JP6449151B2 - 呼気測定装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、喘息検出、肺機能検出などを行う際に使用する呼気測定装置及びその制御方法に関するものである。

従来、この種の呼気測定装置は、呼気を一時的に溜め込むチャンバと、このチャンバ内に溜め込まれた呼気を測定部に供給する電磁ポンプと、この電磁ポンプの動作制御を行う制御部とを備えた構成となっていた。
すなわち、呼気を直接測定部に吹き込むことで、呼気内に含まれるアンモニア等を測定しようとした場合、測定部に吹き込まれる呼気の状態がばらつくので、一旦呼気をチャンバ内に溜め、次にこのチャンバ内の呼気を電磁ポンプにより測定部に供給するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１０−５０９５８６号公報

（発明が解決しようとする課題）
上記従来例における課題は検出精度が低くなるということであった。すなわち電磁ポンプは一回のストロークが大きいので、この電磁ポンプによって測定部に供給される呼気流の脈流が大きくなり、その結果として測定部における検出値にバラツキが大きくなり、それにより検出精度が低くなるのであった。

そこで、本発明は、従来の呼気測定装置の課題を考慮し、検出精度が向上した呼気測定装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
そして、この目的を達成するために本発明の呼気測定装置は、チャンバと、測定部と、圧電ポンプと、第１学習制御部と、第２学習制御部と、測定制御部とを備えている。チャンバは、呼気を一時的に溜め込む。測定部は、呼気中の所定成分を測定する。圧電ポンプは、チャンバ内に溜め込まれた呼気を測定部に供給する。第１学習制御部は、圧電ポンプによりチャンバ内の呼気を測定部に供給する前に圧電ポンプの動作設定を行う第１の動作設定モードを実行する。第２学習制御部は、圧電ポンプによりチャンバ内の呼気を測定部に供給開始した後であって、測定部によって測定を行う前に圧電ポンプの動作設定を行う。

すなわち、本発明においてはチャンバ内に溜められた呼気を圧電ポンプにより測定部に供給する構成としたものであり、圧電ポンプはストロークが小さいので、この圧電ポンプによって測定部に供給される呼気の脈動は小さくなり、その結果として測定部における検出値のバラツキは小さく、これにより検出精度を高めることが出来る。
また、本発明においては、圧電ポンプによりチャンバ内の呼気を測定部に供給する前に圧電ポンプの動作設定を行い、圧電ポンプによりチャンバ内の呼気を測定部に供給開始後に圧電ポンプの動作設定を行い、その後、測定部による測定を実行する構成としたので、検出精度を高めることができる。

すなわち、圧電ポンプはその使用環境（例えば温度）よって最適な設定（例えば、駆動周波数）が変化するので、本発明においては、チャンバ内の呼気を測定部に供給する前と、圧電ポンプによりチャンバ内の呼気を測定部に供給開始後に、圧電ポンプの動作設定を行う。
これにより圧電ポンプは最適な状態で駆動され、その結果として測定部に供給する呼気の状態が安定し、その結果として検出精度を高めることができるのである。

（発明の効果）
本発明によれば、検出精度が向上した呼気測定装置及びその制御方法を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１における呼気測定装置を示す斜視図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置のハンドル部の断面図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の制御ブロック図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の流量調節器の断面図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置のチャンバの断面図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の入力ガス切替器の断面図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置のゼロガス生成器の断面図 図７Ａの部分拡大図 図７Ｂを矢印Ｘ方向から見た背面図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の圧電ポンプの平面模式図 図８ＡのＡＡ間の矢示断面図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の制御ブロック図 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の動作フローチャート 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の動作フローチャート 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の動作フローチャート 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の動作フローチャート 本発明の実施の形態１における呼気測定装置の動作フローチャート

以下に、本発明の実施の形態１における呼気測定装置を、添付図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
＜１．構成＞
（呼気測定装置の概要）
図１は、呼気測定装置の一例であって、喘息検出に関連性がある呼気中に含まれる一酸化窒素を測定する呼気測定装置である。

本実施の形態の呼気測定装置は、図１に示すようにハンドル部１と、ハンドル部１とチューブ２によって接続された測定装置本体３とを備えている。
ハンドル部１は、使用者が呼気を吹込むための構成であり、使用者がハンドル部１を把持して呼気が吹き込まれる。このハンドル部１には、チューブ２の一端２ａが接続され、また、このチューブ２の他端２ｂには、吹き込まれた呼気を測定するための測定装置本体３が接続されている。つまり、ハンドル部１はチューブ２を介して測定装置本体３に接続されている。

（ハンドル部１）
図２は、ハンドル部１の断面図である。ハンドル部１には、図２に示すように、ハンドル部本体４と、ハンドル部本体４の上方に装着されるマウスピース５と、このハンドル部本体４の下方に設けられた吸気孔６と、チューブ２の一端２ａが接続されている接続部７とが設けられている。

この接続部７は、ハンドル部本体４の円筒部８と、円筒部８の内側に設けられた接続部材９とにより構成されている。また、吸気孔６は、円筒部８の周囲に円環状に複数個形成されている。
また、接続部材９は、円筒部８の内周よりも径が小さい径小部１０を有している。
そして、径小部１０の外周面と円筒部８の内周面の間に、チューブ２が配置されている。径小部１０と円筒部８によってチューブ２を挟み込むことで、チューブ２がハンドル部本体４に固定されている。

さらに、ハンドル部本体４には、吸気孔６とマウスピース５の吸気入口部１１とを接続する第１吸気経路１２及び第２吸気経路１８と、マウスピース５の呼気排出部１３とチューブ２の一端２ａとを接続する排出経路１９が形成されている。第１吸気経路１２と第２吸気経路１８の間には、本実施の形態の呼気測定装置で測定される成分（本実施形態では一酸化窒素）を大気から取り除くフィルター部１５が設けられている。第１吸気経路１２とフィルター部１５の間には、第１ワンウェイバルブ１４が設けられており、フィルター部１５と第２吸気経路１８の間には第２ワンウェイバルブ１７が設けられている。なお、本実施の形態１においては、吸気入口部１１と呼気排出部１３は、同じ場所に形成されているが、それぞれを別々に設けても良い。

ここで、使用者が呼気を測定する手順に従い、ハンドル部１の説明を行う。
まず、使用者は、図１の状態で、呼気をハンドル部１に吹き込むために、ハンドル部１を構成している図２のハンドル部本体４を手で握り、マウスピース５の呼気排出部１３に口を付ける。そして、使用者は、呼気を測定装置本体３に吹き込むために、呼気排出部１３に口を付けたままの状態で先ずは息を吸い込む。

使用者が息を吸い込むことで、ハンドル部本体４の吸気孔６から大気がハンドル部１に取り込まれる。取り込まれた大気は、第１吸気経路１２を通り、第１ワンウェイバルブ１４を通過し、フィルター部１５へと流れ込む。
ここで、使用者がハンドル部本体４を手で握ったとしても、吸気孔６が手で塞がれることがないようにするために、この吸気孔６は、チューブ２の一端２ａがハンドル部本体４に接続している側、具体的には、湾曲面１６に形成されている。そして、湾曲面１６は、チューブ２の一端２ａ側から他端２ｂ側に向けて、円筒部８側から外周部２０側に拡開するようにテーパ形状に形成されている。

このような構成により、安定的に大気をハンドル部１に吸込むことが可能となり、再測定などを行う必要がなく、装置として操作性の良いものとなる。
次に、上述したフィルター部１５に流れ込んだ大気は、フィルター部１５に配置されている一酸化窒素除去剤により、その内部の一酸化窒素が除去される。
一酸化窒素が除去された大気は、第２ワンウェイバルブ１７を通過し、第２吸気経路１８を通り、マウスピース５の吸気入口部１１へと流れ込み、使用者の体内へと吸込まれる。その後、使用者が呼気をマウスピース５の呼気排出部１３に吹き込むと、排出経路１９へと呼気が流れ込む。

このようにして、使用者がマウスピース５の呼気排出部１３から吹き込んだ呼気は、排出経路１９を経由し、次に接続部７に接続されているチューブ２を通過して、測定装置本体３へと流れ込み、呼気中の一酸化窒素が測定される。
なお、排出経路１９と第２吸気経路１８は、同じ場所に形成されているが、それぞれを別々に設けても良い。

このように、使用者がハンドル部１を手で握って呼気を吹き込むのであるが、使用者は、自らの口にハンドル部１を引き付け、呼気を吹き込む。
（測定装置本体３）
図３は、本実施形態の呼気測定装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、本実施形態の測定装置本体３は、圧力センサ２１と、流量調節器２２と、チャンバ２３と、ゼロガス生成器３７と、入力ガス切替器３１と、流量センサ４３と、圧電ポンプ４４と、測定部４５と、表示部４６と、電源スイッチ４７と、メモリ４９と、制御部４８とを備えている。

