JP6817754B2 - Ｃｐａｐ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば睡眠時無呼吸症候群の治療に適用されるＣＰＡＰ（Continuous Positive Airway Pressure）装置に関する。

ＣＰＡＰ装置は、ファンにより発生された一定の圧力の空気流を、パイプ及び患者の鼻に装着されたマスク、又は鼻カニューレを経由して気道に送り込む装置である（例えば特許文献１）。

ＣＰＡＰ装置は、睡眠時の患者に使用されるため、静粛性が要求される。ファンにより発生された空気流は渦を含むため、渦により騒音が発生する。渦の発生を抑制し、騒音を抑えるため、ＣＰＡＰ装置は、整流板を具備している（例えば特許文献２、特許文献３）。

特開２０１３−１５０６８４号公報 特開２０１６−３４４１１号公報 特開２００４−５２２４８７号公報

ＣＰＡＰ装置は、ＣＰＡＰ治療中の動的な呼吸イベントを評価するため、空気流の流量を検出する必要がある。空気流の流量を測定するためには、空気を流す流路内に流路抵抗を設置し、この流路抵抗の上流と下流の圧力差、すなわち、差圧がセンサにより検出される。

従来、流路抵抗としては、特許文献２に示すように、複数の開口を有する整流板が使用される。整流板は、ファンにより発生された空気流に含まれる渦を低減するものであり、この整流板の上流と下流の空気流の圧力差（以下、差圧とも言う）がセンサにより検出される。しかし、整流板より下流の空気流に含まれる渦は整流板により低減されるが、整流板より上流の空気流に含まれる渦は、整流板により低減されない。このため、整流板より上流の空気流は渦を含むため、センサにより整流板の上流と下流の空気流の圧力差を高精度に検出することが困難である。

整流板の上流と下流の空気流の圧力差を正確に検出するには、ファンから離れた位置に整流板を設置することにより、整流板より上流の渦の影響を低減することが可能である。しかし、この場合、ファンと整流板との距離が大きくなるため、ＣＰＡＰ装置を小型化することが困難となる。

本実施形態は、小型でセンサの検出精度を向上させることが可能なＣＰＡＰ装置を提供する。

本実施形態のＣＰＡＰ装置は、空気流を発生する遠心ファンと、前記空気流を通し、前記空気流に差圧を生じさせる差圧生成部材と、前記差圧生成部材の上流の空気圧と前記差圧生成部材の下流の空気圧との差圧を検出するセンサと、前記遠心ファンと前記差圧生成部材の間に設けられ、前記遠心ファンにより発生された前記空気流を整流する整流板と、を具備し、前記整流板は、前記空気流の上流側に位置し、前記遠心ファンの回転軸と直交する方向に配置されたフィンと、前記フィンより下流側に位置し、前記フィンを通った前記空気流が通過する格子状のフィンと、を具備する。

本実施形態に係るＣＰＡＰ装置を示す斜視図。 図１に示すＣＰＡＰ装置の内部を示す上面図。 本実施形態に係るＣＰＡＰ装置の制御系の構成を概略的に示す構成図。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿って要部のみを示す断面図。 図５（ａ）は、本実施形態に係る整流板を示す斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）と異なる方向から見た整流板を示す斜視図。 図６（ａ）は、本実施形態に係る差圧生成部材を示す斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）と異なる方向から見た差圧生成部材を示す斜視図。 図７（ａ）は、差圧生成部材と差圧センサ及び圧力センサの関係を示す上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の側面図。 図８（ａ）は、ファンユニットと整流板の関係を示す斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）と異なるファンユニットと整流板の関係を示す斜視図。 図９（ａ）は、図８（ａ）に対応する空気流の流れの例を示す図、図９（ｂ）は、図８（ｂ）に対応する空気流の流れの例を示す図、図９（ｃ）は、整流板が無い場合における空気流の流れの例を示す図。 整流板の設置姿勢と差圧及び差圧の平方根を示す特性図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

