JPH0654909A - 人工呼吸器における呼吸振動発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流量損失及び圧力損失が小さく効率の高い脈
動流を発生させると共に、ロータリバルブの出力側の流
量や圧力の調整を可能とし、更に、ロータリバルブの作
動音を低減する。 【構成】 ロータリバルブ５１を、回転軸４４の軸方向
中央部から軸方向一方側へ伸びる１対の弁体部５３、５
４と、軸方向他方側へ伸びる１対の弁体部５５、５６と
から構成し、１対の弁体部５３、５４を、回転軸４４と
同軸の円筒の上方及び下方部分を矩形状に切欠いた断面
円弧状の形状とすると共に、１対の弁体部５５、５６
を、回転軸４４と同軸の円筒の右方及び左方部分を矩形
状に切欠いた断面円弧状の形状とし、１対の弁体部５
３、５４と１対の弁体部５５、５６とを、位相関係が９
０度ずれるような位置に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波の呼吸振動を与
えるための人工呼吸器における呼吸振動発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、人工呼吸器においては、その呼吸
サイクルが健康人と同じような周期すなわち毎分１５〜
２０回程度とされるのが一般的である。一方、最近で
は、臨床学的に呼吸サイクルを１０〜３０ＨＺすなわち
毎秒１０〜３０回程度というように極めて早く行うこと
が、ある種の肺疾患に極めて有効であることが実証され
るようになった。このような早い呼吸サイクルを得るた
め、人工呼吸器における呼吸振動発生装置が開発され、
既に実用化されている。このものは、モータによりピス
トンを往復動させて、このピストンの往復動により生じ
る圧力振動を、人工呼吸器の呼吸系路に与えるものとな
っている。この種の呼吸振動発生装置としては、例えば
特願昭６３−２８３９１８号公報記載のものが開発され
ている。

【０００３】図７は、呼吸振動発生装置を構成する圧力
発生源（ブロア）と呼吸系路との間に接続されるロータ
リバルブ１の従来構成例であり、該バルブ１の回転子２
は、回転軸３の軸方向に互いに離間するように伸びる左
右１対の弁体部４、５を備えており、弁体部４、５は回
転軸３の周方向に略１８０度伸びる断面円弧状に形成さ
れると共に、互いの位相関係が１８０度ずれた関係に設
定されている。該ロータリバルブ１は、回転子２の回転
に伴い、与圧ポートＰ１が外気ポートＰ３と呼吸ポート
Ｐ４とに対し交互に連通される一方、陰圧ポートＰ２も
外気ポートＰ３と呼吸ポートＰ４とに対し交互に連通さ
れるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
呼吸振動発生装置のロータリバルブは、各ポートが上記
図７に示した位置関係に設定されているため、出力する
方向（呼吸ポート）と入力する方向（与圧ポート及び陰
圧ポート）との位相関係が１８０度ずれることになり、
この結果、流路が曲がり流量損失が大きくなるという問
題があった。また、ロータリバルブの外気ポートが開い
ているため、圧力損失が発生し易く、バルブ作動音が大
きくなるという問題があった。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、前記課題を解決するもので、
流量損失及び圧力損失が小さく効率の高い脈動流を発生
させると共に、ロータリバルブの出力側の流量や圧力の
調整を可能とし、更に、ロータリバルブの作動音を低減
することを実現した人工呼吸器における呼吸振動発生装
置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１の本発明は、圧力発生源としてのブロアと
呼吸系路との間に接続されるロータリ式切換バルブ機構
によって該呼吸系路をブロア吐出口とブロア吸込口とに
対して交互に連通させることにより、該呼吸系路に高周
波の呼吸振動を与える人工呼吸器における呼吸振動発生
装置であって、前記ロータリ式切換バルブ機構が、機構
本体内の中央部に回転軸を介して回転自在に配設された
ロータリバルブと、機構本体の一方の端部に配設され前
記ブロア側に接続される与圧ポート及び陰圧ポートと、
機構本体の他方の端部に配設され前記与圧ポートまたは
陰圧ポートとの間で直線状の流路を形成し前記呼吸系路
側に接続される呼吸ポートとを具備してなり、前記ロー
タリバルブには、該ロータリバルブが所定位置まで回転
した際に、前記与圧ポート及び呼吸ポート間の流路を連
通状態とし前記陰圧ポート及び呼吸ポート間の流路を遮
断状態とする一方、該ロータリバルブが前記所定位置か
ら所定角度回転した際に、前記陰圧ポート及び呼吸ポー
ト間の流路を連通状態とし前記与圧ポート及び呼吸ポー
ト間の流路を遮断状態とする弁体部を配設した構成とし
ている。請求項２の本発明は、前記与圧ポート及び陰圧
ポートにアジャスト機構を設け、前記与圧ポート及び陰
圧ポートと前記ロータリーバルブとのクリアランスを各
々調整可能とした構成としている。

