WO2015019574A1 - Ｃｐａｐ装置およびｃｐａｐ装置用の送風ユニット - Google Patents

Ｃｐａｐ装置およびｃｐａｐ装置用の送風ユニット Download PDF

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WO2015019574A1
WO2015019574A1 PCT/JP2014/003970 JP2014003970W WO2015019574A1 WO 2015019574 A1 WO2015019574 A1 WO 2015019574A1 JP 2014003970 W JP2014003970 W JP 2014003970W WO 2015019574 A1 WO2015019574 A1 WO 2015019574A1
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air
fan
cpap device
patient
silencer
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鈴木　隆史
康宏 飛内
貴敏 井ノ口
嵩幸 遠藤
雅俊 大林
江口　直哉
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日本電産コパル電子株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) device used for the treatment of sleep apnea syndrome, and a ventilation unit constituting the CPAP device.
  • CPAP Continuous Positive Airway Pressure
  • a CPAP device For the treatment of sleep apnea syndrome, a CPAP device is used in which a nasal cannula or mask is applied to the face to forcibly send air into the airway with a fan.
  • a main unit with a built-in fan, a control unit, etc. is placed at a position away from the human body, and the main unit is connected to a mask or the like addressed to the face with a hose of about 1.5 m.
  • a structure in which air is sent via a hose is generally adopted.
  • Nasal cannulas and masks have been developed and marketed in various shapes and materials, and patients select and use a mask or the like that suits their face shape and taste.
  • the main body device has a volume of about 140 ⁇ 180 ⁇ 100 mm, and is inconvenient to carry.
  • the treatment method that has a problem and must be used continuously every day, it is one of the treatment devices that are often not used continuously because it is inconvenient for the patient.
  • the CPAP device rotates a fan according to the patient's breathing, and air flows with the rotation of the fan, and a sound is generated with the rotation of the fan and the flow of air. Since the CPAP device is a device used by a patient during sleep, it needs to be particularly quiet, and how to reduce sound becomes a problem.
  • the main unit is placed closer to the patient than before, such as placing the main unit on the bedside or futon where the patient is sleeping or placing it in the chest pocket of the patient's pajamas. It is conceivable that it can be connected to the mask with a short hose. In that case, since the noise source comes closer to the human head, the reduction of sound becomes a greater problem.
  • Patent Document 1 discloses that a chamber for reducing noise is provided.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which an inlet silencer and an outlet silencer are arranged on the inlet side and the outlet side of the blower, respectively.
  • Patent Document 2 does not show the specific structure or material of the inlet silencer or the outlet silencer, and is considered to be a proposal with no consideration for downsizing as a whole including the blower. .
  • an object of the present invention is to provide a CPAP device that achieves both a reduction in size and a reduction in noise at a high level and a blower unit for the CPAP device.
  • the CPAP device of the present invention that achieves the above object is as follows.
  • a housing having an air inlet;
  • a fan that has an air inlet and an air outlet, includes a fluid dynamic pressure bearing, sucks air from the air inlet, receives the air from the air inlet, and sends out the air from the air outlet;
  • a blower unit including a discharge silencer that is connected to the air delivery port and reduces noise associated with the flow of air delivered from the air delivery port by a fan;
  • a nasal cannula or mask air intake that is attached to the patient's head so as to cover the patient's nostril or nose and has air intake and supplies the air taken from the air intake to the patient's respiratory tract and a blower unit It connects with a hose, and the air sent out from the ventilation unit is sent into a nasal cannula or a mask, It is characterized by the above-mentioned.
  • a fan having a fluid dynamic pressure bearing is used.
  • This fan can be rotated at a significantly higher speed than a fan conventionally used in CPAP devices. For this reason, the diameter of the blade necessary for obtaining the necessary pressure and air volume is greatly reduced, and the weight is greatly reduced.
  • a fan with a blade diameter of 53 mm and a weight of about 240 g is used.
  • a fluid dynamic pressure bearing fan for example, a blade with a blade diameter of 29 mm and a weight of about 40 g is sufficient. It will be.
  • the fluctuation of the fan speed increases with the fluctuation of the flow rate due to the patient's breathing, so the noise fluctuation (noise frequency fluctuation and noise level fluctuation) increases due to the increase of the fan rotation fluctuation amount. , It becomes more annoying noise.
  • the present invention employs a fluid dynamic pressure bearing fan to reduce the size and weight, and includes a discharge silencer on the air delivery side of the fan, thereby reducing the size and weight.
  • a CPAP device that achieves a high level of noise reduction will be realized.
  • the discharge silencer is a silencer provided with a sound absorbing material made of a foam material.
  • the discharge silencer By configuring the discharge silencer with a sound absorbing material made of foamed material, the discharge silencer is also reduced in size and weight, and the CPAP device as a whole can be further reduced in size and weight.
  • the CPAP device of the present invention has a sound absorbing material in which a suction channel for guiding air sucked from the air suction port to the air receiving port is formed, and supports the fan so as to wrap the fan with the sound absorbing material. It is preferable to further include an intake silencer.
  • a suction silencer When a suction silencer is provided that has a sound absorbing material and supports the fan so as to wrap the fan with the sound absorbing material, a CPAP device in which both noise caused by air suction and noise caused by fan vibration is suppressed.
  • the air outlet of the fan and the discharge silencer are connected by a joint made of an elastic body.
  • a discharge silencer that is connected to the air outlet and reduces noise associated with the flow of air sent from the air outlet by the fan;
  • the hose in the present invention is not limited to a hose having a function as a simple flow path.
  • another function is added to the function of the flow path, such as connecting a fan and a mask via a humidification unit.
  • both compactness, light weight and low noise can be achieved at a high level.
  • FIG. 1 is an overall configuration external view of a CPAP device as a first embodiment. It is explanatory drawing which shows an example of the use condition of the CPAP apparatus shown in FIG.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the CPAP device of the first embodiment whose appearance is shown in FIG. 1. It is a perspective view when the CPAP device of the first embodiment is viewed obliquely from above.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the CPAP device according to the first embodiment taken along arrow AA shown in FIG. 4. It is a perspective view when a case, a suction silencer, etc. are removed from the CPAP device of the first embodiment, and a fan, a discharge structure, etc. are viewed obliquely from above.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the turbo fan in the direction indicated by arrow AA in FIG. It is a schematic diagram of an experimental apparatus.
  • FIG. 1 It is the figure which showed the noise level of 5.5 kHz read from FIG. It is a perspective view when removing a case and a suction silencer from a CPAP device of a second embodiment and viewing a fan and a discharge silencer from diagonally above. It is a disassembled perspective view of the CPAP apparatus of 3rd Embodiment. It is sectional drawing of the ventilation unit of the CPAP apparatus which shows a division
  • FIG. 1 is an external view of the overall configuration of a CPAP device as a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a usage state of the CPAP device shown in FIG.
  • the battery case 30 and the cable 40 shown in FIG. 1 are not shown.
  • the ventilation unit 10 it is a perspective view which shows the outline
  • the CPAP device 1A includes a blower unit 10, a hose 20, a battery case 30, and a cable 40. As shown in FIG. 2, the CPAP device 1 ⁇ / b> A is used in a state where the air blowing unit 10 and the mask 200 are connected by a hose 20, the mask 200 is attached to the face of the patient 300, and the air blowing unit 10 is placed on the bedside. Therefore, the hose 20 has a length of about 50 cm, for example.
  • a case 11 as a housing in which the blower unit 10 is housed is provided with a plurality of air suction ports 111, and a fan described later is provided in the case 11. When the fan rotates, air is sent to the mask 200 via the hose 20.