図１において、送風ユニットとしてのＣＰＡＰ装置１０は、第１のケース１１と第２のケース１２を具備し、第１のケース１１と第２のケース１２内には、後述するファンが設けられている。第２のケース１２の側面には、空気の吸気口１３が設けられ、第１のケース１１と第２のケース１２の側面には、空気の吐出口１４を有する吐出ユニット１５が設けられている。ファンにより吸気口から吸入された空気は、吐出口１４から一定の圧力で吐出される。吐出口１４には、図示せぬパイプの一端が取着される。パイプの他端には図示せぬ例えばマスク又は鼻カニューレが設けられており、マスク又は鼻カニューレが患者の鼻に装着される。第１のケース１１と第２のケース１２の側面で、吐出ユニット１５の近傍には、電源やインターフェース用の各種ケーブル１６が設けられている。

図２は、図１の第２のケース１２を取り外した状態を示している。第１のケース１１の内部には、ファンユニット１７が設けられている。ファンユニット１７の構造については、後述する。ファンユニット１７の吸気口１７ａ（図４に示す）は、第２のケース１２の吸気口１３に連通され、吹き出し口１７ｂは、ジョイント１８を介して吐出ユニット１５に接続されている。吹き出し口１７ｂ、ジョイント１８、吐出ユニット１５、及び吐出口１４は、空気流の流路ＰＴを構成している。ジョイント１８の内部に、後述する整流板３１、及び空気流に差圧を生じさせる差圧生成部材３２が配置されている。

吐出ユニット１５及びジョイント１８には、第１のチューブ１９、第２のチューブ２０、第３のチューブ２１の一端が設けられている。第１のチューブ１９、第２のチューブ２０の他端は、コネクタ２２、２３を介して差圧を検出するための差圧センサ２４に接続される。第１のチューブ１９は、後述する差圧生成部材の上流側の圧力（高圧）を差圧センサ２４に導くチューブであり、第２のチューブ２０は、差圧生成部材の下流側の圧力（低圧）を差圧センサ２４に導くチューブである。

第３のチューブ２１の他端は、コネクタ２５を介して圧力を検出するための圧力センサ２６に接続されている。第３のチューブ２１は、後述する差圧生成部材の上流側の圧力（高圧）を圧力センサ２６に導くチューブである。圧力センサ２６には、さらに、第４のチューブ２７の一端が接続されている。第４のチューブ２７の他端には、接続口２８が設けられている。接続口２８は、第２のケース１２の底部に配置され、大気に開放されている。すなわち、第４のチューブ２７及び接続口２８は、圧力センサ２６内を大気に開放している。

ファンユニット１７や、差圧センサ２４、圧力センサ２６は、印刷基板２９上に配置されている。印刷基板２９には、さらに、電源やインターフェース用の各種ケーブル１６、電源スイッチ３０、後述する制御部などが接続されている。

図３は、ＣＰＡＰ装置１０の制御系の構成を概略的に示している。

差圧センサ２４、圧力センサ２６、ファンユニット１７、及び電源スイッチ３０は、制御部４０に接続されている。制御部４０は、差圧センサ２４により検出された差圧に基づきファンユニット１７から発生される空気の流量を算出する。さらに、制御部４０は、算出された空気流の流量、及び圧力センサ２６により検出された空気流の圧力に基づきファンユニット１７の回転数を制御し、予め設定された流量、及び圧力の空気流を吐出口１４から吐出させる。

図４は、図２の一部を取り出して示すものである。ファンユニット１７は、例えば遠心ファン（ブロア）としてのターボファンにより構成されている。ファンユニット１７は、吸気口１７ａと、吹き出し口１７ｂと、モータ１７ｃの回転軸１７ｄと、回転軸１７ｄに取着されたターボ型のファン１７ｅを具備している。吹き出し口１７ｂは、吸気口１７ａに対して直角方向に配置されている。

ファンユニット１７の吹き出し口１７ｂには、ジョイント１８が設けられ、ジョイント１８に吐出ユニット１５が設けられている。ファンユニット１７の吹き出し口１７ｂ、ジョイント１８、及び吐出ユニット１５により、ファンユニット１７から発生された空気流を流す流路ＰＴが形成されている。