（圧力センサ２１及び流量調節器２２）
圧力センサ２１は、チューブ２を介してハンドル部１から測定装置本体３に流入する呼気の圧力を測定し、圧力センサ２１によって呼気が吹き込まれたか否かを判定することが出来る。
図４は、流量調節器２２の構成図である。流量調節器２２は、流入した呼気の流量を調整してチャンバ２３へと供給する。流量調節器２２は、呼気が流入する呼気流入部２２０と、呼気が流出する呼気流出部２２１と、呼気流入部２２０と呼気流出部２２１の間を連通する弁孔２４と、弁孔２４を開閉可能な駆動弁２５と、駆動モータ２６と、チャンバ２３への流出側に設けられた流量センサ２７とを有している。駆動弁２５は駆動モータ２６によって駆動されるように構成されており、流量センサ２７は、流量調節器２２下流の呼気量を監視する。又、駆動モータ２６は、圧力センサ２１及び流量センサ２７による検知結果に基づいて制御部４８によって制御される。

すなわち、ハンドル部１からチューブ２を介して測定装置本体３に供給された呼気は、次に図３及び図４に示す圧力センサ２１と流量調節器２２によって流量を調整した状態で、チャンバ２３に供給される。
具体的には、まず圧力センサ２１によって呼気の圧力が検知され、呼気の流入が検出される。次に流量調節器２２は、流量センサ２７によって検出された呼気の流量が多い場合には、駆動弁２５によって弁孔２４の開口度を小さくし、逆に流量センサ２７によって検出された呼気の流量が少ない場合には、駆動弁２５によって弁孔２４の開口度を大きくする。このような制御によりチャンバ２３に対する呼気の流入量を安定化することが出来る。

（チャンバ２３）
図５は、チャンバ２３の構成を示す模式図である。
チャンバ２３は、図５に示すように容器２８の一端側に流量調節器２２側からの流入口２９が設けられている。また、この容器２８内には蛇行経路３０が形成され、この蛇行経路３０の中間部分には図３に示す入力ガス切替器３１への流出口３２が形成されている。さらに蛇行経路３０の始点側と終点側にはそれぞれ吸排気孔３３、３４が形成されている。

容器２８は略直方体形状であり、対向する略矩形状の平面と、２つの平面の間に、それらと略垂直に設けられた側面とを有している。
容器２８は、対向する平面のうち一方の平面が測定装置本体３のハウジングの内面に載置されている。図５では、容器５０の対向する平面のうちハウジングの内面と接触していない方の平面が２８ａとして示されている。そして、この平面２８ａを貫通する貫通孔によって吸排気孔３３、３４が形成されている。また、平面２８ａと略垂直に壁部２８ｓが形成されており、この壁部２８ｓによって蛇行経路３０が形成されている。

吸排気孔３３、３４は、測定装置本体３の外部へと繋がっているため、チャンバ２３内は常に大気開放されている。
（入力ガス切替器３１）
図６は、入力ガス切替器３１の構成を示す模式図である。
入力ガス切替器３１は、図６に示すように呼気流入部３１０と、ゼロガス流入部３１１と、流出部３１２と、弁孔３５と、駆動弁３６と、弁孔３８と、駆動弁３９と、駆動部４０とを有している。

呼気流入部３１０には、チャンバ２３の流出口３２から呼気が流入する。ゼロガス流入部３１１には、後述するゼロガス生成器３７からＮＯゼロガスが流入する。流入した呼気又ゼロガスが、流出部３１２から流量センサ４３（後述する）側へと流出する。
弁孔３５は、呼気流入部３１０と流出部３１２の間を連通している。駆動弁３６は、弁孔３５を開閉可能であり、駆動部４０によって駆動される。弁孔３８は、ゼロガス流入部３１１と流出部３１２の間を連通している。駆動弁３９は、弁孔３８を開閉可能であり、駆動部４０によって駆動される。駆動部４０は、制御部４８によって制御されており、駆動弁３６と駆動弁３９のそれぞれの駆動を行う。

すなわち、弁孔３５及び駆動弁３６は、チャンバ２３の流出口３２から呼気が吸い出される経路に介在させており、弁孔３８及び駆動弁３９は、図７に示すゼロガス生成器３７からの空気が吸い出される経路に介在させている。駆動部４０によって駆動弁３６と駆動弁３９がそれぞれ駆動されることにより、チャンバ２３内の呼気又はゼロガス生成器３７からのＮＯゼロガスを選択的に流量センサ４３側へと送ることが出来る。

（ゼロガス生成器３７）
図７Ａは、ゼロガス生成器３７の構成を示す模式図である。
ゼロガス生成器３７は、図７Ａに示すように、容器３７０と、容器３７０内に配置されたフィルター部４２と、容器３７０の入力ガス切替器３１とは反対側の開口３７０ａに配置されたワンウェイバルブ４１とを有している。ワンウェイバルブ４１は、吸い込み時のみ開放する。フィルター部４２は、大気の吸引方向においてワンウェイバルブ４１の下流に設けられており、一酸化窒素を除去する。

図７Ｂは、ゼロガス生成器３７のワンウェイバルブ４１近傍を拡大した図である。図７Ｃは、図７Ａに示す矢印Ｘ方向からゼロガス生成器３７を見た図である。
図７Ｂに示すように、容器３７０の入力ガス切替器３１の反対側の端には、開口３７０ａが形成されており、この開口３７０ａを塞ぐようにワンウェイバルブ４１が配置されている。ワンウェイバルブ４１はゴム等によって形成されている。ワンウェイバルブ４１は、図７Ｃに示すように、Ｘ方向から見て半円形状の第１部分４１ａと第２部分４１ｂを有している。この第１部分４１ａ及び第２部分４１ｂは、その湾曲する外周の中央部分で開口３７０ａの縁３７０ｂと接着されており、容器３７０の内側に向かって、互いに除々に接近するように傾斜して配置されている。尚、第１部分４１ａと縁３７０ｂの接着部分は、図７ＣにおいてＳ１で示され、第２部分４１ｂと縁３７０ｂの接着部分は、図７ＣにおいてＳ２で示されている。

第１部分４１ａの容器３７０内側の端４１ａｅと、第２部分４１ｂの容器３７０内側の端４１ｂｅ間には、スリット４１１が形成されている。図７Ｃに示すように、スリット４１１は、開口３７０ａの中心Ｏを通り直径に沿って形成されている。
圧電ポンプ４４が動作して矢印Ｘ方向から大気が吸引されると、第１部分４１ａは大気の流れを受けて、その端４１ａｅ側が容器３７０の壁面側（矢印Ｙ１方向）に移動するように変形し、第２部分４１ｂは大気の流れを受けて、その端４１ｂｅ側が容器３７０の壁面側（矢印Ｙ２方向）に移動するように変形する。第１部分４１ａと第２部分４１ｂの変形によって、開口が広くなり、大気がフィルター部４２に吸い込まれる。

一方、容器３７０の内側の圧力が高まった場合であっても、第１部分４１ａ及び第２部分４１ｂは、それらの間の距離が容器３７０の外側から内側に向かって狭くなるように配置されているため、端４１ａｅと端４１ｂｅの間隔が広まることはなく、むしろ狭まり気体が外部へ流出することが妨害される。
尚、本実施形態のゼロガス生成器３７にはスリット４１１が形成されているため、ゼロガス生成器３７に大気を吸引しない場合でもフィルター部４２が大気に触れてフィルター部４２の性能が除々に劣化することになるが、所定の期間はＮＯ除去効果が発揮可能なようにスリット４１１の間隔が調整されている。

（流量センサ４３、圧電ポンプ４４及び測定部４５）
図３に示すように、図６に示す入力ガス切替器３１の下流側には流量センサ４３を介して圧電ポンプ４４が設けられている。流量センサ４３は、圧電ポンプ４４を動作させた際に、吸い込まれる気体の流量を計測する。
図８Ａは、圧電ポンプ４４を模式的に示した平面図である。図８Ｂは、図８ＢのＡＡ間の矢示断面図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、圧電ポンプ４４は、略円筒形状の筐体４４８を有しており、筐体４４８の上面中央に気体の出口４４５が設けられており、筐体４４８の下面中央に気体の入口４４４が設けられている。入口４４４は、流量センサ４３を経由して入力ガス切替器３１と接続されている。出口４４５は、測定部４５と接続されている。

また、圧電ポンプ４４は、筐体４４８の内部の中央に配置されたポンプ室４４０と、ポンプ室４４０の一部（底面側）を形成するダイヤフラム４４１と、ポンプ室４４０の外側であってダイヤフラム４４１の下側に設けられた圧電素子４４２と、圧電素子４４２を下側から覆うように配置されたカバー部４４７と、カバー部４４７とポンプ室４４０の周囲に形成され、ポンプ室４４０と孔４４６を介して連通した流路４４３とを備えている。流路４４３は、詳細には、カバー部４４７及びポンプ室４４０の下面側、側面側、及び上面側であって、筐体４４８とカバー部４４７の間及び筐体４４８とポンプ室４４０の間に形成されている。