  • the air sent to the mask 200 is supplied to the airway of the patient 300.
  • the patient's breath is discharged outside through a leak hole 201 provided in the mask 200.
  • the blower unit 10 of the present embodiment has an oval spherical shape as a whole, and when the posture of the patient 300 wearing the mask 200 is changed while lying down, for example, when turning over, the force at the time of changing the posture Is transmitted to the blower unit 10 via the hose 20, and the blower unit 10 rolls or slides, so that the position and posture of the blower unit 10 are changed according to the posture of the patient.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the CPAP device of the first embodiment whose appearance is shown in FIG. 4 is a perspective view of the CPAP device according to the first embodiment as viewed obliquely from above
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the CPAP device according to the first embodiment along the arrow AA shown in FIG. It is.
  • FIG. 6 is a perspective view when the case and the suction silencer are removed from the CPAP device of the first embodiment, and the fan, the discharge silencer, etc. are viewed obliquely from above.
  • the case 11 of the blower unit 10 is configured by the case lower part 11a and the case upper part 11b shown in FIG.
  • this case 11 has an elliptical spherical shape as a whole, it is easy to roll. Further, the case 11 is made of plastic, and the outer surface thereof is formed smoothly so that it is easy to slide. A plurality of air inlets 111 are provided in the case 11 so that the air intake is not hindered even if the case 11 rolls or slips.
  • case upper portion 11 a is provided with a user interface 18 including operation buttons 181 and a display screen 182.
  • an air filter 12 a suction silencer 13, a control board 14, a flow rate sensor 15, a pressure sensor 16, a discharge silencer 17, and a turbo fan 50 as a fan are arranged.
  • the CPAP device 1A includes the hose 20, the battery case 30, and the cable 40.
  • the air filter 12 is a filter that is disposed immediately inside the air suction port 111 provided in the case 11 and adsorbs dust in the air sucked from the air suction port 111.
  • the suction silencer 13 has a bent suction passage 131 as shown in FIGS. 4 and 5, and guides the air sucked from the air suction port 111 to the air receiving port 531 of the turbofan 50.
  • the suction silencer 13 plays a role of reducing the suction sound of the air sucked from the air suction port 111 and introducing it into the turbofan 50.
  • the suction silencer 13 supports the turbo fan 50 so as to wrap the turbo fan 50 with the sound absorbing material, and also plays a role of suppressing the vibration of the turbo fan 50 from being transmitted to the case 11 and other members.
  • the turbofan 50 sucks air from the air suction port 111 of the case 11, receives air that has passed through the air filter 12 and the suction silencer 13 from the air receiving port 531, and sends it out from the air outlet 542.
  • the control board 14 calculates the rotation setting speed of the turbo fan 50 according to the initial setting by the doctor or patient, the flow rate measured by the flow sensor, or the pressure measured by the pressure sensor 16, It instructs to rotate at the rotation speed.
  • the flow sensor 15 and the pressure sensor 16 are sensors for measuring the flow rate and pressure of the air sent from the turbo fan 50, respectively.
  • the discharge silencer 17 is connected to the air outlet 542 of the turbo fan 50 to form a discharge passage 171, and discharges air sent from the air outlet 542 by the turbo fan 50 from the air blowing unit 1 ⁇ / b> A. is there.
  • the discharge silencer 17 is connected to the air outlet 542 of the turbofan 50 by a rubber joint 172.
  • the joint 172 plays a role of preventing the vibration of the turbo fan 50 from being transmitted to the discharge silencer 17 and increasing noise.
  • a rectifying element 173 and a sound absorbing material 174 are provided in the discharge silencer 17, a rectifying element 173 and a sound absorbing material 174 are provided.
  • the rectifying element 173 is a member that plays a role of adjusting the flow of air sent from the turbo fan 50.
  • the flow sensor 15 and the pressure sensor 16 are connected to the downstream side of the air flow of the rectifying element 173. As a result, useless fluctuations due to air turbulence are transmitted to the flow sensor 15 and the pressure sensor 16 to prevent the measurement values of the flow and pressure from fluctuating wastefully.
  • the sound absorbing material 174 plays a role of reducing sound accompanying the flow of air sent out from the air outlet 542 by the turbo fan 50.
  • the sound absorbing material 174 is a sound absorbing material made of a foam material, for example, foamed urethane or foamed EVA (ethylene vinyl acetate).
  • the density of the foam material is desirably in the range of 10 to 100 kg / m 3 .
  • the sound absorbing material 174 provided in the discharge silencer 17 effectively reduces the noise accompanying the patient's inhalation as shown in experimental data described later.
  • a hose 20 is connected to the air discharge port 175 of the discharge silencer 17, and air is sent to the mask 200 via the hose 20.
  • the battery case 30 a battery is built in, and power from the battery 301 is supplied to the blower unit 10 via the cable 40.
  • the battery case 30 includes a connection terminal 302 to which an AC adapter (not shown) for charging an internal battery is connected.
  • the battery is a part having a considerable volume and weight, and in order to make the blower unit 10 small and light, here, a battery case 30 separate from the blower unit 10 is provided and connected by a cable 40. is doing.
  • a configuration may be adopted in which an AC adapter is connected to the blower unit 10 without being provided with the battery case 30 or the large battery 301.
  • FIG. 7 is a control block diagram of the CPAP device 1A of the present embodiment.
  • an air flow path AF that flows from the blower unit 10 through the hose 20 through the mask 200 and a control system for the blower unit 10 are shown.
  • the air unit 12, the suction silencer 13, the turbo fan 50, the rectifying element 173, and the discharge silencer 174 are disposed on the air flow path AF in the air blowing unit 10, and when the turbo fan 50 rotates. Air is sucked from an air suction port 111 (see, for example, FIG. 4), dust in the air is removed by the air filter 12, noise due to air suction is reduced by the suction silencer 13, via the turbo fan 50, Further, the current is rectified by the rectifying element 173, the noise is further reduced by the discharge silencer 174, and sent to the mask 200 via the hose 20.
  • the air sent to the mask 200 is sent to the patient's airway by the patient's inhalation operation, and is discharged to the outside through the leak hole 201 by the patient's exhalation operation.
  • the blower unit 10 includes a user interface 18 including operation buttons 181 and a display screen 182 (see, for example, FIG. 1).
  • the patient operates the operation button 181 while confirming the display screen 182 to distinguish between the fixed mode and the auto mode, the pressure range of the air sent from the turbo fan 50 specified by the doctor, the on / off state of the turbo fan 50 Set off timing, etc.
  • the fixed mode is a mode in which the pressure of the air sent out from the turbo fan 50 is fixed to a specified pressure
  • the auto mode is a state in which the patient's breathing is determined from changes in the flow rate or pressure by the flow rate sensor 15 or the pressure sensor 16. In this mode, the pressure is detected and changed within a specified pressure range in accordance with the respiratory state of the patient.
  • Information set in the user interface 18 is input to an MPU (Micro Processing Unit) 141. Further, the air flow rate and the air pressure measured by the flow sensor 15 and the pressure sensor 16 are also input to the MPU 141.
  • the MPU 141 calculates the rotational speed of the turbo fan 50 based on the information.
  • the calculation result in the MPU 141 is transmitted to the motor drive circuit 142, and the motor drive circuit 142 drives the turbo fan 50 based on the calculation result.
  • control board 14 (see, for example, FIG. 3) built in the blower unit 10.
  • the control board 14 is supplied with electric power from the battery 301 and is distributed to each part that requires electric power.
