐出口２７からチャンバー１１内に送り出される（図１参照）。

図１に戻って説明する。チャンバー１１は、送風機１０から送り出された空気の経路となる。このチャンバー１１には、板部材１８が取り付けられる通気孔１１ａと、呼気弁１５によって開閉される通気孔１１ｂと、送風機１０の吐出口２７が接続される接続口１１ｃと、が形成されている。鼻マスク１２は、利用者の口を覆わずに鼻を覆うように装着されるものであり（図１０及び図１１（Ａ）参照）、板部材１８の通気孔１８ａを介してチャンバー１１の通気孔１１ａに着脱可能に取り付けられる。これにより、鼻マスク１２は、送風機１０から送り出された空気を吸気として利用者の鼻腔に導く（図９（Ｂ）参照）。また、鼻マスク１２は、利用者の呼気をチャンバー１１に導く（図９（Ａ）参照）。気圧計１３は、チャンバー１１内に配置される。この気圧計１３は、チャンバー１１内の気圧を計測し、計測結果を信号にして制御ユニット１６に出力する。流量計１４は、送風機１０の吐出管２１ｃ内に配置される。この流量計１４は、送風機１０から送り出される空気の流量を計測し、計測結果を信号にして制御ユニット１６に出力する。

呼気弁１５は、チャンバー１１に形成された通気孔１１ｂを塞ぐように、当該チャンバー１１内に配置される。この呼気弁１５は、チャンバー１１内に導かれた呼気を大気に放出し、その逆流を防止する逆止弁として機能する。この呼気弁１５は、電圧の印加量に応じて変位するピエゾ素子（圧電素子）３３を金属板３４に積層したモノモルフ（ユニモルフ）構造であって、かつ、片持ち梁（カンチレバー）構造の弁である。このため、呼気弁１５は、ピエゾ素子３３が反ったり延びたりするように変位することで開閉する。すなわち、呼気弁１５は、ピエゾ素子３３が、チャンバー１１の内面に対して離隔し又は近接して当接するように変位することで、当該ピエゾ素子３３自体が、チャンバー１１に形成された通気孔１１ｂを開閉する。

具体的に、呼気弁１５は、図９（Ａ）に示されるように、ピエゾ素子３３に電圧が印加されていない初期状態の時に呼気経路の内側に向けて反った形状になり、チャンバー１１に形成された通気孔１１ｂを開放する。そして、呼気弁１５は、図９（Ｂ）に示されるように、ピエゾ素子３３に電圧が印加された時に延びた形状になり、チャンバー１１に形成された通気孔１１ｂを閉鎖する。なお、呼気弁１５は、例えばネジ（図示省略）などによって適宜固定されている。

ここでは、呼気弁１５としてモノモルフ構造を紹介しているが、勿論、２枚のピエゾ素子を貼り合わせたバイモルフ構造を採用することもできる。なお、呼気弁１５の片持ち長さは、３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下程度であることが好ましい。また、呼気弁１５が変位するストロークは、２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

図７に示されるように、制御ユニット１６は、ＣＰＵ３６と、第１記憶媒体３７と、第２記憶媒体３８と、バス３９と、等を備えている。

ＣＰＵ３６は、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて本制御ユニット１６の各種機能を実現する。第１記憶媒体３７は、いわゆるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）であり、ＣＰＵ３６の作業領域として使用される。第２記憶媒体３８は、いわゆるＲＯＭ（リード・オンリー・メモリー）であり、ＣＰＵ３６で実行されるプログラムを記憶する。バス３９は、ＣＰＵ３６、第１記憶媒体３７、第２記憶媒体３８等を一体的に接続して通信を行う配線となる。

図８に示されるように、制御ユニット１６は、機能構成として、センシング部４１と、呼気弁制御部４２と、流量制御部４３と、を備えている。センシング部４１は、気圧計１３のセンシングデータを常に取得して呼気弁制御部４２に伝達する。更に、このセンシング部４１は、気圧計１３及び流量計１４のセンシングデータを常に取得して流量制御部４３に伝達する。呼気弁制御部４２は、センシング部４１のセンシングデータを参照して、呼気弁１５への制御信号を、目標となる開放量に近づくように制御する。流量制御部４３は、センシング部４１のセンシングデータを参照して、送風機１０のモーター２４への制御信号を、目標となる流量値に近づくように制御する。