ジョイント１８の内部には、整流板３１と、差圧生成部材３２が設けられている。整流板３１は、流路ＰＴ内の空気流を整流する。差圧生成部材３２は、流路ＰＴ内の空気流に圧力差を生じさせる。差圧生成部材３２は、ジョイント１８の吐出ユニット１５側に配置され、整流板３１は、ジョイント１８のファンユニット１７側に配置される。すなわち、整流板３１は、差圧生成部材３２とファンユニット１７の間に配置され、差圧生成部材３２の上流側の空気流を整流する。

図５（ａ）（ｂ）は、整流板３１の一例を示している。整流板３１は、リング状の枠体３１ａと、枠体３１ａに設けられた例えば第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃと、格子状の第３のフィン３１ｄとを具備している。図５（ａ）に示すように、第３のフィン３１ｄは、枠体３１ａの一方の面側に設けられ、図５（ｂ）に示すように、第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃは、枠体３１ａの他方の面側に所定間隔離間して互いに平行に配置されている。

整流板３１は、図４に示すように、第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃが流路ＰＴの上流側に位置し、第３のフィン３１ｄが流路の下流側に位置するように、流路ＰＴ内に配置される。

後述するように、第１のフィン３１ｂと第２のフィン３１ｃの配置は、ファンユニット１７の回転軸と直交する方向に配置することが好ましい。このように配置することにより、薄型のファンユニット１７により発生された空気流に含まれる渦を効率良く低減することが可能であるとともに、ＣＰＡＰ装置１０を小型化することが可能である。

図６（ａ）（ｂ）は、差圧生成部材３２の一例を示している。図６（ａ）に示すように、差圧生成部材３２は、複数の開口部３２ａを有する例えばハニカム構造の通路部３２ｂと、通路部３２ｂの周囲に設けられたフランジ３２ｃと、フランジ３２ｃの一部で、整流板３１側の面に設けられた筒状の第１の接続部３２ｄ、第２の接続部３２ｅ、第３の接続部３２ｆを具備している。後述するように、第１の接続部３２ｄには、第１のチューブ１９が接続され、第２の接続部３２ｅには、第２のチューブ２０が接続され、第３の接続部３２ｆには、第３のチューブ２１が接続される。

第２の接続部３２ｅと第３の接続部３２ｆは、フランジ３２ｃに設けられた開口部３２ｇ、３２ｈにそれぞれ連通されている。すなわち、第２の接続部３２ｅと第３の接続部３２ｆは、開口部３２ｇ、３２ｈをそれぞれ介してフランジ３２ｃの整流板３１側の面と反対側の面に連通されている。このため、第２の接続部３２ｅに第２のチューブ２０が接続され、第３の接続部３２ｆに第３のチューブ２１が接続された場合、第２のチューブ２０及び第３のチューブ２１内の圧力は、差圧生成部材３２の吐出口１４側の圧力と等しくなる。

一方、図６（ｂ）に示すように、第１の接続部３２ｄは、第２の接続部３２ｅ及び第３の接続部３２ｆのように、フランジ３２ｃの整流板３１側の面と反対側の面に連通されていない。第１の接続部３２ｄは、前述した第１のチューブ１９が接続される第１の部分３２ｄ−１と第１の部分３２ｄ−１より大きな外径を有する第２の部分３２ｄ−２を有し、さらに、第１の部分３２ｄ−１と第２の部分３２ｄ−２の側面にスリット３２ｄ−３が設けられている。このため、第１の部分３２ｄ−１に第１のチューブ１９が装着された場合、第２の部分３２ｄ−２の部分は、第１のチューブ１９により覆われず、スリット３２ｄ−３が露出される。したがって、第１のチューブ１９内の圧力は、差圧生成部材３２の整流板３１側の圧力と等しくなる。