  • a motor drive circuit 142 is also mounted on the control board 14.
  • One feature of the CPAP device 1A of the present embodiment is that a turbofan 50 having an air dynamic pressure bearing is adopted as one form of a fluid dynamic pressure bearing. With this, the CPAP device 1A of the present embodiment has succeeded in significantly reducing the size and weight of the blower unit 10.
  • turbofan provided with an air dynamic pressure bearing employed in the CPAP device 1A of the present embodiment will be described.
  • the turbofan described here is the same as that disclosed in the above-mentioned Patent Documents 3 and 4 in terms of operation principle.
  • FIG. 8 is an external perspective view of a turbo fan employed in the CPAP device according to the first embodiment
  • FIG. 9 is a plan view of the turbo fan.
  • FIGS. 10 and 11 are exploded perspective views of the turbofan as viewed obliquely from above and obliquely below, respectively.
  • FIG. 12 is a view showing a blade 529 which is a part of the turbo fan 50.
  • 12A, 12B, and 12C are a plan view, a side view, and a bottom view, respectively.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the turbo fan 50 in the direction indicated by the arrow AA in FIG.
  • turbofan 50 will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. 13 and referring to other drawings as necessary.
  • the turbo fan 50 is roughly composed of a stator 51, a rotor 52, and an upper cover 53 as shown in FIGS.
  • the stator 51 is based on an annular shaft base 511, and a lower portion of the shaft 512 is fitted and fixed in a central hole 511a of the annular shaft base 511.
  • An upper end portion 512a of the shaft 512 has a small diameter, and an annular thrust magnet (inner side) 513 is fixed so that the upper end portion 512a is fitted.
  • a circuit board 514 is placed on the shaft base 511.
  • the circuit board 514 has a hole 514a through which the shaft 512 is passed, and is widened to surround the shaft 512.
  • the circuit board 514 extends so that a part of the circuit board 514 protrudes outward, and a connector 515 for connection to an external circuit is disposed in the protruded part.
  • annular coil base 516 surrounding the shaft 512 is placed on the circuit board 514 at a distance from the shaft 512.
  • the coil base 516 is provided with leg portions 516a that enter the holes 514b provided in the circuit board 514 and are supported by the shaft base 511 at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • the coil base 516 is supported by the shaft base 511 by the leg portion 516 a and has a shape that makes a round around the upper surface of the circuit board 514 with the shaft 512 as the center.
  • a coil 517 formed in a cylindrical shape as a whole is placed on the coil base 516, and the lower end of the coil 517 is fixed to the coil base 516.
  • the coil 517 is supplied with three-phase pulse power.
  • a case 518 is screwed to the shaft base 511 with a screw 519.
  • the rotor 52 is based on the hub 521.
  • a hole 521a is formed in the upper portion of the hub 521, and an annular thrust magnet (outside) 522 is fixed to the edge of the hole 521a.
  • the inner peripheral surface of the thrust magnet (outer side) 522 faces the outer peripheral surface of the thrust magnet (inner side) 513 with a very narrow gap therebetween, and the sintered body 541 and the shaft upper end portion are attracted by mutual magnetic forces. Contact in the thrust direction of 512a is avoided.
  • a cylindrical sleeve 524 is fixed to the hub 521.
  • the inner peripheral surface of the sleeve 524 faces the outer peripheral surface of the shaft 512, and an extremely narrow gap of ⁇ m unit is formed between the sleeve 524 and the shaft 512.
  • a magnet 525 is fixed to the outer peripheral surface of the sleeve 524, and a reinforcing ring 526 is attached to the outer peripheral surface of the magnet 525. Since the rotor 52 of the turbofan 50 rotates at a high speed, the magnet 525 may be broken by a centrifugal force, and the reinforcing ring 526 is for preventing the crack.
  • the outer peripheral surface of the reinforcing ring 526 faces the inner peripheral surface of the coil 517 across a narrow space. Further, a back yoke 527 is disposed on the outer peripheral surface side of the coil 517 with a space between the coil 517 and the coil 517.
  • the back yoke 527 has a role of forming a magnetic circuit together with the magnet 525 and enhancing the interaction with the coil 517.
  • a balance ring 528 is fixed to the lower portion of the back yoke 527.
  • the balance ring 528 is a member for adjusting the balance when the rotor 52 rotates.
  • a blade 529 (see also FIG. 11) is fixed to the upper portion of the hub 521.
  • the blade 529 is a component that sends out air by the rotation of the rotor 52.
  • a sintered body 541 is fixed to the lower center of the blade 529.
  • the sintered body 541 is for giving a damper effect to the gap between the stator 51 and the rotor 52.
  • the rotor effect is obtained by the damper effect. Since the abrupt movement of 52 can be suppressed, the rotor 52 can rotate at high speed without contact with the stator 51.
  • the sintered body 541 is in a position facing the upper end portion 512 a of the shaft 512 of the stator 51.
  • a bypass hole 529a is formed in the blade 529. This bypass hole 529a reduces the pressure difference between the inside and outside of the blade 529 when air resistance on the air delivery side increases or the air intake side is blocked and air flows through the bypass hole 529a. It plays a role of suppressing movement of the blade 529 and the like.
  • the upper cover 53 is provided with an air receiving port 531 at the upper portion thereof, and a cylindrical air delivery port 542 is formed on the side portion in cooperation with the semi-cylindrical portion 542 a on the stator 51 side.
  • a semi-cylindrical portion 542b is formed.
  • the upper cover 53 has a locking hole 533a formed in a locking portion 533 formed so as to protrude downward on the side surface thereof and a locking projection 543 formed on the side surface of the case 518 of the stator 51. As a result, the stator 51 is fixed to the case 518 with a little space between the blade 529 and the case 518.
  • a stopper 532 exposed downward is provided at the center of the upper cover 53.
  • the stopper 532 is caused by a pressure difference between the inside and outside of the blade 529.
  • the upper center of the blade 529 is abutted against the stopper 532 to prevent the blade 529 from being damaged.
  • This turbofan 50 has the above-described structure, and three-phase pulse power is applied to the coil 517, and the rotor 52 rotates at a rotation speed corresponding to the repetition frequency of the three-phase pulse.
  • the turbo fan 50 has a structure in which the stator 51 and the rotor 52 are not in contact with each other and an air dynamic pressure bearing is provided between them. As a fan that can produce the necessary pressure and air volume.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of the experimental apparatus.
  • a dummy head 605 imitating the shape of a human head and wearing a mask is placed in the anechoic chamber 600, and the length between the fan 601 placed outside the anechoic chamber 600 and the dummy head 605 is about 2 in length. It was connected with a 5 m hose 604.
  • a flow meter 602 and a pressure gauge 603 were disposed at the air outlet of the fan 601 to measure the flow rate and pressure.
  • a breathing simulator 606 is connected to the dummy head 605. This breathing simulator 606 corresponds to a human lung having a function of simulating inspiration and expiration, and a noise meter 607 is provided in the vicinity of the dummy head 605 (a position corresponding to a human ear) to breathe. Noise at the time of breathing simulation by the simulator 606 was measured.
  • the fan 601 a fan (blade diameter: about 53 mm, weight: about 240 g) incorporated in a stationary CPAP apparatus that is generally commercially available (hereinafter, this fan is referred to as “comparative fan” or “ Simply referred to as “comparative example”, a fan equivalent to the turbo fan used in the present embodiment (broad diameter: 29 mm, weight of about 40 g) (hereinafter referred to as “fan of example” or simply “example”) Is used).