なお、図１において、制御ユニット１６をケース１７の外に図示して理解を容易にしているが、実際には、制御ユニット１６は、ケース１７の中に収容されている。

次に、図１、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を用いて、呼吸補助装置１における呼気弁１５の制御例について説明する。

利用者が呼気する場合、チャンバー１１内が昇圧する。チャンバー１１内が昇圧すると、その昇圧した値が気圧計１３によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１６に出力される。制御ユニット１６は、センシングデータに基づいて、呼気弁１５を制御する。すなわち、制御ユニット１６は、呼気弁１５を動作させ、チャンバー１１の通気孔１１ｂを開放する（図９（Ａ）参照）。呼気は、通気孔１１ｂから放出される。

呼気の放出により、チャンバー１１内が減圧する。チャンバー１１内が減圧すると、その減圧した値が気圧計１３によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１６に出力される。制御ユニット１６は、センシングデータに基づいて、呼気弁１５を制御する。すなわち、制御ユニット１６は、呼気弁１５を動作させ、通気孔１１ｂを閉鎖する（図９（Ｂ）参照）。これにより、チャンバー１１内に閉空間が形成され、吸気動作が可能になる。

続いて、利用者が吸気する場合、チャンバー１１内が減圧する。チャンバー１１内が減圧すると、その減圧した値が気圧計１３によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１６に出力される。制御ユニット１６は、センシングデータに基づいて、送風機１０のモーター２４を制御する。すなわち、制御ユニット１６は、モーター２４を駆動して、送風機１０から吸気として空気を送り出す。

送風機１０から空気が吸気として送り出されることにより、チャンバー１１内が昇圧する。チャンバー１１内が昇圧すると、その昇圧した値が気圧計１３によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１６に出力される。制御ユニット１６は、センシングデータに基づいて、送風機１０のモーター２４を制御する。すなわち、制御ユニット１６は、モーター２４を停止して、送風機１０から吸気として空気が送り出されることを停止する。以後同様に、呼気動作と吸気動作とを繰り返す。

図１に戻って説明する。ケース１７は、送風機１０と、チャンバー１１と、制御ユニット１６と、等を収容する。このケース１７には、チャンバー１１の通気孔１１ａ，１１ｂに対応するように、通気孔１７ａ，１７ｂが形成されている。通気孔１７ａには、板部材１８を介して鼻マスク１２が着脱可能に取り付けられる。通気孔１７ｂは、呼気経路として機能する。また、ケース１７には、送風機１０の吸気口２６に空気を導入する導入口（図示省略）が形成されている。なお、導入口には、塵埃の導入を防止する多孔質部材（連続気泡のスポンジ等）が充填されていることが好ましい。この多孔質部材には、吸音効果もある。板部材１８には、ケース１７の通気孔１１ａ、及び鼻マスク１２の通気孔１２ａに対応するように、通気孔１８ａが形成されている。

次に、図１０、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を用いて、呼吸補助装置１の使用状態について説明する。

図１０及び図１１（Ａ）に示されるように、呼吸補助装置１は、鼻マスク１２を鼻に覆い被せて用いる。ケース１７は、送風機１０を収容した部分が利用者の口の上に置かれ、当該利用者の口に接触する。すなわち、送風機１０は、利用者の口に間接的に接触する。図１１（Ａ）に示されるように、送風機１０の重心は、利用者の体の中心軸ＣからＲ_１［ｍｍ］離れた位置にある。一方、図１１（Ｂ）に示されるように、従来の呼吸補助装置１００の重心は、利用者の体の中心軸ＣからＲ_２［ｍｍ］（＞Ｒ_１）離れた位置にある。この呼吸補助装置１００は、送風機がマスクの外側に一体に設けられている。