圧電素子４４２の振動によりダイヤフラム４４１が振動し、ポンプ室４４０の体積が増減することによって入口４４４から出口４４５に向かって流路４４３内を気体が移動する（図８Ａ及び図８Ｂの矢印参照）。
このように圧電ポンプ４４では、圧電素子４４２の振動が気体のポンピング機能として作用するため、圧電素子４４２の振動によって呼気又はゼロガスが測定部４５へと送りこまれる。詳しくは後述するが、圧電ポンプ４４を動作させるために入力するパラメータとしては、圧電素子４４２を振動する振動周波数、印加電圧、及び印加電圧のデューティ比が挙げられる。これらのパラメータを適切な値とすることで、測定部４５に送る流量の精度を向上することが出来、精度良く測定を行うことが出来る。尚、これらのパラメータの適切な値を導く制御については、後述する。

又、圧電ポンプ４４の下流に測定部４５が設けられている。この測定部４５では一酸化窒素の量を検出し、その結果を表示部４６に表示させる構成となっている。
そして、図３において示すように、上述した圧力センサ２１、駆動モータ２６、流量センサ２７、駆動部４０、流量センサ４３、圧電ポンプ４４、測定部４５、表示部４６、および電源スイッチ４７は制御部４８に接続されている。

（制御部４８）
図９は、制御部４８における圧電ポンプ４４の制御に関する構成を示すブロック図である。
本実施の形態の呼気測定装置の制御部４８は、測定部４５によって一酸化窒素濃度を測定する際に圧電ポンプ４４を動作させるためのパラメータである振動周波数、駆動電圧、及びデューティ比を選定して設定するために、第１学習制御部１００と、第２学習制御部１１０と、電圧デューティ比調整部１２０と、測定制御部１３０とを有している。尚、図９では、圧電ポンプ４４以外の制御に関する構成は省略している。

（第１学習制御部１００）
第１学習制御部１００は、圧電ポンプ４４を動作させる第１の駆動周波数と、駆動電圧を算出する。第１学習制御部１００は、共振周波数検出部１０１と、第１流量比較部１０２と、第１調整部１０３と、第１設定部１０４とを有している。
共振周波数検出部１０１は、所定の電圧を印加した状態で周波数を変更することにより、圧電ポンプ４４の圧電素子の共振周波数を検出する。

第１流量比較部１０２は、上記所定の値の電圧及び共振周波数を用いて圧電ポンプ４４を動作させた際に流量センサ４３によって検出された流量と、目標流量を比較する。圧電ポンプ４４を動作させる際には、入力ガス切替器３１によってゼロガス生成器３７からのＮＯゼロガスが圧電ポンプ４４に送られる状態となっている。
第１調整部１０３は、第１流量比較部１０２による比較結果に基づいて、流量センサ４３によって検出された流量が目標流量になるように上記所定の印加電圧の値を調整する。

第１設定部１０４は、共振周波数を第１の駆動周波数として設定し、調整された印加電圧を駆動印加電圧として設定し、メモリ４９に記憶する。
（第２学習制御部１１０）
第２学習制御部１１０は、第１の駆動周波数及び駆動印加電圧に基づいて、第２の駆動周波数と駆動デューティ比を選定して設定する。

第２学習制御部１１０は、周波数変化部１１１と、デューティ比増減判断部１１２と、デューティ比選定部１１３と、第２設定部１１４とを有している。
周波数変化部１１１は、流量センサ４３によって検出される流量に基づいて、駆動印加電圧のデューティ比を変化させて流量を一定に保ちながら第１の駆動周波数を所定の周波数間隔で変化させる。

デューティ比増減判断部１１２は、周波数変化部１１１による周波数の変化に伴うデューティ比の増減を判定する。
デューティ比選定部１１３は、判定されたデューティ比の増減に基づいて最も小さいデューティ比を選定する。
第２設定部１１４は、デューティ比選定部１１３によってデューティ比が選定された周波数を、第２の駆動周波数として設定し、選定されたデューティ比を駆動デューティ比として設定する。

（電圧デューティ比調整部１２０）
電圧デューティ比調整部１２０は、第２の駆動周波数、駆動印加電圧及び駆動デューティ比が設定された後、流量センサ４３によって検出される流量が目標流量と異なるようになった場合、検出される流量が目標流量になるように第２の駆動周波数に基づいて駆動印加電圧及び駆動デューティ比を調整する。

電圧デューティ比調整部１２０は、第２流量比較部１２１と、第２調整部１２２と、第３設定部１２３とを有する。
第２流量比較部１２１は、測定の際に、第２の駆動周波数、駆動印加電圧及び駆動デューティ比を用いて動作させた圧電ポンプ４４によるチャンバ２３内からの呼気の流量と、目標流量値とを比較する。

第２調整部１２２は、目標流量になるように印加電圧を調整する印加電圧調整部１２５と、デューティ比を調整するデューティ比調整部１２４を有する。
第３設定部１２３は、調整された駆動印加電圧及び駆動デューティ比を新たな駆動印加電圧及び駆動デューティ比としてメモリ４９に設定する。
（測定制御部１３０）
測定制御部１３０は、測定の際に、入力ガス切替器３１、ゼロガス生成器３７、及び測定部４５等の制御を行う。具体的には、測定部４５によるチャンバ２３内の呼気中の一酸化窒素の濃度を測定した後に、入力ガス切替器３１をゼロガス生成器３７側に切り替えて、ＮＯゼロガスにおける一酸化窒素濃度（ブランク値）を測定した後、呼気中の一酸化窒素濃度からブランク値を差し引き、一酸化窒素濃度の演算を行う。

＜２．動作＞
図１０は、本実施の形態の呼気測定装置の制御を示すフロー図である。
以上の構成において、呼気の測定を行うためにはまず、図３の電源スイッチ４７がオン状態とされる（図１０のＳ１）。
すると制御部４８は図６に示す入力ガス切替器３１を初期状態とする（図１０のＳ２）。この初期状態とは、駆動部４０により駆動弁３６、３９が駆動されて、弁孔３５は駆動弁３６によって閉じられ、弁孔３８は開放された状態のことである。

次に、制御部４８は圧電ポンプ４４の動作設定（第１学習制御工程の一例）を行う（図１０のＳ３）。
（圧電ポンプの動作設定Ｓ３（第１学習制御工程の一例））
以下に、図１１を用いて圧電ポンプ４４の動作設定について詳しく説明する。図１１は、本実施の形態の呼気測定装置の圧電ポンプ４４の動作設定の制御を示すフロー図である。

尚、圧電ポンプ４４自体は良く知られているように圧電素子（図示せず）を例えば２４〜２８ｋＨｚで振動させ、その振動力で呼気を搬送する構成である。
このような圧電ポンプ４４を用いた場合には、先ず、制御部４８の共振周波数検出部１０１は、圧電ポンプ４４の電源をオン状態とし（図１１のＳ１０１）、次に圧電素子に加える電圧を例えば６Ｖ（所定の印加電圧の一例）に設定し（図１１のＳ１０２）、振幅を固定した上で周波数サーチを行う（図１１のＳ１０３）。

この周波数サーチでは、圧電素子に、上述した２４〜２８ｋＨｚ、６Ｖを例えば２５６Ｈｚの間隔で順次供給し、共振周波数検出部１０１は、この圧電素子が共振する周波数を先ずは粗く仮選定する。次にこの粗く仮選定された周波数の上下２５６Ｈｚの間を、２５６Ｈｚより細かい間隔、例えば２０Ｈｚの間隔で、更に６Ｖを順次供給し、この圧電素子が共振する周波数が選定される。

そして、この周波数サーチによって圧電素子が共振する周波数が選定できると（図１１のＳ１０４）、次に、第１流量比較部１０２が、流量センサ４３により流量を検出する。このときには図６に示す弁孔３８が開口しているので、圧電ポンプ４４が駆動されると、ゼロガス生成器３７のワンウェイバルブ４１及び弁孔３８を介して空気がこの圧電ポンプ４４によって吸引されることになり、このときの流量が流量センサ４３によって検出される。

そして、流量センサ４３によって検出された流量が目標流量である３ｍＬ／秒（第１の目標流量の一例）よりも少ないか否かが、第１流量比較部１０２によって検出される（図１１のＳ１０５）。
この流量が例えば３ｍｌ／秒の目標値よりも少ないときには、第１調整部１０３が、圧電素子に印加する電圧を上述した６Ｖから増加させる（図１１のＳ１０５、Ｓ１０６）。その後再び流量センサ４３によって検出された流量が目標値になっているか、否かの判定が第１流量比較部１０２によって行われる（図１１のＳ１０７）。

そして、流量センサ４３によって検出された流量が目標値に到達すると、第１設定部１０４が、その印加電圧（駆動印加電圧の一例）を上記（図１１のＳ１０４）で選定した周波数（第１の駆動周波数の一例）と共に図３に示すメモリ４９に記憶する（図１１のＳ１０７、Ｓ１０８）。
一方（図１１のＳ１０５）において、流量が目標値よりも小さくない場合には、第１流量比較部１０２によって再び流量と目標値が同じ値となっているか否かの判定が行われ、流量と目標値が異なれば、第１調整部１０３は、圧電素子に印加する電圧を上述した６Ｖから減少させる（図１１のＳ１０９、Ｓ１１０）。また、（図１１のＳ１０９）において流量と目標値が同じとなれば、第１設定部１０４は、その印加電圧（駆動印加電圧の一例）を上記（図１１のＳ１０４）で選定した周波数（第１の駆動周波数の一例）と共に図３に示すメモリ４９に記憶する（図１１のＳ１０９、Ｓ１１１）。