  • the fan of the embodiment is basically a fan having an air dynamic pressure bearing structure described with reference to FIGS.
  • FIG. 15 is a diagram showing the noise of the fan of the comparative example and the example when the pressure is 1.2 kPa and the flow rate is 50 L / min (liter / min).
  • the “fan of the embodiment” is a case where only a fan without a silencer is provided.
  • the horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents noise level (dBA).
  • This flow rate of 50 L / min corresponds to the time when breathing is stopped (the time between expiration and inspiration).
  • the sound of about 5 kHz to 7 kHz is loud, it is easy to feel as annoying sound, and it is required to reduce the sound in this frequency band.
  • the noise level of 5 kHz to 7 kHz the noise in the example is slightly louder than that in the comparative example when the pressure is 1.2 kPa and the flow rate is 50 L / min (when breathing is stopped) shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing the noise of the fan of the comparative example and the example when the pressure is 1.2 kPa and the flow rate is 110 L / min.
  • the pressure of 1.2 kPa and the flow rate of 110 L / min correspond to the time of intake.
  • the “fan of the embodiment” is not provided with a silencer and is only a fan.
  • the fan of the example is louder than the fan of the comparative example. Hearingly, you can hear a 'shoe' when inhaling.
  • FIG. 17 is a diagram showing the noise at the time of breathing stop and inhalation of the fan of the comparative example.
  • FIG. 18 is a diagram showing noise at the time of breathing stop and inhalation of the fan of the example.
  • FIG. 17 is compared with FIG. 18, it can be seen that, in the vicinity of 5 kHz to 7 kHz, the increase in noise during inhalation is larger in FIG. 18 (the fan of the example) than in breathing stop.
  • FIG. 19 is a diagram showing the difference between the noise level of the fan of the example and the noise level of the fan of the comparative example when breathing is stopped. That is, FIG. 19 shows the difference between the two graphs shown in FIG.
  • FIG. 20 is a diagram showing the difference between the noise level of the fan of the example and the noise level of the fan of the comparative example during intake. That is, FIG. 20 shows the difference between the two graphs shown in FIG.
  • the fan of the example is louder than the fan of the comparative example both at the time of breathing stop (FIG. 19) and at the time of intake (FIG. 20). It can be seen that the noise is particularly high.
  • the size and the weight can be significantly reduced as compared with the conventional CPAP apparatus employing the fan of the comparative example, but as described above, it is greatly disadvantageous in terms of noise. This is because it is necessary to send air at the same flow rate as the fan of the comparative example by rotating at a high speed because the fan of the embodiment is smaller. Further, a large change in the rotation speed of the fan with respect to a change in the flow rate is also a disadvantageous factor.
  • FIG. 21 is a diagram showing a change in noise level when the length of the sound absorbing material of the discharge silencer during intake is changed.
  • FIG. 5 urethane foam is used as the sound absorbing material.
  • FIG. 21 also shows the noise level (see FIG. 16) when no discharge silencer is provided.
  • FIG. 22 is a diagram showing a noise level of 7 kHz with respect to the length of the sound absorbing material constituting the discharge silencer, obtained from FIG.
  • FIG. 23 is a diagram showing a change in the noise level when the thickness of the sound absorbing material of the discharge silencer during intake is changed.
  • urethane foam is adopted as in the case of FIG.
  • the noise level when the discharge silencer itself is not provided is also shown.
  • 24 to 26 are diagrams showing noise levels of 1 kHz, 3.5 kHz, and 5.5 kHz, respectively, read from FIG.
  • the noise in the targeted frequency band can be effectively reduced by adjusting the thickness and length thereof.
  • FIG. 27 is a perspective view when the case and the suction silencer are removed from the CPAP device of the second embodiment, and the fan, the discharge silencer, and the like are viewed obliquely from above.
  • FIG. 27 is a diagram corresponding to FIG. 6 used for explaining the CPAP apparatus of the first embodiment.
  • the discharge silencer 17 constituting the CPAP device 1B of the second embodiment is provided with a sound absorbing material 174 on the turbo fan 50 side, and the rectifying element 173 is disposed downstream of the sound absorbing material 174 in the air flow. .
  • the flow sensor 15 and the pressure sensor 16 are connected to the downstream side of the sizing element 173.
  • any of the sound absorbing material 174 and the rectifying element 173 may be arranged on the upstream side or the downstream side.
  • FIG. 28 is an exploded perspective view of the CPAP device of the third embodiment.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view of the blower unit of the CPAP device whose exploded perspective view is shown in FIG.
  • the blower unit of the CPAP device 1C according to the third embodiment shown in FIGS. 28 and 29 is a case 11 having a square shape compared to the blower unit (see FIGS. 1 and 2) of the CPAP device 1A according to the first embodiment described above. It has become.
  • the case has a round shape so that it rolls according to the change in posture of the patient at bedtime.
  • the stability of the attitude of the blower unit 10 is emphasized.
  • the blower unit 10 of the third embodiment mainly follows the change in the posture of the patient by sliding.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view of the fan and the discharge mechanism of the CPAP device of the fourth embodiment.
  • the sound absorbing material 174 constituting the discharge silencer 17 in the blower unit 10 has a thickness t that decreases continuously from the upstream side to the downstream side of the air flow. ing.
  • t thickness
  • FIG. 31 is a cross-sectional view of the fan and the discharge mechanism of the CPAP device of the fifth embodiment.