【０００７】

【作用】本発明によれば、ロータリ式切換バルブ機構の
ロータリバルブを所定位置まで回転させると、該ロータ
リバルブの回転に伴い、弁体部は与圧ポートと呼吸ポー
トとの間の流路を連通状態とする一方、陰圧ポートと呼
吸ポートとの間の流路を遮断状態とする。他方、ロータ
リ式切換バルブ機構のロータリバルブを前記の位置から
所定角度回転させると、該ロータリバルブの回転に伴
い、弁体部は陰圧ポートと呼吸ポートとの間の流路を連
通状態とする一方、与圧ポートと呼吸ポートとの間の流
路を遮断状態とする。これにより、ロータリバルブの流
路を従来のように曲げることなく略直線状に形成できる
ため、流路抵抗を減少することが可能となり、流量損失
を低減することができる。また、ロータリバルブには従
来のように外気ポートを配設していないため、圧力損失
を低減することができる。更に、出力側（呼吸ポート）
の流量及び圧力を調整することができると共に、ロータ
リバルブの作動音を減少できるため遮音性を向上させる
ことが可能となる。また更に、ロータリーバルブと与圧
ポートとのクリアランス、及びロータリーバルブと陰圧
ポートとのクリアランスが各々調整可能であるため、正
圧と負圧のバランスを制御することができ、この結果、
呼吸ポートの圧力バランス及び流量調整を可能とするこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の人工呼吸器における呼吸振動
発生装置を適用してなる実施例を図面に基づいて説明す
る。

【０００９】まず、本実施例の呼吸振動発生装置を含む
人工呼吸器の全体系統を図６により説明すると、人工呼
吸器の呼吸系統Ａは、共通回路１１と吸気回路１２と呼
気回路１３とを備えており、共通回路１１の一端側は患
者の口元へ気密に接続される一方、他端側は吸気回路１
２及び呼気回路１３へ接続されている。吸気回路１２は
患者へ供給する清浄エアを貯留したエアタンク１４へ接
続され、その途中には既知のエアフローメータ１５及び
加湿器１６が接続されている。呼気回路１３は大気に解
放されており、その解放度合が電磁式の開度調整バルブ
１７により調整されるようになっている。

【００１０】また、呼吸系統Ａには高周波呼吸振動発生
装置Ｂが接続されており、該呼吸振動発生装置Ｂは、基
本的に圧力発生源としてのブロア１８と、ロータリ式切
換バルブ機構１９（以下、ロータリバルブ機構と略称）
とを備えており、ブロア１８の吐出口１８ａで発生され
る与圧と吸込口１８ｂで発生される陰圧とが、ロータリ
バルブ機構１９により振動回路２０へ交互に与えられる
ようになっている。振動回路２０は共通回路１１、吸気
回路１２、呼気回路１３の各接続部分付近で呼吸系統Ａ
へ接続されており、これにより呼吸系統Ａすなわち患者
の肺Ｈは、振動回路２０での振動数に応じた呼吸数で強
制的に呼吸されるようになっている。また、振動回路２
０には、ロータリバルブ機構１９側から順次、電磁式の
可変絞り弁２１、規制手段２２が接続されている。尚、
図中２３はブロア駆動用のモータ、２４はロータリバル
ブ機構１９へ回転軸４４を介し連結されたロータリバル
ブ機構駆動用のモータである。

【００１１】また、マイクロコンピュータＵ等から構成
された制御ユニットＵには、患者の実際の呼吸量を計測
する流量センサ２６、ブロア駆動用のモータ２３の回転
状態を検出する回転センサ２７、ロータリバルブ機構駆
動用のモータ２４の回転状態を検出する回転センサ２８
からの信号が入力され、呼吸系統Ａに与える呼吸数（１
０〜３０ＨＺ）をセットするスイッチ２９、呼吸系統Ａ
に与える高周波振動の平均圧力の大きさ（大気圧から大
気圧より若干大きい範囲で無段階に設定）をセットする
スイッチ３０、患者への呼吸容量をセットするスイッチ
３１からの信号が入力されるようになっている。尚、図
中３２はランプ、ブザー等からなる警報器である。

【００１２】次に、本実施例の呼吸振動発生装置におけ
るロータリバルブ機構１９の構成を図１〜図５に基づき
説明すると、図１及び図２に示す如く、ボディ４０の両
端部には、サイドプレート４１、４１がねじ４２により
各々固定されると共に、サイドプレート４１の内周側中
央部には、軸受４３、４３を介して回転軸４４が回転自
在に支持されており、更に、サイドプレート４１、４１
の両端部にはホルダ４５、４５がねじ４６により各々固
定されている。

