JPH0416678Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は医療器械のうちで麻酔器における笑気
と酸素の混合や、人口呼吸器における空気と酸素
の混合の如く２種類のガスの混合濃度を調節する
ガスミキサーに関するものである。

〔従来の技術〕

従来から医療用の人工呼吸器、酸素吸入器また
は笑気麻酔等に用いられる２種のガスを使用する
ミキサーは殆んどのものが差圧調整弁を用いた方
式で、僅かにパイロツト式減圧弁を用いたものが
見られる。通常これらのミキサーに使用されるガ
スの場合、空気はコンプレツサーにより約３〜５
Kg／cm²程度に圧縮されたもので、酸素や笑気は高
圧のボンベから減圧弁により前記の圧縮空気と同
程度の圧力に減圧されたものが用いられる。それ
故ミキサーに入る両方のガス圧は通常等しくはな
い。（注、通常減圧弁等の圧力を調整する器具に
入る前の圧力を一次圧、器具からの出力圧を二次
圧と呼ぶ） 第３図に差圧調整弁方式の構造の大略の断面図
を示しこの図を用いて説明する。

差圧調整弁５４のインレツト５５Ａ，５５Ｂか
ら供給されるガスＡ、ガスＢはそれぞれフイルタ
ー５６Ａ，５６Ｂ、逆止弁５７Ａ，５７Ｂを通り
一次圧室５８Ａ，５８Ｂに入る。二次圧室６１
Ａ，６１Ｂのガス圧が等しくない時はダイアフラ
ム６２に連結しているバルブ５９Ａ，５９Ｂとバ
ルブシート６０Ａ，６０Ｂの隙間のバランスが変
化し、両側の二次圧室６１Ａ，６１Ｂの圧力が等
しくなるまで圧力の低い方にガスが流れてバラン
スを回復する。その時両側の圧力は供給圧の低い
側の値にそろえられる。調整された二次圧は混合
比弁６３のニードル６５Ａ，６５Ｂとオリフイス
６４Ａ，６４Ｂによりそれぞれの流量が規正さ
れ、混合されてアウトレツト６９より流出する。

ニードル６５Ａ，６５Ｂはバネ６８によつて図
の右方に押されており、混合比調整ノブ６６の回
動によりそのネジ部６７の働きでオリフイス６４
Ａ，６４Ｂとの隙間を変化させ両方のガスの混合
比を調整する事が出来る。この差圧調整弁方式で
は一方に同調する構造で追従する精度は、部品の
精度バネ圧によつて影響され微少な圧力差は調整
できず、流量範囲を広くすると誤差が増える。さ
らに二次圧は低い方の一次圧の影響を受けて変動
し、また一次圧の差が大き過ぎると圧力をそろえ
切れず混合比弁の濃度設定目盛値と実際の混合濃
度に誤差を生ずる。

第４図にパイロツト式減圧弁方式の構造の大略
の断面図を示し、この図を用いて説明する。

ガスＡはパイロツト圧発生用減圧弁７５の取入
口７５ｅより入りパイロツト圧を出口７５ｆから
パイロツト圧室７７へ送る。ガスＡは別にパイロ
ツト式減圧弁７６Ａの取入口７８Ａより一次圧室
７９Ａに入る。同様にガスＢも取入口７８Ｂより
パイロツト式減圧弁７６Ｂの一次圧室７９Ｂに入
る。それぞれ一次圧室７９Ａ，７９Ｂの内部にバ
ルブ８１Ａ，８１Ｂがあり、バルブ８１Ａ，８１
Ｂの外周部に設けられたバルブバネ８０Ａ，８０
Ｂによりバルブシート８６Ａ，８６Ｂの方向に押
されている。８８Ａ，８８Ｂは二次圧室で、ダイ
アフラム８２Ａ，８２Ｂをはさんでパイロツト圧
室７７と相対している。パイロツト圧室７７の圧
力によりダイアフラム８２Ａ，８２Ｂはバルブ先
端部８７Ａ，８７Ｂを押し、バルブシート８６
Ａ，８６Ｂとの間に隙間を作り、一次圧室７９
Ａ，７９Ｂのガスを二次圧室８８Ａ，８８Ｂに流
すが、パイロツト圧室７７の圧力と釣合つた状態
で二次圧室８８Ａ，８８Ｂの圧力が定まる。二次
圧室のガスは出口８９Ａ，８９Ｂを経て混合比弁
（図示せず）に流れる。この方式では一次圧がか
なり変動しても混合比弁に入る両方の二次圧はパ
イロツト圧に従つて一定に保てる。米国特許第
3717177号Feb.20.1973Proportional Gas Mixing
Apparatus（第４図はその大要を示している）で
は流量が少ない時は両方の減圧弁の二次圧を精度
良くそろえる事は困難なので第４図の如く調整栓
８３を設けそのネジ部８４の働きでバルブバネ８
０Ａのバネ圧の調整を行える様にした。なおＯリ
ング８５は調整栓８３のシール部材である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来技術で述べたガスミキサーにおける２つの
方式ではパイロツト式減圧弁方式が構造はやや複
雑になるが性能を良く出来る。しかし全く同構造
の２コの減圧弁を用いても少流量時の精度を確保
するには二次圧の微調整が必要である。なぜ二次
圧を厳密に管理する必要があるかを以下に説明す
る。