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Abstract

　本発明はＣＰＡＰ装置および送風ユニットに関し、小型、軽量化と騒音の低減を高い次元で両立させる。送風ニット１０が、空気吸入口１１１を有する筐体１１と、空気受入口５３１と空気送出口５４２とを有し空気動圧軸受を備えて空気吸入口１１１から空気を吸入させ、その空気を空気受入口５３１から受け入れて空気送出口５４２から送り出すファン５０と、空気送出口５４２に連結されファン５０により空気送出口５４２から送り出された空気の流れに伴う音を低減する吐出サイレンサ１７とを備えた。

Description

ＣＰＡＰ装置およびＣＰＡＰ装置用の送風ユニット
　本発明は、睡眠時無呼吸症候群の治療に用いるＣＰＡＰ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　Ａｉｒｗａｙ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）装置、およびそのＣＰＡＰ装置を構成する送風ユニットに関する。
　睡眠時無呼吸症候群の治療用として、顔に鼻カニューレやマスクを宛てがいファンで空気を強制的に気道に送り込むＣＰＡＰ装置が用いられている。このＣＰＡＰ装置として、人体から離れた位置にファンや制御部等を内蔵した本体装置を置き、その本体装置と顔に宛てがうマスク等との間が１．５ｍ程度のホースで接続されてそのホースを経由して空気を送り込む構造が一般に採用されている。鼻カニューレやマスクは、様々な形状や材質のものが開発されて市販されており、患者は自分の顔の形や好みに合うマスク等を任意に選択して使用している。
　この構造のＣＰＡＰ装置の場合、１．５ｍもの長さのホースが必要であり、本体装置も１４０×１８０×１００ｍｍ程度の容積を有しており、持ち運びに不便な大きさであるなど、いくつもの課題があり、毎日継続して使用しなければならない治療方法であるのに反して、患者にとって取扱いが不便であるため継続使用されないことの多い治療器具の１つとなっている。
　このため、このＣＰＡＰ装置を如何にして小型化、軽量化を図るかが課題となっている。
　また、ＣＰＡＰ装置は、患者の呼吸に応じてファンを回転させ、このファンの回転に伴って空気が流れ、そのファンの回転や空気の流れに伴って音が発生する。ＣＰＡＰ装置は、患者が睡眠中に使用する装置であるため、特に静かである必要があり、如何にして音の低減を図るかが問題となる。
　ＣＰＡＰ装置の小型化、軽量化が進むと、本体装置を例えば患者が寝ている枕元や布団の上に置いたり患者のパジャマの胸ポケットに入れたりなど、本体装置が従来よりも患者の直ぐ傍に置かれ短かいホースでマスクと繋げる構成となることが考えられる。その場合、騒音源が人体頭部に近づくことになるため、音の低減化も一層大きな問題となる。
　ＣＰＡＰ装置に関し低騒音化を狙った提案として、例えば特許文献１に騒音低減を行なうチャンバを備えることが開示されている。
　しかしながら、この場合、チャンバ自体が大型となり、ＣＰＡＰ装置の小型化の問題は解消されない。
　また、特許文献２には、送風器の入口側と出口側に入口消音器と出口消音器をそれぞれ配置した構成が開示されている。
　しかしながら、この特許文献２には、入口消音器や出口消音器の具体的な構造や材質は示されておらず、また送風器を含めた全体として小型化については何ら念頭にない提案と考えられる。
　尚、後述する本発明では、流体動圧軸受の一形態である空気動圧軸受を有するファンが使われており、ここでは、空気動圧軸受について開示された文献（特許文献３，４）を挙げておく。
特開平７－２７５３６２号公報 特表２００２－５３７００６号公報 特開２００７－５７０４８号公報 特開２００９－５２４８５号公報
　本発明は、上記事情に鑑み、小型化と低騒音化を高い次元で両立させたＣＰＡＰ装置およびそのＣＰＡＰ装置用の送風ユニットを提供することを目的とする。
　上記目的を達成する本発明のＣＰＡＰ装置は、
　空気吸入口を有する筐体と、
　空気受入口と空気送出口とを有し流体動圧軸受を備えて空気吸入口から空気を吸入させその空気を空気受入口から受け入れて空気送出口から送り出すファンと、
　上記空気送出口に連結されファンにより空気送出口から送り出された空気の流れに伴う音を低減する吐出サイレンサとを備えた送風ユニットを具備し、
　空気取入口を有し患者の外鼻孔あるいは鼻を覆うように患者頭部に取り付けられて空気取入口から取り入れた空気を患者の気道に供給する鼻カニューレあるいはマスクの空気取入口と送風ユニットとをホースで繋ぎ送風ユニットから送り出された空気を鼻カニューレあるいはマスクに送り込むことを特徴とする。
　本発明のＣＰＡＰ装置には、流体動圧軸受を備えたファンが用いられている。このファンは、ＣＰＡＰ装置に従来採用されているファンと比べ大幅に高速回転させることができる。このため、必要な圧力と風量を得るのに必要なブレードの径が大きく縮小され、重量的にも大幅に軽量化される。従来型のＣＰＡＰ装置では、一例として、ブレードの直径５３ｍｍ、重量約２４０ｇのファンが採用されており、流体動圧軸受のファンを採用すると、例えば、ブレードの直径２９ｍｍ、重量約４０ｇのファンで済むことになる。
　ただし、流体動圧軸受のファンを採用した場合、従来のファンに比べて高速回転させる必要があり、特に吸気時には、流量を増加させるために更に回転数を増加させる必要があり、騒音が大きくなってしまう。この騒音は、ファンの送り出し側から流路を経て患者に伝搬することを確認している。
　また、患者の呼吸による流量変動に伴い、ファンの回転数の変動量も大きくなることから、このファンの回転変動量の増加による騒音の変動（騒音周波数の変動や騒音レベルの変動）も大きくなり、より耳障りな騒音となってしまう。
　そこで、本発明は、流体動圧軸受のファンを採用して小型化、軽量化を図り、かつそのファンの空気送り出し側に吐出サイレンサを備えたものであり、これにより小型化、軽量化と低騒音化を高い次元で両立させたＣＰＡＰ装置が実現する。
　ここで、本発明のＣＰＡＰ装置において、上記吐出サイレンサが、発泡素材からなる吸音材を備えたサイレンサであることが好ましい。
　吐出サイレンサを発泡素材からなる吸音材で構成することにより、この吐出サイレンサも小型化、軽量化され、ＣＰＡＰ装置全体としてさらなる小型化、軽量化が図られる。
　更に、発泡素材からなる吸音材を用いた場合には、特許文献１に示したチャンバ構造に比べて、広範囲の周波数帯域の騒音を低減する効果があることから、風切り音のように広い周波数成分を含む騒音に対して特に有効である。
　また、本発明のＣＰＡＰ装置において、空気吸入口から吸入された空気を空気受入口に導く吸入流路が形成された吸音材を有し、その吸音材でファンを包み込むようにしてファンを支持する吸入サイレンサをさらに備えることが好ましい。
　吸音材を有し、その吸音材でファンを包み込むようにしてファンを支持する吸入サイレンサを備えると、空気の吸入に伴う騒音およびファンの振動に伴う騒音の双方が抑えられたＣＰＡＰ装置となる。
　さらに、本発明のＣＰＡＰ装置において、ファンの空気送出口と上記吐出サイレンサが弾性体からなるジョイントで接続されていることが好ましい。
　ファンの空気送出口と吐出サイレンサとの間を弾性体のジョイントで接続すると、ファンの振動の吐出サイレンサへの伝達が抑制され、騒音がさらに抑えられる。
　また、上記目的を達成する本発明の送風ユニットは、
　空気吸入口を有する筐体と、
　空気受入口と空気送出口とを有し流体動圧軸受を備えて空気吸入口から空気を吸入させその空気を空気受入口から受け入れて空気送出口から送り出すファンと、
　空気送出口に連結されファンにより空気送出口から送り出された空気の流れに伴う音を低減する吐出サイレンサとを備え、
　空気取入口を有し患者の外鼻孔あるいは鼻を覆うように患者頭部に取り付けられて空気取入口から取り入れた空気を患者の気道に供給する鼻カニューレあるいはマスクの空気取入口に接続されたホースに空気を送り込むことを特徴とする。