以上のようにして図１０における圧電ポンプ４４の動作設定（Ｓ３）が行われる。尚、上記Ｓ１０１〜Ｓ１０４が、共振周波数検出動作の一例に対応する。上記Ｓ１０５、Ｓ１０７、及びＳ１０９が、第１流量比較動作の一例に対応する。上記Ｓ１０６及びＳ１１０が、第１調整動作の一例に対応する。
上述したように、動作設定Ｓ３では、周波数（第１の駆動周波数の一例）と、印加電圧（駆動印加電圧の一例）が設定される。尚、印加電圧のデューティ比については、５０％に設定されており、後述するＳ２０５における圧電ポンプの動作設定の初期のデューティ比と同じ値に設定されている。

次に図１０のＳ４で示すセンサ環境安定待ち状態（１〜２分）を経て、測定準備完了状態となる。具体的には制御部４８によって表示部４６に“呼気を吹き込んでください”、との表示がなされる（図１０のＳ４）。
続いて、制御部４８は表示部４６に呼気を吹き込むことを指示する表示をした後、例えば3分間の内に圧力センサ２１が圧力を検出したか、否かを判定する。つまり、この3分間の内にマウスピース５から呼気が吹き込まなければ、圧力センサ２１は圧力を検出せず、その結果として電源をオフの状態とする（図１０のＳ５、Ｓ６）。

また、この3分間の内にマウスピース５から呼気が吹き込まれれば、圧力センサ２１は圧力を検出し、その結果として呼気の測定動作が実行される（図１０のＳ５、Ｓ７）。
次に、図１２を用いて呼気の測定動作（Ｓ７）について説明する。
呼気の測定動作時には、まず制御部４８は、図６に示す駆動部４０により駆動弁３６、３９を駆動することで、弁孔３５、３８をそれぞれ閉じる（図１２のＳ２０１）。

そして、圧力センサ２１で圧力を検出してから１０秒間はこの状態を維持する（図１２のＳ２０２）。
この状態が維持されている１０秒間の間には、流量調節器２２に設けられている流量センサ２７によって呼気の流量が検出され、それに基づき駆動モータ２６が駆動制御される。この制御により流量調節器２２を介して一定の流量でチャンバ２３への呼気の供給が行われる（図４参照）。具体的には、流量センサ２７で流量を確認した状態で呼気は流入口２９から蛇行経路３０へと流入することとなる。このとき上述のように入力ガス切替器３１が全閉状態となっているのでチャンバ２３の流出口３２は閉じられた状態となっており、このチャンバ２３内に吹き込まれた呼気の一部は吸排気孔３３、３４から流出することになる。つまり、チャンバ２３内に残存していた空気は吹き込まれた呼気によって排出された状態となっており、結論としてチャンバ２３内は呼気で満たされた状態となっている。

上記圧力センサ２１で圧力を検出してから１０秒が経過すると、制御部４８は、流量調節器２２の弁孔２４を駆動弁２５で閉鎖する（図１２のＳ２０３）。つまり、制御部４８が駆動モータ２６を駆動することで弁孔２４が駆動弁２５によって閉鎖される。
次に制御部４８は、入力ガス切替器３１の駆動部４０で駆動弁３６を駆動することにより弁孔３５を開放状態とする（図１２のＳ２０４）。尚、このときは入力ガス切替器３１の弁孔３８は閉じられた状態となっている。

この状態で制御部４８の第２学習制御部１１０は、圧電ポンプ４４の動作設定（第２学習制御工程の一例）を行う（図１２のＳ２０５）。
つまり、圧電ポンプ４４の動作設定は上述のごとく電源スイッチ４７をオン状態とした直後（図１０のＳ３）に行っていたが、その後の時間経過に伴い、第１学習制御工程よりも精度の高い動作設定を行うために、Ｓ２０５において圧電ポンプ４４の動作設定が再度行われる。

（圧電ポンプ４４の動作設定Ｓ２０５（第２学習制御工程の一例））
以下に、図１３を用いて圧電ポンプ４４の動作設定（第２学習制御工程の一例）について説明する。
具体的には、圧電ポンプ４４の電源は既に（図１１のＳ１０１）でオン状態となっており、また、圧電素子に加える電圧も図１１の動作設定時に、適切な値（駆動印加電圧の一例）（例えば６Ｖ）に設定されている。そのため、次には周波数を２０Ｈｚごとに切り替えて再度適切な駆動周波数を設定することになる。

このとき図１１において既に駆動周波数（第１の駆動周波数の一例）も設定しているので、第２学習制御部１１０は、その周波数の上下２５６Ｈｚの中（所定の領域内の一例）から以下のＳ３０１〜Ｓ３１６に基づきデューティ比を変えながら周波数を再選定する。ここで、測定時の目標流量は図１１で用いたときより低い値とされ、例えば２ｍｌ／秒（第２の目標流量の一例）に設定される。そして、圧電素子に印加する電圧のデューティ比が学習時の最大値５０％に設定される（図１３のＳ３０１）。

次に周波数変化部１１１が、流量センサ４３により流量を検出する。このときには図６に示す弁孔３５が開口しているので、圧電ポンプ４４が駆動されると、チャンバ２３内の呼気が流出口３２及び入力ガス切替器３１の弁孔３５を介して圧電ポンプ４４へと吸引され、そのときの流量が流量センサ４３によって検出される。
そして、周波数変化部１１１は、デューティ比を変化させて流量一定制御を行う（図１３のＳ３０２）。例えば流量が目標流量より少ないときは、周波数変化部１１１はデューティ比を１％ずつ増し、逆に流量が目標値より多いときはデューティ比を１％ずつ減じて目標流量となるようにする。この状態（流量一定制御が行われている状態）で図１１において既に設定された周波数（第１の駆動周波数の一例）より一定周波数ごと（例えば２０Ｈｚごと）に上下どちらかに変化させると、ピーク周波数に近づくほどデューティ比が減じられる。このことを利用してピーク周波数が再設定される。

まず、周波数変化部１１１が既に設定された周波数より−２０Ｈｚの周波数にして（図１３のＳ３０３）、その際のデューティ比がデューティ比増減判断部１１２によって増減を判定され、デューティ比が減じられたか判定される（図１３のＳ３０４）。
デューティ比が減じられた場合は、さらに周波数変化部１１１によって−２０Ｈｚごとに周波数がずらされ、デューティ比増減判断部１１２によって、そのときのデューティ比がずらす前のデューティ比（＋２０Ｈｚの周波数におけるデューティ比ともいえる）と比べて減じられたかの判定が行われ、これらの動作が繰り返される（図１３のＳ３０５，Ｓ３０６）。そして、デューティ比が減じられなくなる前の周波数の設定が、圧電素子がもっとも大きくふれる周波数（第２の駆動周波数の一例）であるとしてデューティ比選定部１１３によって選定され、デューティ比が減じられなくなる前の周波数を、第２設定部１１４が図３のメモリ４９に記録する（図１３のＳ３０７、Ｓ３０８）。

すなわち、デューティ比選定部１１３は、周波数を−２０Ｈｚ変更した際のデューティ比が変更する前の周波数におけるデューティ比と比較して減少しなかった場合には、その変更する前の周波数におけるデューティ比を、周波数を２０Ｈｚの間隔で変化させた際の最も小さいデューティ比として選定する。そして、その最も小さいデューティ比のときの周波数が、圧電素子がもっとも大きくふれる周波数（第２の駆動周波数の一例）として、第２設定部１１４によってメモリ４９に記録される。

図１３のＳ３０４でデューティ比が減じられないと判定された場合は、周波数変化部１１１は、現状の周波数より＋４０Ｈｚ、つまり図１１において設定された周波数より＋２０Ｈｚの周波数に変更する（図１３のＳ３０９）。そして、デューティ比増減判断部１１２によって変更された周波数におけるデューティ比が、再度減じられたか判定される（図１３のＳ３１０）。

図１３のＳ３１０でデューティ比が減じられた場合はさらに周波数変化部１１１によって＋２０Ｈｚごとに周波数がずらされ、デューティ比増減判断部１１２によってデューティ比が減じられたかの判定が行われ、これらの動作が繰り返される（図１３のＳ３１１，Ｓ３１２）。そして、デューティ比が減じられなくなる前の周波数の設定が、圧電素子がもっとも大きくふれる周波数（第２の駆動周波数の一例）であるとしてデューティ比選定部１１３によって選定され、第２設定部１１４が、それを図３のメモリ４９に記録する（図１３のＳ３１３、Ｓ３１４）。