【００１３】また、ボディ４０の一方側には、与圧ポー
トＰ１を形成するパイプ４７がねじ部４７Ａを介して装
着されると共に、陰圧ポートＰ２を形成するパイプ４８
がねじ部４８Ａを介して装着される一方、ボディ４０の
他方側で両サイドプレート４１の端部には、呼吸ポート
Ｐ３を形成するフランジ４９がねじ５０により固定され
ている。また、回転軸４４の外周部には、図３〜図５に
示す形状を有するロータリバルブ５１が固定されてお
り、該ロータリバルブ５１の軸方向両端部とサイドプレ
ート４１との間にはスペーサ５２が介挿されている。ロ
ータリバルブ５１は回転軸４４の回転とともに一体回転
するようになっている。

【００１４】更に、ロータリバルブ５１の形状を詳述す
ると、該ロータリバルブ５１は、図３〜図５に示す如
く、回転軸４４の軸方向中央部から軸方向一方側へ伸び
る１対の弁体部５３、５４と、軸方向他方側へ伸びる１
対の弁体部５５、５６とを備えている。１対の弁体部５
３、５４は、回転軸４４と同軸の円筒の上方及び下方部
分を矩形状に切欠いた形状とされており、断面円弧状の
曲板として構成されている。同様に、１対の弁体部５
５、５６は、回転軸４４と同軸の円筒の右方及び左方部
分を矩形状に切欠いた形状とされており、断面円弧状の
曲板として構成されている。これにより、１対の弁体部
５３、５４によって形成される上下２箇所の窓部５７、
５７、及び１対の弁体部５５、５６によって形成される
左右２箇所の窓部５８、５８は、矩形状となっている。
即ち、ロータリバルブ５１を上記の構造とすることによ
り、１対の弁体部５３、５４と１対の弁体部５５、５６
とが、位相関係が回転軸４４の周方向で９０度ずれる位
置に設定される。

【００１５】ロータリバルブ５１が図１の状態にある場
合は、与圧ポートＰ１と呼吸ポートＰ３とが連通状態と
なるようになっている。他方、回転軸４４を回転させる
ことにより、ロータリバルブ５１を図１の状態から所定
角度（９０度）回転させた場合は、陰圧ポートＰ２と呼
吸ポートＰ３とが連通状態となるようになっている。即
ち、ロータリバルブ５１を適宜回転させることにより、
与圧ポートＰ１及び呼吸ポートＰ３間における連通状態
と、陰圧ポートＰ２及び呼吸ポートＰ３間における連通
状態とを交互に切換えるようになっている。この場合、
与圧ポートＰ１を形成するパイプ４７及び陰圧ポートＰ
２を形成するパイプ４８には、アジャスト機構を採用し
ているため、ロータリバルブ５１の外周部とパイプ４
７、４８の端部との間におけるクリアランスが各々調整
可能となっている。これにより、正圧と負圧のバランス
を制御でき、呼吸ポートＰ３の圧力バランス及び流量調
整が可能とされている。

【００１６】次に、上記の如く構成した本実施例の呼吸
振動発生装置におけるロータリバルブ機構の動作につい
て説明する。

【００１７】ロータリバルブ機構１９のロータリバルブ
５１を回転させ図１の状態とすると、陰圧ポートＰ２と
呼吸ポートＰ３とが遮断状態となる一方、与圧ポートＰ
１と呼吸ポートＰ３とが連通状態となる。この場合の流
路は、図１の破線矢印６０で示すストレート状の流路と
なる。他方、ロータリバルブ機構１９のロータリバルブ
５１を図１の状態から所定角度（９０度）回転させる
と、陽圧ポートＰ１と呼吸ポートＰ３とが遮断状態とな
る一方、陰圧ポートＰ２と呼吸ポートＰ３とが連通状態
となる。この場合の流路は、図１の破線矢印６１で示す
ストレート状の流路となる。ロータリバルブ５１の回転
により、ブロア１８の吐出口１８ａで発生される与圧と
吸込口１８ｂで発生される陰圧とが、振動回路２０へ交
互に与えられる。

【００１８】即ち、本実施例の呼吸振動発生装置におけ
るロータリバルブ機構によれば、ロータリバルブ５１を
構成する１対の弁体部５３、５４、及び１対の弁体部５
５、５６を上記の形状とすることにより、換言すれば、
流路が曲がらないように、ロータリバルブ５１の一方側
に形成した１対の窓部５７、５７、及び他方側に形成し
た１対の窓部５８、５８の形状を矩形状とすることによ
り、ロータリバルブ５１における出力方向（呼吸ポート
Ｐ３の方向）と、入力方向（与圧ポートＰ１、陰圧ポー
トＰ２）とを同一方向に配置することが可能となる。