　なお、本発明におけるホースとは、単なる流路としての機能を有するホースに限らず、例えば、加湿ユニットを介してファンとマスクとを接続するといったように、流路の機能に別の機能が付加された、実質的にホースと考えられるものも含むものとする。
　本発明のＣＰＡＰ装置および送風ユニットによれば、小型、軽量化と低騒音化が高い次元で両立する。
第１実施形態としてのＣＰＡＰ装置の全体構成外観図である。 図１に示したＣＰＡＰ装置の使用状態の一例を示す説明図である。 図１に外観を示した第１実施形態のＣＰＡＰ装置の分解斜視図である。 第１実施形態のＣＰＡＰ装置を斜め上から眺めたときの透視図である。 第１実施形態のＣＰＡＰ装置の図４に示す矢印Ａ－Ａに沿う断面図である。 この第１実施形態のＣＰＡＰ装置からケースおよび吸入サイレンサを取り除いて、ファンや吐出構造体等を斜め上から眺めたときの透視図である。 本実施形態のＣＰＡＰ装置の制御ブロック図である。 第１実施形態のＣＰＡＰ装置で採用されているターボファンの外観斜視図である。 ターボファンの平面図である。 ターボファンを斜め上方見た分解斜視図である。 ターボファンを斜め下方から見た分解斜視図である。 ターボファンの部品であるブレード５２９を示した図である。 ターボファンの、図９に矢印Ａ－Ａで示す向きの断面図である 実験装置の模式図である。 圧力が１．２ｋＰａ、流量が５０Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）のときの比較例と実施例のファンの騒音を示した図である。 圧力が１．２ｋＰａ、流量が１１０Ｌ／ｍｉｎのときの比較例と実施例のファンの騒音を示した図である。 比較例のファンの、呼吸停止時と吸気時の騒音を示した図である。 実施例のファンの、呼吸停止時と吸気時の騒音を示した図である。 呼吸停止時における、実施例のファンの騒音レベルと比較例のファンの騒音レベルとの差分を示した図である。 吸気時における、実施例のファンの騒音レベルと比較例のファンの騒音レベルとの差分を示した図である。 吸気時の吐出サイレンサの吸音材の長さを変えたときの騒音レベルの変化を示した図である。 図２１から読み取って得た、吐出サイレンサを構成する吸音材の長さに対する、７ｋＨｚの騒音レベルを示した図である。 吸気時の吐出サイレンサの吸音材の厚みを変化させたときの騒音レベルの変化を示した図である。 図２３から読み取った、１ｋＨｚの騒音レベルを示した図である。 図２３から読み取った、３．５ｋＨｚの騒音レベルを示した図である。 図２３から読み取った、５．５ｋＨｚの騒音レベルを示した図である。 第２実施形態のＣＰＡＰ装置からケースおよび吸入サイレンサを取り除いて、ファンや吐出サイレンサを斜め上から眺めたときの透視図である。 第３実施形態のＣＰＡＰ装置の分解斜視図である。 図２８に分割斜視図を示すＣＰＡＰ装置の送風ユニットの断面図である。 第４実施形態のＣＰＡＰ装置の、ファンと吐出サイレンサの断面図である。 第５実施形態のＣＰＡＰ装置の、ファンと吐出サイレンサの断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態としてのＣＰＡＰ装置の全体構成外観図、図２は図１に示すＣＰＡＰ装置の使用状態の一例を示す説明図である。ただし、図２では、図１に示すバッテリーケース３０およびケーブル４０は図示省略されている。また、この図２では、送風ユニット１０について、内部の概要を示す透視図となっている。
　このＣＰＡＰ装置１Ａは、送風ユニット１０と、ホース２０と、バッテリーケース３０と、ケーブル４０とを備えている。このＣＰＡＰ装置１Ａは、図２に示すように、送風ユニット１０とマスク２００とをホース２０で繋ぎ、マスク２００を患者３００の顔面に装着し送風ユニット１０を枕元に置いた状態で使用される。したがってホース２０は、例えば長さが５０ｃｍ程度のものである。送風ユニット１０が収容された筐体としてのケース１１には複数の空気吸入口１１１が設けられており、またそのケース１１内には後述するファンが備えられている。ファンが回転すると空気がホース２０を経由してマスク２００に送り込まれる。マスク２００に送り込まれた空気は患者３００の気道に供給される。患者の吐息は、マスク２００に設けられたリーク穴２０１から外に放出される。本実施形態の送風ユニット１０は、全体として楕円球形状をしており、マスク２００を装着した患者３００が横臥した姿勢のまま姿勢変更したとき、例えば寝返りを打ったときには、その姿勢変更時の力がホース２０を介して送風ユニット１０に伝わり、送風ユニット１０が転がったり滑ったりして送風ユニット１０も患者の姿勢に応じてその位置や姿勢が変更される。
　図３は、図１に外観を示した第１実施形態のＣＰＡＰ装置の分解斜視図である。また、図４は、その第１実施形態のＣＰＡＰ装置を斜め上から眺めたときの透視図、図５は、その第１実施形態のＣＰＡＰ装置の図４に示す矢印Ａ－Ａに沿う断面図である。さらに、図６は、この第１実施形態のＣＰＡＰ装置からケースおよび吸入サイレンサを取り除いて、ファンや吐出サイレンサ等を斜め上から眺めたときの透視図である。
　この第１実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａは、図３に示すケース下部１１ａとケース上部１１ｂとにより、送風ユニット１０のケース１１が構成されている。
　このケース１１は全体として楕円球形状となっているため、転がり易くなっている。また、このケース１１はプラスチック製であってその外面が滑らかに形成され、滑動し易くなっている。このケース１１が転がったり滑ったりしても空気の吸入が妨げられないように、このケース１１には複数の空気吸入口１１１が設けられている。
　また、ケース上部１１ａには、操作ボタン１８１と表示画面１８２とからなるユーザーインターフェース１８が備えられている。
　そのケース１１内には、エアフィルタ１２、吸入サイレンサ１３、制御基板１４、流量センサ１５、圧力センサ１６、吐出サイレンサ１７、およびファンとしてのターボファン５０が配置されている。
　また、このＣＰＡＰ装置１Ａには、前述の通り、ホース２０、バッテリーケース３０、およびケーブル４０が備えられている。
　エアフィルタ１２は、ケース１１に設けられた空気吸入口１１１の直ぐ内側に配置され、空気吸入口１１１から吸入した空気中の塵埃を吸着するフィルタである。
　また、吸入サイレンサ１３は、図４，図５に示すように曲がった吸入流路１３１を有し、空気吸入口１１１から吸入された空気をターボファン５０の空気受入口５３１に導く。この吸入サイレンサ１３は、空気吸入口１１１から吸入した空気の吸入音を低減してターボファン５０に導入する役割を担っている。また、この吸入サイレンサ１３は、その吸音材でターボファン５０を包み込むようにしてターボファン５０を支持し、ターボファン５０の振動がケース１１やその他の部材に伝わるのを抑える役割も担っている。
　ターボファン５０は、ケース１１の空気吸入口１１１から空気を吸入させエアフィルタ１２および吸入サイレンサ１３を経由してきた空気を空気受入口５３１から受け入れて空気送出口５４２から送り出すものである。
　制御基板１４は、医師や患者による初期設定、流量センサにより測定された流量や、圧力センサ１６により測定された圧力に応じてターボファン５０の回転設定速度を算出し、ターボファン５０に向けてその回転速度で回転するよう指示するものである。
　流量センサ１５および圧力センサ１６は、ターボファン５０から送り出された空気の、それぞれ流量、および圧力を測定するセンサである。
　さらに吐出サイレンサ１７は、ターボファン５０の空気送出口５４２に連結されて吐出流路１７１を形成し、ターボファン５０によりその空気送出口５４２から送り出された空気をこの送風ユニット１Ａから吐出させるものである。この吐出サイレンサ１７は、ターボファン５０の空気送出口５４２との間がゴム製のジョイント１７２で連結されている。このジョイント１７２はターボファン５０の振動が吐出サイレンサ１７に伝わって騒音を増長するのを防ぐ役割を担っている。