すなわち、デューティ比選定部１１３は、周波数を+２０Ｈｚ変更した際のデューティ比が変更する前の周波数におけるデューティ比と比較して減少しなかった場合には、その変更する前の周波数におけるデューティ比を最も小さいデューティ比として選定する。そして、その最も小さいデューティ比のときの周波数が、圧電素子がもっとも大きくふれる周波数（第２の駆動周波数の一例）として、第２設定部１１４によってメモリ４９に記録される。

デューティ比選定部１１３は、図１３のＳ３１０でデューティが減じられないと判定された場合は、元の周波数（減じられないと判定した周波数から２０Ｈｚ引いた周波数）、つまり図１１において設定された周波数が圧電素子の最も大きくふれる周波数（第２の駆動周波数の一例）であると検出し、それを第２設定部１１４が図３のメモリ４９に記録する（図１３のＳ３１５、Ｓ３１６）。

上記図１３のＳ３０５及びＳ３０６の繰り返し、または図１２のＳ３１１及び３１２の繰り返しは後述する時間内に収束させる必要があるので、周波数変化部１１１は、図１１で設定された周波数から±２５６Ｈｚの範囲内で周波数の変更を行う。尚、第２設定部１１４が圧電素子の最も大きくふれる周波数（第２の駆動周波数の一例）をメモリ４９に記録する際には、その周波数におけるデューティ比（駆動デューティ比の一例）も記録される。

以上のように、圧電ポンプ４４の動作設定として、最適な駆動周波数（第２の駆動周波数の一例）と、最適な駆動周波数の際のデューティ比（駆動デューティ比の一例）が設定される。尚、上記Ｓ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０５、Ｓ３０９、及びＳ３１１が、周波数変化動作の一例に対応する。上記Ｓ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３１０、及びＳ３１２がデューティ比増減判定動作の一例に対応する。上記Ｓ３０７、Ｓ３０８、Ｓ３１３、Ｓ３１４、Ｓ３１５、及びＳ３１６がデューティ比選定動作の一例に対応する。

（電圧デューティ比制御）
このようにして動作設定としての最適な駆動周波数（第２の駆動周波数の一例）が求められると、次にはこの最適な駆動周波数を固定して流量を一定とさせるための最適な駆動電圧とそのデューティ比を設定するための電圧デューティ比制御が図１４のようにして行われる。

この電圧デューティ比制御は、一旦駆動電圧とそのデューティ比を設定した後も圧電ポンプ４４の動作時には常に流量センサ４３によって検出された流量を監視することによって実行されており、例えば周辺の気流の変化による外乱の影響を受けた場合でも流量一定を保つために行われる。
例えば、電圧デューティ比制御は、Ｓ２０５における圧電ポンプの動作設定が実行された後、Ｓ２０６の呼気の測定を行う際には常に実行されており、流量が目標流量と一致していない場合には、駆動印加電圧及びで駆動デューティ比が調整されて流量が目標流量と一致するよう制御が行われてから測定部４５による測定が行われる。

具体的には、この制御では、圧電素子に印加される最適な電圧は図１１における動作設定（第１学習制御工程の一例）によって求められており、またデューティ比は図１３における動作設定（第２学習制御工程の一例）よって求められているので、先ず制御部４８は圧電素子に印加する電圧とデューティ比をそれらの値に設定する（図１４のＳ４０１）。
次にその状態で流量センサ４３によって検出された流量が目標値よりも小さくなっているか否かの判定が第２流量比較部１２１によって行われ、目標値よりも小さくない場合には、次に、流量が目標値と等しいか否かの判定が行われる（図１４のＳ４０２、Ｓ４０３）。

続いてこのＳ４０３において流量が目標値と等しければ、設定が完了される（図１４のＳ４０４）。つまり、上述した最適な周波数と駆動電圧とデューティ比が動作設定されたことになり、この値がメモリ４９に記憶させられる。いいかえると、Ｓ３において求められた駆動印加電圧（振幅）と、Ｓ２０５において求められた第２の駆動周波数と駆動デューティ比によって圧電ポンプ４４が動作される。

またＳ４０３において、流量が目標値と等しくなければ、次にＳ４０５において駆動電圧のデューティ比が使用時の最低値（１０％）か否かの判定が第２調整部１２２のデューティ比調整部１２４によって行われる。このとき使用時の最低値（１０％）を下回っていない場合は、デューティ比調整部１２４によってデューティ比は１％減少させられ、制御処理は再びＳ４０２へと戻る（図１４のＳ４０６、Ｓ４０２）。

また、Ｓ４０５においてデューティ比調整部１２４によってデューティ比が最低値を下回っていることが判定されれば、次に印加電圧調整部１２５によって駆動電圧の値が最低値か否かの判定が行われる（図１４のＳ４０７）。
そして駆動電圧の値が最低値でなければ、印加電圧調整部１２５は、駆動電圧を０．１Ｖ減じ、制御処理は、再びＳ４０２へと戻る（図１４のＳ４０８、Ｓ４０２）
またＳ４０７において駆動電圧の値が最低値であれば、制御部４８は表示部４６にエラー表示をさせる（図１４のＳ４１０）。

つまり、駆動電圧のデューティ比が最低値で駆動電圧の値も最低値となるときにはエラー処理を行うのである。
またＳ４０２において、流量センサ４３によって検出された流量が目標値よりも小さくなっていると第２流量比較部１２１によって判定されたときには、Ｓ４１１においてデューティ比調整部１２４によって駆動電圧のデューティ比が使用時の最大値（４０％）か否かの判定が行われ、最大値でない場合は、デューティは１％増加させられ（図１４のＳ４１２）、流量センサ４３によって検出された流量が目標値と等しいか否かの判定が第２流量比較部１２１によって行われる（図１４のＳ４１３）。

そして、流量が目標値と等しければ設定が完了される（図１４のＳ４１４）。つまり、上述した最適な周波数（第２の駆動周波数）と、最適な駆動電圧と、最適なデューティが動作設定されたことになり、これらの値が第３設定部１２３によってメモリ４９に記憶させられる（図１４のＳ４１４）。尚、使用時のデューティ比の設定範囲は、学習時のデューティ比の設定範囲より上限、下限ともそれぞれ１０％のマージンを持たせ１０％〜４０％としている。

Ｓ４１１においてデューティ比調整部１２４によって駆動電圧のデューティが使用時最大値であると判定された場合は、印加電圧調整部１２５が圧電素子に印加する電圧の値を０．１Ｖ増加させる（図１４のＳ４１５）。
次に、その状態で流量センサ４３によって検出された流量が目標値と等しいか否かの判定が第２流量比較部１２１によって行われる（図１４のＳ４１６）。

そして、流量が目標値と等しければ設定が完了される（図１４のＳ４１７）。つまり、上述した最適な周波数（第２の駆動周波数の一例）と、最適な駆動電圧と、最適なデューティが動作設定されたことになり、これらの値が第３設定部１２３によってメモリ４９に記憶させられる（図１４のＳ４１７）。
またＳ４１６において流量が目標値と異なれば次に流量が目標値よりも小さいか否かの判定が行われ（図１４のＳ４１８）、小さい場合には制御処理は再びＳ４１５へと戻る。

また、Ｓ４１８において流量が目標値よりも小さくなければ印加電圧調整部１２５によって駆動電圧のデューティが１％減じられ（図１４のＳ４１９）、再び流量が目標値になっているか否かの判定が第２流量比較部１２１によって行われる（図１４のＳ４２０）。
そしてＳ４２０において流量が目標値に等しくなっていなければ、制御処理は、再びＳ４１９へと戻ることになる。またＳ４２０において流量が目標値と等しくなっていれば、設定が完了される（図１４のＳ４２１）。つまり、上述した最適な周波数（第２の駆動周波数の一例）と、最適な駆動電圧と、最適なデューティが動作設定されたことになり、これらの値が第３設定部１２３によってメモリ４９に記憶させられる（図１４のＳ４２１）。

以上のような圧電ポンプ４４の動作設定が行われる（図１２のＳ２０５）時間は例えば１０秒間であって、実際に圧電ポンプ４４によってチャンバ２３内の呼気を全て測定部４５に供給するのに要する時間は３０秒かかる。従って、この３０秒の内の前半の１０秒で圧電ポンプ４４の動作設定（第２学習制御工程の一例）が完了する。そしてこの動作設定後の数秒間に測定部４５に供給される呼気から一酸化窒素濃度が検出される（図１２のＳ２０６）。

そしてこの呼気の測定が完了すると、測定制御部１３０が、入力ガス切替器３１の弁孔３５を駆動弁３６で閉じ、弁孔３８は開放される（図１２のＳ２０７）。
そしてこの状態で、圧電ポンプ４４により、ゼロガス生成器３７のワンウェイバルブ４１、一酸化窒素を除去するフィルター部４２及び弁孔３８を介して空気が吸引され、その空気の一酸化窒素濃度が測定部４５で測定される（図１２のＳ２０８）。