通常混合比弁は２コの流量調整弁から成りそれ
を連結して一方の弁のオリフイス面積が増した時
は他方は減る様に作動する。流量調整弁等のオリ
フイスを通るガスの流量はオリフイス面積、オリ
フイス入口と出口の圧力、ガスの密度、温度等で
決まり次の如き式で表せる。

Ｓはオリフイス面積mm²、P₂はオリフイス入口
の圧力Kg／cm²、P₃はオリフイス出口の圧力Kg／
cm²、Ｇはそのガスの空気に対する比重、Ｑはオリ
フイスを通過する流量／minとすれば温度の影
響を省略すると、 この種のガスミキサーは混合ガスの流量を調節
する場合、通常ミキサーの後に総流量調整弁を取
付けて行う。そこで総流量を絞つた時は総流量調
整弁入口の圧力（混合比弁出口の圧力と等しい）
は上昇するが、混合比弁入口の圧力（減圧弁の二
次圧）は殆んど変化しない。つまり混合比弁のオ
リフイス前後の圧力差が減少した結果流量が減少
する。混合濃度の設定値一定で考えた時、大流量
の時はこのオリフイス前後の圧力差も大となるた
め、減圧弁の二次圧の変動の影響は少流量の時に
比較して少ないが、少流量の時はオリフイス前後
の圧力差が非常に小さいので減圧弁の二次圧を精
密に管理しないと混合濃度の誤差が大となる。こ
こで言う大流量とは100〜150／min程度、少流
量とは５／min程度のことである。混合比弁の
オリフイス面積は減圧弁の容量と共に最大流量を
制限するので、大流量のミキサーを望む時はこの
オリフイス面積は大きくしなければならない。オ
リフイス面積が大の時、二次圧変動がオリフイス
面積の割合で拡大されるので混合濃度誤差を小さ
くするために減圧弁の二次圧変動を出来るだけ小
さくする必要がある。減圧弁の性能として流量特
性（流量の変化に対する二次圧の変化の度合で第
５図にその例を示す）と圧力特性（一次圧の変化
に対する二次圧の変化の度合で第６図の例の如く
ヒステリシスカーブを示す）がある。

一般的な減圧弁の構造を第７図に示し、特に少
流量時の性能に関係する部分を説明する。

減圧弁は圧力特性を良くするためにバルブシー
ト部９６と同寸法のＯリング９７を備えバルブ９
８の通気穴９９を通して二次圧をバルブ９８の背
面に導く。バルブ９８のもう一端のガイド部にも
Ｏリング１００があり、バルブ９８の動きは２コ
のＯリングの機械的な摩擦抵抗を常に受ける。ミ
キサーの混合ガスをガスの濃度計で測定しながら
混合比弁を最初に設定した濃度から高濃度方向に
変化させ、調整範囲の上限に至つたら低濃度方向
に戻して行くと、往きと戻りでは濃度測定値は異
なつている。調整範囲の下限に至つて再度高濃度
方向に動かし最初の設定点に復帰させると濃度測
定値も元に戻り濃度目盛値と実測値はヒステリシ
スカーブを示す。流量調整弁にガスを供給する減
圧弁の性能にもよるが、このヒステリシスの巾は
混合ガス流量が10〜15／minあたりから少なく
なり、大流量時は殆んど表れない。この原因はミ
キサーの混合比弁の機構部分のヒステリシス（ネ
ジ送りの往復誤差の如く）と減圧弁のヒステリシ
スの和である。

前記の様に混合比弁を往復させた時、その内部
の片方の流量調整弁について見れば設定された総
流量の範囲で流量を増減させる事で、たとえ少流
量でも減圧弁内部のバルブは流量変化に対応して
動き、二次圧を一定に保とうとする。測定の結果
では、0.001Kg／cm²の単位で見ればかなりの変化
が見られ、その際にバルブの動きにかかわる全て
の摩擦抵抗がヒステリシスの原因となつている。
以上の様な問題が本考案の課題とするところで、
これを解決して高精度の医療用ガスミキサーを提
供することが本考案の目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的のため本考案においては、バルブの摩
擦抵抗を減少させるために、バルブに樹脂をコー
テイングし、さらに一次圧と二次圧を遮断するパ
ツキンとしてＶパツキンを採用し、このＶパツキ
ンにも樹脂コーテイングした。