　この吐出サイレンサ１７の中には整流素子１７３と吸音材１７４が備えられている。整流素子１７３は、ターボファン５０から送り込まれてきた空気の流れを整える役割の部材である。流量センサ１５および圧力センサ１６は、その整流素子１７３の、空気の流れの下流側に連結されている。これにより、空気の乱流による無駄な変動が流量センサ１５や圧力センサ１６に伝えられて流量や圧力の測定値が無駄に変動するのを防止している。
　また、吸音材１７４は、ターボファン５０によりその空気送出口５４２から送り出された空気の流れに伴う音を低減する役割を担っている。この吸音材１７４は、発泡素材、例えば発泡ウレタンあるいは発泡ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）からなる吸音材である。その発泡素材の密度は１０～１００Ｋｇ／ｍ３の範囲内であることが望ましい。
　この吐出サイレンサ１７に備えられた吸音材１７４は、後述する実験データに示されるように、患者の吸気に伴う騒音を有効に低減させる。この吐出サイレンサ１７の空気吐出口１７５には、ホース２０が連結され、ホース２０を経由してマスク２００に空気が送り込まれる。
　バッテリーケース３０内には、バッテリーが内蔵されており、そのバッテリー３０１からの電力がケーブル４０を経由して送風ユニット１０に供給される。このバッテリーケース３０には、内部のバッテリーを充電するためのＡＣアダプタ（不図示）が接続される接続端子３０２が備えられている。バッテリーは、かなりの体積及び重量のある部品であり、送風ユニット１０を小型、軽量にするために、ここでは送風ユニット１０とは別体のバッテリーケース３０を備え、ケーブル４０で接続する構成を採用している。ただし、バッテリーケース３０や大型のバッテリー３０１を備えずに、送風ユニット１０にＡＣアダプタを接続して動作させる構成としてもよい。
　図７は、本実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａの制御ブロック図である。
　ここには、送風ユニット１０からホース２０を経由しマスク２００を通って流れる空気流路ＡＦと、送風ユニット１０の制御システムが示されている。
　前述の通り、送風ユニット１０には、その空気流路ＡＦ上に、エアフィルタ１２、吸入サイレンサ１３、ターボファン５０、整流素子１７３、および吐出サイレンサ１７４が配置されており、ターボファン５０が回転すると空気吸入口１１１（例えば図４参照）から空気を吸入し、エアフィルタ１２によりその空気中の塵埃が除去され、吸入サイレンサ１３により空気の吸入に伴う騒音が低減され、ターボファン５０を経由し、さらに整流素子１７３により整流され、さらに吐出サイレンサ１７４により騒音が低減され、ホース２０を介してマスク２００に送り込まれる。
　マスク２００に送り込まれた空気は、患者の吸気動作により患者の気道に送り込まれ、患者の呼気動作により、リーク穴２０１を通って外部に吐き出される。
　この送風ユニット１０には、操作ボタン１８１と表示画面１８２（例えば図１参照）とからなるユーザーインターフェース１８が備えられている。患者は、表示画面１８２を確認しながら操作ボタン１８１を操作し、固定モードとオートモードとの別、医師により指定されている、ターボファン５０から送り出される空気の圧力範囲、ターボファン５０のオン／オフのタイミング等を設定する。ここで、固定モードは、ターボファン５０から送り出される空気の圧力を指定圧力に固定するモードであり、オートモードは、流量センサ１５や圧力センサ１６による流量や圧力の変化から患者の呼吸の状態を検出し、患者の呼吸の状態に応じて、指定された圧力範囲内で圧力を変化させるモードである。
　ユーザーインターフェース１８で設定された情報は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｓｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１４１に入力される。また、流量センサ１５や圧力センサ１６で測定された空気流量や空気圧力もＭＰＵ１４１に入力される。ＭＰＵ１４１では、それらの情報を基にターボファン５０の回転数を算出する。このＭＰＵ１４１における算出結果はモータ駆動回路１４２に伝達され、モータ駆動回路１４２はその算出結果に基づいてターボファン５０を駆動する。
　これら流量センサ１５、圧力センサ１６、およびＭＰＵ１４１は、送風ユニット１０に内蔵された制御基板１４（例えば図３参照）に搭載されている。この制御基板１４にはバッテリー３０１から電力が供給されて、電力が必要な各部に分配される。また、モータ駆動回路１４２も、制御基板１４に搭載されている。
　本実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａの１つの特徴は、流体動圧軸受の一形態として空気動圧軸受を備えたターボファン５０を採用していることである。本実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａは、このことによって送風ユニット１０を大幅に小型化、軽量化することに成功している。
　ここで、本実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａで採用されている空気動圧軸受を備えたターボファンについて説明する。ここで説明するターボファンは、動作原理上は、前掲の特許文献３，４に開示されたものと同じである。
　図８は、第１実施形態のＣＰＡＰ装置で採用されているターボファンの外観斜視図、図９は、そのターボファンの平面図である。
　また、図１０，図１１は、そのターボファンを、それぞれ斜め上方および斜め下方から見た分解斜視図である。
　さらに、図１２は、ターボファン５０の部品であるブレード５２９を示した図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ平面図、側面図、底面図である。
　さらに、図１３は、ターボファン５０の、図９に矢印Ａ－Ａで示す向きの断面図である。
　ここでは、図１３の断面図を中心とし、必要に応じて他の図を参照しながらこのターボファン５０の構造について説明する。
　このターボファン５０は、図１０，図１１に示す通り、大きく分けて、固定子５１、回転子５２、および上カバー５３で構成されている。
　固定子５１は、円環状のシャフトベース５１１を基盤とし、その円環状のシャフトベース５１１の中央の穴５１１ａにシャフト５１２の下部が嵌り込んで固定されている。このシャフト５１２の上端部５１２ａは小径に形成されていて、その上端部５１２ａが嵌り込むように円環状のスラストマグネット（内側）５１３が固定されている。また、シャフトベース５１１の上には回路基板５１４が置かれている。この回路基板５１４にはシャフト５１２を通す穴５１４ａが形成されていてシャフト５１２を取り巻くように広がっている。また、この回路基板５１４はその一部が外側に食み出すように広がっていて、その食み出た部分には外部回路との接続用のコネクタ５１５が配置されている。
　また、この回路基板５１４の上には、シャフト５１２から少し離れてそのシャフト５１２を取り巻く円環状のコイルベース５１６が置かれている。このコイルベース５１６には、周回方向複数箇所に、回路基板５１４に設けられた穴５１４ｂに入り込んでシャフトベース５１１に支えられる脚部５１６ａが設けられている。すなわち、このコイルベース５１６は、脚部５１６ａでシャフトベース５１１に支えられて全体としては回路基板５１４の上面を、シャフト５１２を中心にして一周する形状となっている。
　さらにこのコイルベース５１６上には、全体として円筒形に形成されたコイル５１７が乗り、そのコイル５１７の下端がコイルベース５１６に固定されている。このコイル５１７には、三相パルス電力が供給される。
　また、このシャフトベース５１１には、ケース５１８がネジ５１９でネジ止めされている。
　回転子５２は、ハブ５２１を基盤としている。このハブ５２１の上部には、穴５２１ａが形成されており、その穴５２１ａの縁には円環状のスラストマグネット（外側）５２２が固定されている。このスラストマグネット（外側）５２２の内周面は、極めて狭い間隙を隔ててスラストマグネット（内側）５１３の外周面と対面しており、互いの磁力どうしの吸引力で焼結体５４１とシャフト上端部５１２ａのスラスト方向の接触が避けられている。