以上説明したように、呼吸補助装置１によれば、利用者の体の中心軸から送風機１０の重心までの距離を、従来と比較して短くすることができる。これにより、横になる利用者が寝返りを打ったり顔の向きを変えたりする場合に、送風機１０によるモーメントを小さくすることができる。また、送風機１０が口の上に置かれているので、寝返りを打ったり顔の向きを変えたりした場合に、送風機１０を顔で枕に押し付けることにならずにすむ。結果として、利用者の負担を軽減することができる。

なお、送風機が頬の上に置かれていることを仮に想定すると、寝返りを打ったり顔の向きを変えたりした場合には、頬（顔）で送風機を枕などに押し付けることになり、利用者に負担が掛かってしまう。すなわち、送風機１０は、体のセンターライン上に置かれることが必須であり、そのセンターライン上のうち、利用者にとって気になりにくい口の上に置かれることになる。

そして、送風機１０（ケース１７の送風機１０を収容した部分）が利用者の口を押さえることになり、口を閉じたままにすることを支援できる。これにより、鼻呼吸時に望まれる口を閉じた状態となり、利用者の負担が軽減される。なお、口への接触は、直接的であっても間接的であってもよい。

また、マスクは、利用者の口を覆わずに鼻を覆うものであり、利用者の口及び鼻を覆うものと比較して、サイズが小さい。このため、マスクの内外の圧力差が小さい場合であっても、マスクを、利用者の肌に密着させることが容易である。また、マスクの内外の圧力差を大きくする必要がなく、マスクを利用者の肌から取り外す際に、小さな力で行うことができる。よって、取扱いが簡便である。

さらに、送風機１０において、羽根車２３が配置される空間３１と、吐出口２７に繋がる流路３２と、の二段構造を採用したので、吸気口２６から吸い込む空気の流れと、吐出口２７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２６から吸い込む空気と、吐出口２７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りノイズの発生を防止できる。

そして、羽根車２３が配置される空間３１と流路３２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２３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。これにより、騒音による利用者への負担を軽減できる。

また、羽根車２３が配置される空間３１から流路３２に流れ込んだ空気は、流路３２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。

さらに、流路３２がモーター２４を周回するように配置されているので、羽根車２３の回転軸２８方向の小型化を実現できる。

そして、整流部材２２が吸気口２６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２６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２６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２６から吸い込まれた空気は、羽根車２３やその回転軸２８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２６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２１内が急激に狭くなって、筐体２１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。

また、整流部材２２が羽根車２３の回転軸２８の一端を支持するので、羽根車２３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２２が羽根車２３の回転軸２８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。

さらに、羽根車２３において、複数の羽根２９の吸気口２６側が開放しているので、複数の羽根２９の吸気口２６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。

そして、被覆部材３０が吸気口２６側に突出する円錐面を有するので、吸気口２６から筐体２１内に吸い込まれた空気を、滑らかに被覆部材３０に沿って流すことができる。これにより、吸気口２６から筐体２１内に吸い込まれた空気が被覆部材３０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。

また、呼気弁１５がピエゾ素子３３を有してなり、その開放量を微調整できるので、当該呼気弁１５から放出される呼気の流量が急激に変化することを防止できる。すなわち、送風機１０から利用者の鼻までの経路内の気圧が急激に変化することを防止することとなり、利用者に掛かる負担が増加することを防止できる。

さらに、吸気時に経路内が気密となるように呼気弁１５を閉じることができるので、当該呼気弁１５から漏出する気体の量を軽減できる。そして、呼気弁１５がピエゾ素子３３を有してなるので、応答性が速く、利用者への負担が小さい。具体的に、呼気弁１５として電磁弁を採用する場合には、８ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ程度の時間で開閉するが、上記実施形態のように、ピエゾ素子３３を有してなる呼気弁１５の場合には、１００μｓｅｃ程度の短い時間で開閉できる。