【００１９】これにより、ロータリバルブ５１の流路を
従来のように曲げることなく略ストレート状に形成でき
るため、流路抵抗を減少することが可能となり、その結
果、流量損失を低減することができる。また、ロータリ
バルブ５１には従来のように外気ポートを配設していな
いため、圧力損失を低減することができる。更に、ロー
タリーバルブ５１と与圧ポートＰ１及び陰圧ポートＰ２
とのクリアランスを各々調整可能としているため、正圧
と負圧のバランスを制御することができ、この結果、呼
吸ポートＰ３の圧力バランス及び流量調整を可能とする
ことができる。更にまた、ロータリバルブ５１の作動音
を減少することができるため、ロータリバルブ５１の遮
音性を向上させることが可能となる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロータリ式切換バルブ機構が、機構本体内の中央部に回
転軸を介して回転自在に配設されたロータリバルブと、
機構本体の一方の端部に配設されブロア側に接続される
与圧ポート及び陰圧ポートと、機構本体の他方の端部に
配設され与圧ポートまたは陰圧ポートとの間で直線状の
流路を形成し呼吸系路側に接続される呼吸ポートとを具
備してなり、ロータリバルブには、該ロータリバルブが
所定位置まで回転した際に、与圧ポート及び呼吸ポート
間の流路を連通状態とし陰圧ポート及び呼吸ポート間の
流路を遮断状態とする一方、該ロータリバルブが所定位
置から所定角度回転した際に、陰圧ポート及び呼吸ポー
ト間の流路を連通状態とし与圧ポート及び呼吸ポート間
の流路を遮断状態とする弁体部を配設した構成であるた
め、ロータリバルブにおける流量損失及び圧力損失を低
減することが可能となり、極めて効率の高い脈動流を発
生させることができる。更に、ロータリーバルブと与圧
ポート及び陰圧ポートとのクリアランスを各々調整可能
としているため、正圧と負圧のバランスを制御すること
ができ、この結果、呼吸ポートの圧力バランス及び流量
調整を可能とすることができる。また更には、ロータリ
バルブの作動音を低減でき遮音性を向上させることがで
きる等、種々の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のロータリバルブ機構の側面断
面図である。

【図２】図１のＹ１−Ｙ１線に沿う矢視断面図である。

【図３】本実施例のロータリバルブの側面断面図であ
る。

【図４】本実施例のロータリバルブの上面図である。

【図５】図３のＹ２−Ｙ２線に沿う矢視正面図である。

【図６】本実施例のロータリバルブ機構を備えた人工呼
吸器の全体系統図である。

【図７】従来例のロータリバルブの斜視図である。

【符号の説明】

１９ ロータリバルブ機構 ４０ ボディ ４１ サイドプレート ４４ 回転軸 ４７、４８ パイプ ４９ フランジ ５１ ロータリバルブ ５３、５４、５５、５６ 弁体部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力発生源としてのブロアと呼吸系路と
   の間に接続されるロータリ式切換バルブ機構によって該
   呼吸系路をブロア吐出口とブロア吸込口とに対して交互
   に連通させることにより、該呼吸系路に高周波の呼吸振
   動を与える人工呼吸器における呼吸振動発生装置であっ
   て、 前記ロータリ式切換バルブ機構が、 機構本体内の中央部に回転軸を介して回転自在に配設さ
   れたロータリバルブと、機構本体の一方の端部に配設さ
   れ前記ブロア側に接続される与圧ポート及び陰圧ポート
   と、機構本体の他方の端部に配設され前記与圧ポートま
   たは陰圧ポートとの間で直線状の流路を形成し前記呼吸
   系路側に接続される呼吸ポートとを具備してなり、 前記ロータリバルブには、 該ロータリバルブが所定位置まで回転した際に、前記与
   圧ポート及び呼吸ポート間の流路を連通状態とし前記陰
   圧ポート及び呼吸ポート間の流路を遮断状態とする一
   方、該ロータリバルブが前記所定位置から所定角度回転
   した際に、前記陰圧ポート及び呼吸ポート間の流路を連
   通状態とし前記与圧ポート及び呼吸ポート間の流路を遮
   断状態とする弁体部を配設してなる、ことを特徴とする
   人工呼吸器における呼吸振動発生装置。
2. 【請求項２】 前記与圧ポート及び陰圧ポートにアジャ
   スト機構を設け、前記与圧ポート及び陰圧ポートと前記
   ロータリーバルブとのクリアランスを各々調整可能とし
   てなることを特徴とする請求項１記載の人工呼吸器にお
   ける呼吸振動発生装置。