図７（ａ）（ｂ）は、差圧生成部材３２に第１のチューブ１９、第２のチューブ２０、第３のチューブ２１を装着した状態を示している。第１の接続部３２ｄに接続された第１のチューブ１９は、差圧生成部材３２の整流板３１側の圧力を差圧センサ２４に導き、第２の接続部３２ｅに接続された第２のチューブ２０は、差圧生成部材３２の吐出口１４側の圧力を差圧センサ２４に導いている。このため、差圧センサ２４は、差圧生成部材３２の上流側の圧力と下流側の圧力の差を検出することができる。

また、第３の接続部３２ｆに接続された第３のチューブ２１は、差圧生成部材３２の吐出口１４側の圧力を圧力センサ２６に導いている。このため、圧力センサ２６は、差圧生成部材３２の下流側の圧力を検出することができる。

図８（ａ）（ｂ）、図９（ａ）（ｂ）は、ファンユニット１７に対する整流板３１の配置の例を示している。装置形状の小型化を図るため、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ファンユニット１７の吹き出し口１７ｂは、ジョイント１８に対して斜めに取り付けられ、ファンユニット１７により発生された空気流は、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃに対して斜めに流入される。

図８（ａ）、図９（ａ）に示す例の場合、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃは、ファンユニット１７のモータ１７ｃの回転軸１７ｄと直交する方向に配置されている。

図８（ｂ）、図９（ｂ）に示す例の場合、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃは、ファンユニット１７の回転軸１７ｄに対して平行に配置されている。換言すると、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃは、モータ１７ｃの回転方向Ｄと垂直に配置されている。

図８（ａ）、図９（ａ）に示すように、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃを、ファンユニット１７のモータ１７ｃの回転軸１７ｄと直交する方向に配置した場合、ファンユニット１７により発生された空気流は、斜めに整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃに沿って、整流板３１内に流入する。このため、ファンユニット１７により発生された空気流は、スムースに整流板３１内に流入する。この後、空気流は、格子状の第３のフィン３１ｄにより角度が変更され、差圧生成部材３２にほぼ垂直に流入する。

図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すように、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃを、ファンユニット１７のモータ１７ｃの回転軸１７ｄと平行する方向（モータ１７ｃの回転方向Ｄと垂直）に配置した場合、ファンユニット１７により発生された空気流は、整流板３１の第１のフィン３１ｂ及び第２のフィン３１ｃに当たり角度が変更されて、第３のフィン３１ｄに流入する。この場合も、図８（ａ）、図９（ａ）に示す例と同様に、整流板３１を通過した空気流は、ほぼ垂直に差圧生成部材３２に流入する。

図８（ａ）（ｂ）、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ファンユニット１７により発生された空気流を整流板３１によって整流することにより、ファンユニット１７により発生された空気流に含まれる渦をほぼ除去することができる。このため、渦を含まない空気流を差圧生成部材３２に送り込むことができる。したがって、差圧生成部材３２の上流及び下流の空気流から渦を除去することができ、差圧センサ２４の検出精度を向上させることができる。

尚、図９（ｃ）に示すように、整流板３１を使用しない場合、ファンユニット１７により発生された渦を含む空気流は、斜めに差圧生成部材３２に流入し、差圧生成部材３２を通過した空気流にも渦が含まれている。このため、差圧センサ２４の検出精度を向上させることが困難である。

図１０は、整流板３１の設置姿勢と差圧ΔＰ［Ｐａ］と差圧の平方根ΔＰ^０．５［Ｐａ^０．５］との関係を示している。具体的には、ＣＰＡＰ装置１０から出力される空気流の設定圧力Ｐが例えば２００ｍｍＨ_２Ｏの場合において、設定流量に対する差圧ΔＰ［Ｐａ］と差圧の平方根ΔＰ^０．５［Ｐａ^０．５］との関係を示している。図１０において、実線は、差圧の平方根を示し、破線は、差圧を示している。また、三角印の特性は、整流板３１の設置姿勢が０°（第１のフィン３１ｂ、第２のフィン３１ｃが、図８（ａ）図９（ａ）に示すように、ファンユニット１７の回転軸１７ｄと直交する方向）の場合であり、丸印の特性は、整流板３１の設置姿勢が９０°（第１のフィン３１ｂ、第２のフィン３１ｃが、図８（ｂ）図９（ｂ）に示すように、ファンユニット１７の回転方向と垂直であり、回転軸１７ｄと平行）の場合である。