そして、Ｓ２０６で測定した呼気の一酸化窒素濃度と、Ｓ２０８で測定した空気の一酸化窒素濃度から呼気の最終的な濃度計算が行われる（図１２のＳ２０９）。制御部４８は、その演算結果を表示部４６に表示させて測定が完了する（図１２のＳ２１０、Ｓ２１１）。Ｓ２０８で測定した空気の一酸化窒素濃度とは、一酸化窒素を取り除いた状態の空気を測定したときの測定部４５による検出値であり、ブランク値ともいえる。

尚、チャンバ２３には図５に示すように蛇行経路３０における入力ガス切替器３１への流出口３２の上流側と下流側に吸排気孔３３、３４をもうけているので、呼気を吹き込むときには、チャンバ２３としての通気抵抗を小さくすることが出来る。またチャンバ２３内の呼気を、圧電ポンプ４４によって測定部４５に供給するときの通気抵抗も小さくすることが出来る。

＜３．主な特徴＞
（３−１）
本実施の形態の呼気測定装置は、チャンバ２３と、測定部４５と、圧電ポンプ４４と、第１学習制御部１００と、第２学習制御部１１０とを備える。チャンバ２３は、呼気を一時的に溜め込む。測定部４５は、呼気中の所定成分を測定する。圧電ポンプ４４は、チャンバ２３内に溜め込まれた呼気を測定部４５に供給する。第１学習制御部１００は、圧電ポンプ４４によりチャンバ２３内の呼気を測定部４５に供給する前に圧電ポンプ４４の動作設定を行う。第２学習制御部１１０は、圧電ポンプ４４によりチャンバ２３内の呼気を測定部４５に供給開始した後であって、測定部４５によって測定を行う前に圧電ポンプ４４の動作設定を行う。

このように本実施の形態の呼気測定装置では、圧電ポンプ４４によりチャンバ２３内に溜められた呼気を測定部４５に供給する。圧電ポンプ４４はストロークが小さいので、この圧電ポンプ４４によって測定部４５に供給される呼気の脈動は小さくなり、その結果として測定部４５における検出値のバラツキを減少することが出来る。これにより検出精度を高めることが出来る。

また、圧電ポンプ４４はその使用環境（例えば温度）よって最適な設定（例えば、駆動周波数）が変化するので、本実施の形態においては、チャンバ２３内の呼気を測定部４５に供給する前と、圧電ポンプ４４によりチャンバ２３内の呼気を測定部４５に供給開始後に、圧電ポンプ４４の動作設定を行う。
これにより圧電ポンプ４４は最適な状態で駆動され、その結果として測定部４５に供給する呼気の流量が安定し、その結果として検出精度を高めることができる。

（３−２）
本実施の形態の呼気測定装置では、第１学習制御部１００は、図９及び図１１に示すように圧電ポンプ４４を駆動する第１の駆動周波数を選定する。
これにより、圧電ポンプ４４を駆動する駆動周波数を選定することが出来る。
（３−３）
本実施の形態の呼気測定装置では、第２学習制御部１１０は、図９及び図１３に示すように第１の動作設定で選定された第１の駆動周波数の±２５６Ｈｚ（第１の駆動周波数を含む所定の領域内の一例）を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定する。

これにより、第１学習制御部１００によって第１の駆動周波数を選定した後の時間経過によって生じる周囲環境の変化等に対して、より精度良く駆動周波数を設定することが出来る。
（３−４）
本実施の形態の呼気測定装置は、図９及び図１４に示すように、電圧デューティ比調整部１２０を更に備えている。電圧デューティ比調整部１２０は、第２学習制御部１１０で選定された第２の駆動周波数を用いて流量が一定になるようにデューティ制御を行う
これにより、第２の駆動周波数を設定した後であっても、例えば周囲の気流の変化等による外乱を受けて圧電ポンプ４４による流量が変動した場合には流量を一定に保つように制御を行うことが出来る。

（３−５）
本実施の形態の呼気測定装置では、第１学習制御部１００は、図９及び図１１に示すように第１の駆動周波数を選定するとともに、圧電ポンプ４４に印加する駆動印加電圧を選定する。
これにより、圧電ポンプ４４を駆動する駆動周波数及駆動印加電圧を選定することが出来る。

（３−６）
本実施の形態の呼気測定装置では、第１学習制御部１００は、図９及び図１１に示すように６Ｖ（所定の電圧の一例）を印加した状態で周波数を変更することによって圧電ポンプ４４の圧電素子が共振する周波数を検出する共振周波数検出部１０１を有している。第１の駆動周波数は、共振する周波数である。

このように圧電ポンプ４４の圧電素子が共振する周波数を周波数サーチによって検出することによって、圧電ポンプ４４を駆動させる第１の駆動周波数を選定することが出来る。
（３−７）
本実施の形態の呼気測定装置は、図３に示すようにゼロガス生成器３７（ゼロガス生成部の一例）と、入力ガス切替器３１（切替部の一例）と、流量センサ４３（流量検出部の一例）とを備えている。ゼロガス生成器３７は、外気から一酸化窒素（所定成分の一例）が取り除かれたゼロガスを生成する。入力ガス切替器３１は、圧電ポンプ４４へと送る気体を、チャンバ２３内の呼気又はゼロガス生成器３７によって生成されたゼロガスのいずれかに切り替える。流量センサ４３は、圧電ポンプ４４によって流通する気体の流量を測定する。第１学習制御部１００は、図９に示すように第１流量比較部１０２と、第１調整部１０３とを有する。第１流量比較部１０２は、入力ガス切替器３１によって圧電ポンプ４４へ送られる気体がゼロガスに切り替えられた状態で、選定された周波数及び所定の値の印加電圧を用いて圧電ポンプ４４を動作させた際に流量センサ４３によって検出された流量と、３ｍＬ／秒（第１の目標流量の一例）を比較する。第１調整部１０３は、第１流量比較部１０２による比較に基づいて流量センサ４３によって検出された流量が３ｍＬ／秒（第１の目標流量の一例）になるように所定の印加電圧を調整する。駆動印加電圧は、第１調整部１０３によって調整された印加電圧である。

このように第１の駆動周波数を用いて圧電ポンプ４４を駆動した上で目標流量になるように印加電圧の大きさを調整することによって圧電ポンプ４４を駆動する駆動印加電圧を求めることが出来る。
（３−８）
本実施の形態の呼気測定装置では、第２学習制御部１１０は、図９及び図１３に示すように第１の駆動周波数の±２５６Ｈｚ（第１の駆動周波数を含む所定の領域内の一例）から第２の駆動周波数を選定し、且つ駆動印加電圧のデューティ比である駆動デューティ比を選定する。

これにより、圧電ポンプ４４を駆動する駆動周波数と、駆動印加電圧のデューティ比を選定することが出来る。
（３−９）
本実施の形態の呼気測定装置は、圧電ポンプ４４の動作によって流通する気体の流量を検出する流量センサ４３を更に備えている。第２学習制御部１１０は、図９に示すように周波数変化部１１１と、デューティ比増減判定部１１２と、デューティ比選定部１１３と、を有している。周波数変化部１１１は、駆動印加電圧のデューティ比を変化させて流量を２ｍＬ／秒（第２の目標流量の一例）に保ちながら第１の駆動周波数を２０Ｈｚ（所定の周波数間隔の一例）で変化させる。デューティ比増減判定部１１２は、周波数変化部１１１によって周波数が変化された際のデューティ比の増減を判定する。デューティ比選定部１１３は、判定されたデューティ比の増減に基づいて、最も小さいデューティ比を選定する。第２の駆動周波数は、デューティ比が最も小さくなった周波数である。駆動デューティ比は、デューティ比選定部１１３によって選定された最も小さいデューティ比である。

これにより、圧電ポンプ４４を駆動する駆動周波数と、駆動印加電圧のデューティ比を選定することが出来る。
（３−１０）
本実施の形態の呼気測定装置は、流量センサ４３と、電圧デューティ比調整部１２０とを更に備えている。流量センサ４３は、圧電ポンプ４４の動作によって流通する気体の流量を検出する。電圧デューティ比調整部１２０は、第２の駆動周波数、駆動印加電圧、及び駆動デューティ比を用いて圧電ポンプ４４を動作させ流量センサ４３によって検出された流量が２ｍＬ／秒（第２の目標流量の一例）と異なる場合、流量が２ｍＬ／秒（第２の目標流量の一例）になるように、第２の駆動周波数を固定した状態で駆動印加電圧及び駆動デューティ比を調整する。

これにより、第２の駆動周波数を設定した後であっても、例えば周囲の気流の変化等による外乱を受けて圧電ポンプ４４による流量が変動した場合には流量を一定に保つように駆動印加電圧及び駆動デューティ比を調整することが出来る。
（３−１１）
本実施の形態の呼気測定装置は、ゼロガス生成器３７（ゼロガス生成部の一例）と、測定制御部１３０とを備えている。ゼロガス生成器３７は、外気から一酸化窒素（所定成分の一例）が取り除かれたゼロガスを生成する。測定制御部１３０は、測定部４５によって測定されたチャンバ２３内の呼気の測定値と、測定部４５によって測定されたゼロガスの測定値から、一酸化窒素（所定成分の一例）の濃度を演算する。