また個々のバルブ内にバルブバネを内装し、さ
らにバルブバネのバネ圧を調整するために調整ネ
ジの一端にバルブバネが外嵌されるような機構に
し、２つのパイロツト式減圧弁内のそれぞれの二
次圧を調整可能にした。

〔実施例〕

以下図面を用いて本考案の実施例を説明する。

第２図に本考案が提供する医療用ガスミキサー
のブロツク構成を示す。ガスＡ及びＢはそれぞれ
のインレツト３Ａ，３Ｂから入りフイルター４
Ａ，４Ｂ、逆止弁５Ａ，５Ｂを経て減圧弁機構１
に至り、それぞれのガスに対応するパイロツト式
減圧弁１０Ａ，１０Ｂにおいて所定の圧力に減圧
されて混合比弁２のそれぞれの流量調整弁３５
Ａ，３５Ｂで流量を規正された後合流しアウトレ
ツト７から流出する。８は本混合器の外部に接続
された混合ガスの総流量調整弁である。またパイ
ロツト式発生用減圧弁９はガスＡの回路の逆止弁
５Ａとパイロツト式減圧弁１０Ａの中間に接続さ
れてパイロツト式減圧弁１０Ａ，１０Ｂにパイロ
ツト圧を供給し、パイロツトブリードオリフイス
１１を通してガスＡを放出している。６は低圧警
報機構で供給ガス圧が設定値より低下した時（一
方のガスが接続されていない時も）ガスを噴出さ
せて警報を発する。１２は混合ガスブリードオリ
フイスでガスＡとガスＢの合流点とアウトレツト
７の中間より混合ガスの一部をこのオリフイスを
通して放出し少流量時の特性を補う働きをする。

次に本考案の少流量時の性能を改良した減圧弁
機構の構造を第１図にしたがつて説明する。

第１図は本考案の実施例を示す断面図である。

パイロツト圧発生用減圧弁９はガスＡの取入口
９ｅとパイロツト圧として出力する出口９ｆを有
し、出口９ｆはパイロツト式減圧弁１０Ａ，１０
Ｂの共通のパイロツト圧室２６につながつてい
る。パイロツト圧室２６はパイロツトブリードオ
リフイス１１からガスＡを放出する。パイロツト
式減圧弁１０Ａ，１０Ｂは同一構造で取入口１４
Ａ，１４Ｂより各々ガスＡ，Ｂを取り入れる。取
入口１４Ａ，１４Ｂにつながる一次圧室１５Ａ，
１５Ｂ内部にバルブ１７Ａ，１７Ｂがある。バル
ブ１７Ａ，１７Ｂは二次圧をその背後に導く通気
穴１８Ａ，１８Ｂを持つている。バルブ１７Ａ，
１７Ｂは２つの案内部２３Ａ，２３Ｂと案内部２
４Ａ，２４Ｂで支えられ、バルブバネ２２Ａ，２
２Ｂでバルブシート１６Ａ，１６Ｂの方向に押さ
れている。バルブバネ２２Ａ，２２Ｂは一端が調
整ネジ２１Ａ，２１Ｂに外嵌しており、そのネジ
部２５Ａ，２５Ｂの作用でバルブバネ２２Ａ，２
２Ｂのバネ力を調節する事が出来る。バルブ１７
Ａ，１７Ｂにはバルブシート１６Ａ，１６Ｂと殆
んど同寸法の円筒部があり、Ｖパツキン１９Ａ，
１９Ｂで一次圧と二次圧を仕切つている。Ｏリン
グ２０Ａ，２０Ｂは調整ネジのネジ部２５Ａ，２
５Ｂから二次圧が漏れるのを防ぐ。