また、呼気弁１５がピエゾ素子３３を有してなるので、呼気弁１５として電磁弁を採用する場合と比較して耐久時間が長く、壊れにくい。次いで、呼気弁１５がピエゾ素子３３を有してなるので、呼気弁１５として電磁弁を採用する場合などと比較して、呼吸補助装置１を小型化したり軽量化したりできる。このため、利用者などの顔に掛かる呼吸補助装置１の重力を低減でき、利用者の負担を減らすことができる。

さらに、睡眠時無呼吸症候群などの患者が在宅人工呼吸器として使用できる。

［第２実施形態］次に、図１２を用いて、本発明の第２実施形態に係る呼吸補助装置２の構成について説明する。図１２は、呼吸補助装置２の正面図である。

なお、ここでは、呼吸補助装置２の特徴部分のみを説明し、呼吸補助装置２と同様の構成、作用及び効果についての説明は省略する。また、以降の実施形態についても、特徴部分のみを説明する。

図１２に示されるように、呼吸補助装置２は、さらに、利用者に装着するためのバンドを取り付ける一対のフレーム４５を備えている。一対のフレーム４５は、ケース１７を安定的に支持する。この一対のフレーム４５は、ケース１７が利用者の口に接触しないようにケース１７を支持するものであってもよい。すなわち、一対のフレーム４５は、ケース１７と利用者の口との間に僅かな隙間を設けるように、当該ケース１７を支持するものであってもよい。

このような呼吸補助装置２によれば、一対のフレーム４５がケース１７を支持することで、当該ケース１７を安定させることが可能となり、ケース１７がぐらつく等して利用者の負担となることを防止できる。

［第３実施形態］次に、図１３を用いて、第３実施形態に係る呼吸補助装置３の構成について説明する。図１３は、呼吸補助装置３の正面図である。

図１３に示されるように、呼吸補助装置３は、鼻マスク１２に代えて、一対のプロング４６を備えている。送風機１０は、一対のプロング４６を介して利用者の鼻腔（気道）に空気を送り出す。一対のプロング４６は、利用者の鼻に挿入されるノズルであり、チャンバー１１の通気孔に着脱可能に取り付けられる。これにより、一対のプロング４６は、送風機１０から送り出された空気を吸気として利用者の鼻腔に導く。また、一対のプロング４６は、利用者の呼気をチャンバー１１に導く。

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１４に示されるマスタとなる送風機１１０による比較実験を行った。送風機１１０は、上記各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、上記各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、上記各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、上記各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、上記各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２５と筐体２１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２５と筐体２１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］、２．０［ｍｍ］のそれぞれの場合と比較して、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２５と筐体２１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、上記各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、上記各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。上記各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。

本発明は、上記各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、上記各実施形態において、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。

あるいは、上記各実施形態において、空気を送り出す送風機として、羽根車２３を有する送風機１０を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロポンプ等を備えるようにしてもよい。マイクロポンプは、圧電素子が固定されたダイヤフラムを採用するポンプであり、次に説明する構造を有している。

次に、図１５を用いて、マイクロポンプ２００の構成を説明する。

図１５（Ａ）に示されるマイクロポンプ２００は、特許文献ＷＯ２００８／０６９２６６で提案されているものであり、一次ブロア室２０１と、この一次ブロア室２０１の外側に形成された二次ブロア室２０２と、を備えている。

一次ブロア室２０１は、振動源となる圧電素子２０３と、この圧電素子２０３が固定されたダイヤフラム２０４と、このダイヤフラム２０４と共に空間を形成する振動枠２０５と、を備えている。振動枠２０５は、一次ブロア室２０１の内外で流体を移動させる開口２０６を有している。二次ブロア室２０２は、ダイヤフラム２０４側に吸入口２０７を有すると共に、開口２０６に対向するように吐出口２０８を有している。

以上のマイクロポンプ２００では、圧電素子２０３によってダイヤフラム２０４が共振すると、一次ブロア室２０１と二次ブロア室２０２との間で流体が移動し、これによる流体抵抗によって振動枠２０５が共振する。このダイヤフラム２０４と振動枠２０５との共振によって、吸入口２０７から流体が吸い込まれて、吐出口２０８から流体が放出される。