ゼロガス生成器３７は、フィルター部４２と、開口３７０ａ（流入部の一例）と、ワンウェイバルブ４１とを有している。フィルター部４２は、一酸化窒素（所定成分の一例）を取り除く。開口３７０ａは、外気がフィルター部４２へと流入する。ワンウェイバルブ４１は、開口３７０ａに配置され、外気がフィルター部４２へと流入する際に開状態となる。ワンウェイバルブ４１には、スリット４１１が形成されており、ワンウェイバルブ４１の開状態及び閉状態の双方において、フィルター部４２はスリット４１１を通じて外部と連通している。

このようにスリット４１１が形成されているため、圧電ポンプ４４の動作によってＮＯゼロガスを測定部４５に供給する際に、初期の抵抗を小さくすることが出来る。すなわち、ワンウェイバルブ４１にスリット４１１が形成されていない場合には、ワンウェイバルブ４１を開状態にするために初期抵抗が大きくなっていたが、本実施の形態では、スリット４１１により初期抵抗を小さくすることが出来る。

尚、スリット４１１の幅は、フィルター部４２のＮＯ除去が所定期間（例えば、装置仕様によって定められている期間）保つことが出来る程度、且つ小さい初期抵抗を実現できる程度の幅に設定されている。すなわち、フィルター部４２はスリット４１１を介して常時外気と接触しているため除々に劣化することになるが、スリット４１１の幅を狭くすることにより劣化の速度を遅くすることが出来る。また、スリット４１１の幅を広くすることにより、圧電ポンプ４４の動作時の初期抵抗を小さくすることが出来るため、劣化の速度と初期抵抗の双方のバランスをとるようにスリット４１１の幅ｄ１（図７Ｃ参照）は設定されている。

（３−１２）
本実施の形態では、上記のように第１の目標流量の一例（３ｍＬ／秒）は第２の目標流量の一例（２ｍＬ／秒）よりも大きく設定されている。
図１１における第１の駆動周波数の検出（第１の動作設定モードの一例）は、ピークを検出するだけであるため単位周波数あたりの変化量が大きくするほうが好ましい。一方、図１３における第２の駆動周波数の検出は、測定の前にチャンバ２３内の呼気を用いて行われるために、測定時の流量である必要があり、測定部４５のセンサが反応可能であるならば流量は小さいほうがより好ましい。

そのため、本実施の形態では、第１の目標流量の一例は第２の目標流量の一例よりも大きく設定されている。
（３−１３）
本実施の形態の呼気測定装置の制御方法は、呼気を一時的に溜め込むチャンバ２３と、呼気中の所定成分を測定する測定部４５と、チャンバ２３内に溜め込まれた呼気を測定部４５に供給する圧電ポンプ４４とを備えた呼気測定装置の制御方法であって、Ｓ３（第１学習制御工程の一例）と、Ｓ２０５（第２学制御工程の一例）とを備えている。Ｓ３（第１学習制御工程）では、圧電ポンプ４４によりチャンバ２３内の呼気を測定部４５に供給する前に、圧電ポンプ４４の動作設定を行う。Ｓ２０５（第２学制御工程の一例）では、圧電ポンプ４４によりチャンバ２３内の呼気を測定部４５に供給開始した後であって、測定部４５によって測定を行う前に、圧電ポンプ４４の動作設定を行う。

このように本実施の形態の呼気測定装置の制御方法では、圧電ポンプ４４を用いることにより測定部４５に供給される呼気の脈動は小さくなる。その結果として測定部４５における検出値のバラツキを減少することが出来、検出精度を高めることが出来る。
＜４．他の実施の形態＞
（Ａ）
上記実施の形態では、図１１における第１の目標流量の値を３ｍＬ／秒と設定し、図１３及び図１４における第２の目標流量を２ｍＬ／秒と設定しており、第１の目標流量を第２の目標流量及び第２の目標流量よりも大きく設定しているが、第１の目標流量を２ｍＬ／秒と設定し第２の目標流量と同じであってもよい。

（Ｂ）
上記実施の形態では、図９に示すように、第１設定部１０４は、第１の駆動周波数及び駆動印加電圧をメモリ４９に記憶していたが、第１設定部１０４が設けられていなくてもよい。この場合、共振周波数検出部１０１によって検出された共振周波数が第２学習制御部１１０に直接送信され、第１調整部１０３によって調整された印加電圧が第２学習制御部１１０及び電圧デューティ比調整部１２０に直接送信されてもよい。同様に、第２設定部１０５が設けられておらず、第２の駆動周波数及び駆動デューティ比が電圧デューティ比調整部１２０に直接送信されてもよい。

本発明の呼気測定装置及びその制御方法は、検出精度を高めることが可能な効果を有し、本発明は、喘息検出、肺機能検出などを行う際に使用する呼気測定装置に活用されることが期待されるものである。

１ ハンドル部
２ チューブ
２ａ 一端
２ｂ 他端
３ 測定装置本体
４ ハンドル部本体
５ マウスピース
６ 吸気孔
７ 接続部
８ 円筒部
９ 接続部材
１０ 径小部
１１ 吸気入口部
１２ 第１吸気経路
１３ 呼気排出部
１４ 第１ワンウェイバルブ
１５ フィルター部
１６ 湾曲面
１７ 第２ワンウェイバルブ
１８ 第２吸気経路
１９ 排出経路
２０ 外周部
２１ 圧力センサ
２２ 流量調節器
２３ チャンバ
２４ 弁孔
２５ 駆動弁
２６ 駆動モータ
２７ 流量センサ
２８ 容器
２８ａ 平面
２８ｓ 壁部
２９ 流入口
３０ 蛇行経路
３１ 入力ガス切替器（切替部の一例）
３２ 流出口
３３、３４ 吸排気孔
３５ 弁孔
３６ 駆動弁
３７ ゼロガス生成器
３８ 弁孔
３９ 駆動弁
４０ 駆動部
４１ ワンウェイバルブ
４１ａ 第１部分
４１ａｅ 端
４１ｂ 第２部分
４１ｂｅ 端
４２ フィルター部
４３ 流量センサ（流量検出部の一例）
４４ 圧電ポンプ
４５ 測定部
４６ 表示部
４７ 電源スイッチ
４８ 制御部
４９ メモリ
５０ 容器
１００ 第１学習制御部
１０１ 共振周波数検出部
１０２ 第１流量比較部
１０３ 第１調整部
１０４ 第１設定部
１０５ 第２設定部
１１０ 第２学習制御部
１１１ 周波数変化部
１１２ デューティ比増減判断部
１１３ デューティ比選定部
１１４ 第２設定部
１２０ 電圧デューティ比調整部
１２１ 第２流量比較部
１２２ 第２調整部
１２３ 第３設定部
１２４ デューティ比調整部
１２５ 印加電圧調整部
１３０ 測定制御部
２２０ 呼気流入部
２２１ 呼気流出部
３１０ 呼気流入部
３１１ ゼロガス流入部
３１２ 流出部
３７０ 容器
３７０ａ 開口
３７０ｂ 縁
４１１ スリット
４４０ ポンプ室
４４１ ダイヤフラム
４４２ 圧電素子
４４３ 流路
４４４ 入口
４４５ 出口
４４６ 孔
４４７ カバー部
４４８ 筐体

Claims (21)