第一の二次圧室２７Ａ，２７Ｂと出口３１Ａ，
３１Ｂの中間に通気穴３０Ａ，３０Ｂがあり第二
の二次圧室２８Ａ，２８Ｂへ圧力を伝えている。
ダイアフラム２９Ａ，２９Ｂはパイロツト圧室２
６と第二の二次圧室２８Ａ，２８Ｂを仕切つてい
る。少流量時の減圧弁のヒステリシスを減少させ
るにはバルブ１７Ａ，１７Ｂの動きに対する機械
的な摩擦抵抗を極力減らす事であるが、本考案で
実施した方法はＶパツキン１９Ａ，１９Ｂを用い
てバルブ１７Ａ，１７Ｂを締め付ける力を減じ
（通常の減圧弁はこの部分にＯリングを使用する
が、Ｖパツキンは形状の効果を利用して弱い締付
力で気密が得られる）、Ｖパツキン１９Ａ，１９
Ｂには内側面（バルブ１７Ａ，１７Ｂとの摺動
面）にテフロン等の樹脂の皮膜を作り（ゴムの如
き弾性体に塗付、固着させるコーテイング材で例
えば商品名はエラストフロンによりフツ素樹脂の
皮膜が得られる）バルブ１７Ａ，１７Ｂの摺動部
は樹脂を焼付け、案内部２４Ａ，２４ＢはＯリン
グを設置せず、さらにバルブバネ２２Ａ，２２Ｂ
は支障のない限度で弱くし案内部２３Ａ，２３Ｂ
及び２４Ａ，２４Ｂにかかる側圧を極力減じてバ
ルブ１７Ａ，１７Ｂの摺動摩擦抵抗を減らした。
少流量時に最も混合濃度の誤差とヒステリシスが
大きく出るのは両ガスが等流量ずつ混合される時
で、この中央点で精度を上げげるには混合比弁に
入る圧力をそろえねばならない。中央点とは例え
ば空気と酸素の混合の場合は空気中に酸素が20.5
％存在するので、等体積混合時の酸素濃度は約60
％となる。笑気と酸素混合の場合は笑気濃度が50
％が中央点である。少流量時の混合濃度の精度調
整は中央点に濃度設定目盛を合せ、ガスを流し第
２図に示す流量調整弁３５Ａ，３５Ｂのそれぞれ
のオリフイス前圧力即ち出口３１Ａ，３１Ｂから
取り出した二次圧を0.001Kg／cm²を測定出来る精
密な圧力計で測り、併せて混合ガス濃度を濃度計
で測定しながら調整ネジ２１Ａ，２１Ｂによつて
両方の二次圧を合致させて混合濃度値の合せ込み
を行う。第２図における混合比弁２を構成する流
量調整弁３５Ａ，３５Ｂの設計が適切であり、少
流量時に中央点で二次圧のバランスと混合濃度の
合せ込みが充分なら大流量時は混合濃度の誤差は
悪化する事は殆んどない。

〔考案の効果〕

以上説明した様にパイロツト式減圧弁のバルブ
各部に係わる摩擦抵抗を減少させ、バルブバネの
バネ力を調整可能な構造にする事で、二次圧の精
密なバランスを取つて混合比弁に送る減圧弁機構
によれば医療用ガスミキサーの混合濃度の精度を
広い流量範囲にわたつて確保出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例のパイロツト式減圧弁
の機構を示す断面図、第２図は本考案の実施例の
医療用ガスミキサーのブロツク構成図、第３図は
従来技術による差圧調整弁方式の医療用ガスミキ
サーの構造を示す断面図、第４図は従来技術によ
るパイロツト式減圧弁方式の医療用ガスミキサー
の構造を示す断面図、第５図は減圧弁の二次圧力
と流量の関係を示す特性図、第６図は減圧弁の一
次圧力と二次圧力の関係を示す特性図、第７図は
一般的な減圧弁の構造を示す断面図である。 １０Ａ，１０Ｂ……パイロツト式減圧弁、１７
Ａ，１７Ｂ……バルブ、１９Ａ，１９Ｂ……Ｖパ
ツキン、２１Ａ，２１Ｂ……調整ネジ、２２Ａ，
２２Ｂ……バルブバネ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ２種のガスを混合し、一方のガス流路における
   二次圧に倣つて他方の二次圧が調整される二つの
   パイロツト式減圧弁によつて構成される医療用ガ
   スミキサーであつて、 パイロツト式減圧弁はそれぞれバルブとパツキ
   ンとバルブバネを備え、バルブは案内部を摺動
   し、摺動部側面が一次圧室側に解放され、バルブ
   前面で一次室と二次圧室間の通路を開閉して二次
   圧を調整するもので、前面から背面に通じる通気
   穴によつて二次圧が背面に導かれており、パツキ
   ンは前記案内部とバルブの間にあつて該バルブを
   取り巻くごとく配置されて、バルブ摺動部周辺の
   一次圧とバルブ背面の二次圧を遮断し、バルブバ
   ネはバルブに当接してこれを一方向に付勢するも
   のにおいて、 前記パツキンに断面がＶ字状のパツキンを用
   い、前記バルブおよびパツキンに樹脂コーテイン
   グを施して相互の摩擦抵抗を減少させ、 バルブバネを該バルブの内側に収容し、各々の
   バルブバネに当接してバネ圧を調整する調整ネジ
   を設けることにより、前記二つのパイロツト式減
   圧弁の二次圧をそれぞれ調整可能にした構成の医
   療用ガスミキサー。