このマイクロポンプ２００は、気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。マイクロポンプ２００は、外径が２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ程度の箱形状であって極めて小さいものの、入力正弦波を１５Ｖｐｐ（Volt peak to peak）で２６ｋＨｚとした場合で、最大約１Ｌ／分（静圧０Ｐａ時）の空気を搬送でき、また最大約２ｋＰａ（流量０Ｌ／分）の静圧を得ることができる。

一方、マイクロポンプ２００は、圧電素子２０３によるダイヤフラム２０４の振動で流体を搬送するから、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１５（Ｂ）に示されるような直線を示す。すなわち、例えば約１ｋＰａの静圧を得る場合、流量は０．５Ｌ／分となる。

なお、入力正弦波のＶｐｐを１０や２０に変化させた場合、圧電素子２０３の振幅が変化するので、流量及び圧力を変化させることができる。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、流量及び圧力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た場合、流量及び圧力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、流量及び圧力を滑らかに変化させることができる。ただし、流量及び圧力には、圧電素子２０３の能力や部材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、ここでは１つの圧電素子２０３をダイヤフラム２０４に貼り付けたモノモルフ（ユニモルフ）構造を紹介しているが、勿論、２つの圧電素子を貼り合わせて振動量を増やすバイモルフ構造を採用することもできる。

また、上記各実施形態において、可能な範囲で他の実施形態の構成を適用してもよい。具体的に、第１実施形態の呼吸補助装置１に対し、一対のプロングを着脱可能に取り付けるようにしてもよい。利用者は、一対のプロングを介して鼻呼吸することになるが、送風機１０から供給される空気がプロングから漏れた場合であっても、鼻マスク１２内に留め、当該鼻マスク１２を介して鼻腔に供給することができる。

１，２ 呼吸補助装置
１０ 送風機
１１ チャンバー（経路）
１２ 鼻マスク（マスク）
１５ 呼気弁
２３ 羽根車
２５ 仕切り部材
２６ 吸気口
２７ 吐出口
３１ 空間
３２ 流路
２２ ピエゾ素子
２００ マイクロポンプ（送風機）
ｄ スリット

Claims (6)

1. 利用者の口を覆わずに鼻を覆うマスク又は前記鼻の各鼻腔にセットされるプロングと、
   前記利用者の口の上に設けられ、前記マスク又は前記プロングに気体を送り出す送風機と、
   前記送風機から送り出された気体を前記マスク又は前記プロングに通す空気の経路と、
   前記経路に形成され、前記利用者の呼気を排出する通気孔と、
   前記通気孔に配設され、電気的な駆動によって前記通気孔を開閉する呼気弁と、
   前記利用者の吸気時に前記呼気弁を閉じ、且つ、前記利用者の呼気時に前記呼気弁を開くように前記呼気弁を制御する制御ユニットと、
   を備えることを特徴とする、
   呼吸補助装置。
2. 前記送風機は、前記利用者の口に接触して、該口を閉じたままにすることを支援することを特徴とする、
   請求項１に記載の呼吸補助装置。
3. 前記マスク又は前記プロングと前記送風機との間には、前記空気の経路の一部を構成するチャンバーが配置されており、前記チャンバーに前記通気孔及び前記呼気弁が設けられることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の呼吸補助装置。
4. 前記送風機は、
   前記気体を取り込む吸気口、周回するように設けられ前記吸気口から取り込んだ前記気体を流す流路、及び前記流路を流れた前記気体を前記マスクに向けて送り出す吐出口、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、を備えることを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれかに記載の呼吸補助装置。
5. 前記呼気弁は、電圧の印加量に応じて変位するピエゾ素子を有してなり、該ピエゾ素子が前記経路を構成する面に対して離隔し又は近接して当接するように変位することで、該ピエゾ素子自体が前記通気孔を開閉することを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれかに記載の呼吸補助装置。
6. 前記呼気弁は、経路の内側で変位することを特徴とする、
   請求項５に記載の呼吸補助装置。

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