1. 呼気を一時的に溜め込むチャンバと、
   呼気中の所定成分を測定する測定部と、
   前記チャンバ内に溜め込まれた呼気を前記測定部に供給する圧電ポンプと、
   前記圧電ポンプにより前記チャンバ内の呼気を前記測定部に供給する前に前記圧電ポンプの動作設定を行う第１学習制御部と、
   前記圧電ポンプにより前記チャンバ内の呼気を前記測定部に供給開始した後であって、
   前記測定部によって測定を行う前に前記圧電ポンプの動作設定を行う第２学習制御部と、
   を備え、
   前記第１学習制御部は、前記圧電ポンプを駆動する第１の駆動周波数を選定し、
   前記第２学習制御部は、前記第１学習制御部で選定された前記第１の駆動周波数を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定する、
   呼気測定装置。
2. 前記第２学習制御部で選定された前記第２の駆動周波数を用い、前記圧電ポンプによって流通する気体の流量が一定になるように、前記圧電ポンプに印加する駆動印加電圧のデューティ比を調整する制御を行う電圧デューティ比調整部を更に備えた、
   請求項１に記載の呼気測定装置。
3. 前記第１学習制御部は、前記第１の駆動周波数を選定するとともに、前記圧電ポンプに印加する駆動印加電圧を選定する、請求項１に記載の呼気測定装置。
4. 前記第１学習制御部は、
   所定の電圧を印加した状態で周波数を変更することによって前記圧電ポンプの圧電素子が共振する周波数を検出する共振周波数検出部を有し、
   前記第１の駆動周波数は、前記共振する周波数である、
   請求項３に記載の呼気測定装置。
5. 外気から前記所定成分が取り除かれたゼロガスを生成するゼロガス生成部と、
   前記圧電ポンプへと送る気体を、前記チャンバ内の呼気又は前記ゼロガス生成部によって生成されたゼロガスのいずれかに切り替える切替部と、
   前記圧電ポンプによって流通する気体の流量を測定する流量検出部と、
   を備え、
   前記第１学習制御部は、
   前記切替部によって前記圧電ポンプへ送られる気体がゼロガスに切り替えられた状態で、前記第１の駆動周波数及び所定の印加電圧を用いて前記圧電ポンプを動作させた際に前記流量検出部によって検出された流量を、第１の目標流量と比較する第１流量比較部と、
   前記第１流量比較部による比較に基づいて前記流量検出部によって検出された流量が前記第１の目標流量になるように前記所定の印加電圧を調整する第１調整部と、
   を有し、
   前記駆動印加電圧は、前記第１調整部によって調整された印加電圧である、
   請求項３に記載の呼気測定装置。
6. 前記第２学習制御部は、前記第１の駆動周波数を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定し、且つ前記駆動印加電圧のデューティ比である駆動デューティ比を選定する、
   請求項３に記載の呼気測定装置。
7. 前記圧電ポンプの動作によって流通する気体の流量を検出する流量検出部を更に備え、
   前記第２学習制御部は、
   前記駆動印加電圧のデューティ比を変化させて流量を第２の目標流量に保ちながら前記第１の駆動周波数を所定の周波数間隔で変化させる周波数変化部と、
   前記周波数変化部によって周波数が変化された際の前記デューティ比の増減を判定するデューティ比増減判定部と、
   判定された前記デューティ比の増減に基づいて、最も小さい前記デューティ比を選定するデューティ比選定部と、を有し、
   前記第２の駆動周波数は、前記デューティ比が最も小さくなった周波数であり、
   前記駆動デューティ比は、前記デューティ比選定部によって選定された最も小さいデューティ比である、
   請求項６に記載の呼気測定装置。
8. 前記圧電ポンプの動作によって流通する気体の流量を検出する流量検出部と、
   前記第２の駆動周波数、前記駆動印加電圧、及び前記駆動デューティ比を用いて前記圧電ポンプを動作させ前記流量検出部によって検出された流量が第２の目標流量と異なる場合、流量が前記第２の目標流量になるように、前記第２の駆動周波数を固定した状態で前記駆動印加電圧及び前記駆動デューティ比を調整する電圧デューティ比調整部と、
   を更に備えた、
   請求項６に記載の呼気測定装置。
9. 外気から前記所定成分が取り除かれたゼロガスを生成するゼロガス生成部と、
   前記測定部によって測定された前記チャンバ内の呼気の測定値と、前記測定部によって測定された前記ゼロガスの測定値から、前記所定成分の濃度を演算する測定制御部とを更に備え、
   前記ゼロガス生成部は、
   前記所定成分を取り除くフィルター部と、
   外気が前記フィルター部へと流入する流入部と、
   前記流入部に配置され、外気が前記フィルター部へと流入する際に開状態となるワンウェイバルブと、
   を有し、
   前記ワンウェイバルブには、スリットが形成されており、
   前記ワンウェイバルブの開状態及び閉状態の双方において、前記フィルター部は前記スリットを通じて外部と連通している、
   請求項１に記載の呼気測定装置。
10. 前記第２学習制御部は、
    前記第１の駆動周波数を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定し、且つ前記駆動印加電圧のデューティ比である駆動デューティ比を選定し、
    前記駆動印加電圧のデューティ比を変化させて流量を第２の目標流量に保ちながら前記第１の駆動周波数を所定の周波数間隔で変化させる周波数変化部と、
    前記周波数変化部によって周波数が変化された際の前記デューティ比の変化に基づいて、最も小さい前記デューティ比を選定するデューティ比選定部と、を有し、
    前記第２の駆動周波数は、前記デューティ比が最も小さくなった周波数であり、
    前記駆動デューティ比は、前記デューティ比選定部によって選定された最も小さいデューティ比であり、
    前記第１の目標流量は、前記第２の目標流量よりも大きく設定されている、
    請求項５に記載の呼気測定装置。
11. 前記所定成分は、一酸化窒素である、請求項１、５および９のいずれか一項に記載の呼気測定装置
12. 呼気を一時的に溜め込むチャンバと、呼気中の所定成分を測定する測定部と、前記チャンバ内に溜め込まれた呼気を前記測定部に供給する圧電ポンプとを備えた呼気測定装置の制御方法であって、
    前記圧電ポンプにより前記チャンバ内の呼気を前記測定部に供給する前に、前記圧電ポンプを駆動する第１の駆動周波数を選定することで、前記圧電ポンプの動作設定を行う第１学習制御工程と、
    前記圧電ポンプにより前記チャンバ内の呼気を前記測定部に供給開始した後であって、
    前記測定部によって測定を行う前に、前記第１学習制御工程で選定された前記第１の駆動周波数を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定することで、前記圧電ポンプの動作設定を行う第２学習制御工程と、
    を備えた、呼気測定装置の制御方法。
13. 前記第２学習制御工程で選定された前記第２の駆動周波数を用い、前記圧電ポンプによって流通する気体の流量が一定になるように、前記圧電ポンプに印加する駆動印加電圧のデューティ比を調整する制御を行う電圧デューティ比調整工程を更に備えた、
    請求項１２に記載の呼気測定装置の制御方法。
14. 前記第１学習制御工程は、
    前記圧電ポンプを駆動する第１の駆動周波数と、前記圧電ポンプに印加する駆動印加電圧を選定する、
    請求項１２に記載の呼気測定装置の制御方法。
15. 前記第１学習制御工程は、
    所定の電圧を印加した状態で周波数を変更することによって前記圧電ポンプの圧電素子が共振する周波数を検出する共振周波数検出動作を有し、
    前記第１の駆動周波数は、前記共振する周波数である、
    請求項１４に記載の呼気測定装置の制御方法。
16. 前記第１学習制御工程は、
    外気から前記所定成分が取り除かれたゼロガスが前記圧電ポンプへ送られている状態で、前記第１の駆動周波数及び所定の印加電圧を用いて前記圧電ポンプを動作させた際の流量と、第１の目標流量とを比較する第１流量比較動作と、
    前記第１流量比較動作による比較に基づいて、前記圧電ポンプによって流通する気体の流量が前記第１の目標流量になるように前記所定の印加電圧を調整する第１調整動作と、
    を有し、
    前記駆動印加電圧は、前記第１調整動作によって調整された印加電圧である、
    請求項１４に記載の呼気測定装置の制御方法。
17. 前記第２学習制御工程は、前記第１の駆動周波数を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定し、且つ前記駆動印加電圧のデューティ比である駆動デューティ比を選定する、
    請求項１４に記載の呼気測定装置の制御方法。
18. 前記第２学習制御工程は、
    前記駆動印加電圧のデューティ比を変更して流量を第２の目標流量に保ちながら前記第１の駆動周波数を所定の周波数間隔で変更する周波数変化動作と、
    前記周波数変化動作によって周波数が変更された際の前記デューティ比の増減を判定するデューティ比増減判定動作と、
    判定された前記デューティ比の増減に基づいて、最も小さい前記デューティ比を選定するデューティ比選定動作と、を有し、
    前記第２の駆動周波数は、前記デューティ比が最も小さくなった周波数であり、
    前記駆動デューティ比は、前記デューティ比選定動作によって選定された最も小さいデューティ比である、
    請求項１７に記載の呼気測定装置の制御方法。
19. 前記第２の駆動周波数、前記駆動印加電圧、及び前記駆動デューティ比を用いて前記圧電ポンプを動作させた際の流量が第２の目標流量と異なる場合、流量が前記第２の目標流量になるように、前記第２の駆動周波数を固定した状態で前記駆動印加電圧及び前記駆動デューティ比を調整する電圧デューティ比調整工程を更に備えた、
    請求項１７に記載の呼気測定装置の制御方法。
20. 前記第２学習制御工程は、
    前記第１の駆動周波数を含む所定の領域内から第２の駆動周波数を選定し、且つ前記駆動印加電圧のデューティ比である駆動デューティ比を選定し、
    前記駆動印加電圧のデューティ比を変更して流量を第２の目標流量に保ちながら前記第１の駆動周波数を所定の周波数間隔で変更する周波数変化動作と、
    前記周波数変化動作によって周波数が変更された際の前記デューティ比の変化に基づいて、最も小さいデューティ比を選定するデューティ比選定動作と、を有し、
    前記第２の駆動周波数は、前記デューティ比が最も小さくなった周波数であり、
    前記駆動デューティ比は、前記デューティ比選定動作によって選定された最も小さいデューティ比であり、
    前記第１の目標流量は、前記第２の目標流量よりも大きく設定されている、
    請求項１６に記載の呼気測定装置の制御方法。
21. 前記所定成分は、一酸化窒素である、請求項１２または１６のいずれかに記載の呼気測定装置の制御方法。

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