実線で示す差圧の平方根の特性から明らかなように、整流板３１の設置姿勢が９０°（丸印の特性）であると、設置姿勢が０°（三角印の特性）の場合に比べて、設定流量が２０Ｌ／ｍｉｎ以下において、若干差圧に変動が生じている。特に、設定流量が０Ｌ／ｍｉｎにおいて、整流板３１の設置姿勢が９０°である場合、差圧が発生していることが分る。このため、整流板３１の設置姿勢は、０°であることが好ましい。

（効果）
上記実施形態によれば、ファンユニット１７と差圧生成部材３２との間に整流板３１を設け、差圧生成部材３２の上流の空気流に含まれる渦を低減している。このため、差圧生成部材３２の下流の空気流に含まれる渦をさらに低減できる。したがって、差圧生成部材３２の上流及び下流の空気流に含まれる渦が低減されているため、差圧生成部材３２を用いて正確に差圧を検出することができる。したがって、ファンユニット１７から発生される空気流の正確な流量を測定することが可能である。

しかも、ファンユニット１７と差圧生成部材３２との間に整流板３１を設けることにより、整流板３１をファンユニット１７の近傍に配置することが可能である。このため、ＣＰＡＰ装置１０の大型化を抑制して、差圧の検出精度を向上させることが可能である。

尚、整流板３１の枠体３１ａには、第１のフィン３１ｂと第２のフィン３１ｃの二つを設けた。しかし、フィンの数は、二つに限定されるものではなく、１つ又は３つ以上であってもよい。

また、ファンユニット１７としては、吸い込み方向と直角方向に空気を送り出す遠心ファンに限定されるものではなく、吸い込み方向と平行する方向に空気を送り出す軸流ファンを適用することも可能である。軸流ファンを用いる場合、ファンの回転軸の方向と空気流の方向が同一であるため、整流板３１の設置姿勢は、ファンの回転軸に対して０°と９０°のいずれでもよい。すなわち、整流板３１の第１のフィン３１ｂ、第２のフィン３１ｃは、ファンの回転軸と平行であり、回転軸の方向と平行であればよい。この場合においても、差圧生成部材３２の上流の空気量に含まれる渦を整流板３１により低減させることが可能である。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…ＣＰＡＰ装置、１４…吐出口、１７…ファンユニット、２４…差圧センサ、２６…圧力センサ、３１…整流板、３２…差圧生成部材、４０…制御部。

Claims (4)

1. 空気流を発生する遠心ファンと、
   前記空気流を通し、前記空気流に差圧を生じさせる差圧生成部材と、
   前記差圧生成部材の上流の空気圧と前記差圧生成部材の下流の空気圧との差圧を検出するセンサと、
   前記遠心ファンと前記差圧生成部材の間に設けられ、前記遠心ファンにより発生された前記空気流を整流する整流板と、を具備し、
   前記整流板は、
   前記空気流の上流側に位置し、前記遠心ファンの回転軸と直交する方向に配置されたフィンと、
   前記フィンより下流側に位置し、前記フィンを通った前記空気流が通過する格子状のフィンと、
   を具備することを特徴とするＣＰＡＰ装置。
2. 前記遠心ファンは、吹き出し口を有するファンユニットに配置され、前記吹き出し口は、前記整流板の上流側で、前記回転軸と直交する平面内で斜めに配置されることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。
3. 前記整流板は、前記吹き出し口から前記フィンに斜めに流入する空気流を、前記格子状のフィンで、前記差圧生成部材に垂直に流入させることを特徴とする請求項２記載のＣＰＡＰ装置。
4. 前記フィンの数は、２つ以上であることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。

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