　また、このハブ５２１には、円筒状のスリーブ５２４が固定されている。このスリーブ５２４の内周面は、シャフト５１２の外周面と対向しており、スリーブ５２４とシャフト５１２との間にμｍ単位の極めて狭い間隙が形成されている。
　このスリーブ５２４の外周面にはマグネット５２５が固定されそのマグネット５２５の外周面には補強リング５２６が張り付けられている。このターボファン５０の回転子５２は高速で回転するためマグネット５２５が遠心力で割れるおそれがあり、補強リング５２６はその割れを防止するためのものである。この補強リング５２６の外周面は狭い空間を挟んでコイル５１７の内周面と対面している。さらに、そのコイル５１７の外周面側には、そのコイル５１７との間に間隔を空けてバックヨーク５２７が配置されている。このバックヨーク５２７は、マグネット５２５とともに磁気回路を形成しコイル５１７との相互作用を高める役割を担っている。このバックヨーク５２７の下部には、バランスリング５２８が固定されている。このバランスリング５２８は、回転子５２が回転した時のバランスを調整するための部材である。
　また、ハブ５２１には、その上部にブレード５２９（図１１を合わせて参照）が固定されている。ブレード５２９は、回転子５２の回転により空気を送り出す部品である。
　さらに、このブレード５２９の中央下部には、焼結体５４１が固定されている。この焼結体５４１は、固定子５１と回転子５２との間の空隙にダンパー効果を持たせるためのもので、回転子５２がスラスト方向に移動しようとした際に、このダンパー効果により回転子５２の急激な移動を抑制することができるため、回転子５２が、固定子５１に対して非接触で高速回転することを可能としている。また、この焼結体５４１は、固定子５１のシャフト５１２の上端部５１２ａと対面する位置にある。これは、この焼結体５４１に、例えば空気送出側の空気抵抗が高まってブレード５２９の上下で圧力差が生じ、ブレード５２９がその圧力差によって固定子５１側に移動したときに、焼結体５４１をシャフト５１２の上面に突き当ててブレード５２９等の破損を防止する役割を担っている。また、ブレード５２９には、バイパス穴５２９ａが形成されている。このバイパス穴５２９ａは、空気送出側の空気抵抗が高まったり空気取入れ側が塞がれたときに、そのバイパス穴５２９ａを空気が流れ、ブレード５２９の内側と外側との間の圧力差を低減し、ブレード５２９等の移動を抑制する役割を担っている。
　図１０，図１１に示すように、上カバー５３にはその上部に空気受入口５３１が設けられ、側部には固定子５１側の半円筒部５４２ａと共同して筒状の空気送出口５４２を形成する半円筒部５４２ｂが形成されている。この上カバー５３は、その側面に下に突出させて形成された係止部５３３に設けられた係止穴５３３ａと固定子５１のケース５１８の側面に形成された係止突起５４３が嵌り合うことにより、固定子５１のケース５１８に、ブレード５２９との間に間隔を少し空けた状態に固定される。この上カバー５３の中央には、下向きに露出したストッパ５３２が設けられている。このストッパ５３２は、例えば空気取入口５３１が塞がれたり、あるいはさらに上流側が塞がれて空気取入口５３１に空気が流入しない状態が生じたときにブレード５２９の内外の圧力差により回転子５２が浮き上がりぎみとなるが、このときにブレード５２９の上部中央をこのストッパ５３２に突き当てることによりブレード５２９の破損を防ぐためのものである。
　このターボファン５０は以上の構造を備えたものであり、コイル５１７に三相パルス電力が印加され、回転子５２は、その三相パルスの繰返し周波数に応じた回転数で回転する。
　ここで、このターボファン５０は固定子５１と回転子５２との間が非接触であってそれらの間に空気動圧軸受を備えた構造であり、高速回転に適し、小径かつ軽量でＣＰＡＰ装置として必要な圧力と風量を作り出すことができるファンである。
　図１４は、実験装置の模式図である。
　無響室６００内に人間の頭部の形状を模倣しマスクを装着させたダミーヘッド６０５を置き、無響室６００の外に置いたファン６０１とそのダミーヘッド６０５との間を長さ約２．５ｍのホース６０４で連結した。ファン６０１の空気出口には、流量計６０２と圧力計６０３を配置し流量と圧力を測定した。またダミーヘッド６０５には、呼吸シミュレータ６０６を連結した。この呼吸シミュレータ６０６は吸気や呼気をシミュレートする機能を有する人間の肺に相当するものであり、ダミーヘッド６０５の近傍（人間の耳に相当する位置）に騒音計６０７を配備しておき、呼吸シミュレータ６０６による呼吸シミュレート時の騒音を測定した。
　ここでは、ファン６０１として、一般的に市販されている据置型のＣＰＡＰ装置に内蔵されているファン（ブレード直径：約５３ｍｍ、重量：約２４０ｇ）（以下、このファンを「比較例のファン」あるいは単に「比較例」と称する）と、本実施形態において使用されるターボファンと同等のファン（ブロード径：２９ｍｍ、重量約４０ｇ）（以下、このファンを「実施例のファン」あるいは単に「実施例」と称する）を用いた。実施例のファンは、基本的には図７～図１３を参照して説明した、空気動圧軸受構造のファンである。
　図１５は、圧力が１．２ｋＰａ、流量が５０Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）のときの比較例と実施例のファンの騒音を示した図である。ただし「実施例のファン」は、サイレンサを備えていない、ファンのみの場合である。横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は騒音レベル（ｄＢＡ）である。この流量５０Ｌ／ｍｉｎは、呼吸停止時（呼気と吸気の間の時間）に相当する。５ｋＨｚ～７ｋＨｚ程度の音が大きいと耳障りな音として感じ易く、この周波数帯の音を低減することが求められる。５ｋＨｚ～７ｋＨｚの騒音レベルを見ると、この図１５に示す圧力１．２ｋＰａ、流量５０Ｌ／ｍｉｎ（呼吸停止時）のとき、比較例と比べ実施例の方が騒音が若干大きい。
　図１６は、圧力が１．２ｋＰａ、流量が１１０Ｌ／ｍｉｎのときの比較例と実施例のファンの騒音を示した図である。この、圧力１．２ｋＰａ、流量１１０Ｌ／ｍｉｎは、吸気時に相当する。ここでも「実施例のファン」はサイレンサを備えておらず、ファンのみの場合である。
　この図１６に示す圧力１．２ｋＰａ、流量１１０Ｌ／ｍｉｎ（吸気時）のとき、比較例のファンと比べ実施例のファンの方が騒音が大きくなっている。聴覚的には、吸気時に‘シュー’という音が聞こえる。
　図１７は、比較例のファンの、呼吸停止時と吸気時の騒音を示した図である。
　また図１８は、実施例のファンの、呼吸停止時と吸気時の騒音を示した図である。
　図１７と図１８とを比較すると、５ｋＨｚ～７ｋＨｚ付近について、図１８（実施例のファン）の方が呼吸停止時と比べたときの吸気時の騒音の増加分が大きいことが分かる。
　図１９は、呼吸停止時における、実施例のファンの騒音レベルと比較例のファンの騒音レベルとの差分を示した図である。すなわち、この図１９は、図１５に示す２つのグラフの差分を表わしている。
　また図２０は、吸気時における、実施例のファンの騒音レベルと比較例のファンの騒音レベルとの差分を示した図である。すなわち、この図２０は、図１６に示す２つのグラフの差分を表わしている。
　これら図１９，図２０から分かるように呼吸停止時（図１９）、吸気時（図２０）の双方において比較例のファンよりも実施例のファンの方が騒音が大きく、吸気時（図２０）に騒音が特に大きくなっていることが分かる。
　実施例のファンを採用すると、比較例のファンを採用した従来型のＣＰＡＰ装置と比べ大幅に小型化、軽量化が図られるが、以上の通り、騒音の点からは大きく不利となっている。これは実施例のファンの方が小型である分、高速回転させることで比較例のファンと同一流量の空気を送る必要があるからである。また、流量の変化に対するファンの回転数の変化が大きくなることも不利な要因となっている。
　そこで、次に実施例のファンの空気出口側に吐出サイレンサを取り付けた場合の実験データを紹介する。
　図２１は、吸気時の吐出サイレンサの吸音材の長さを変えたときの騒音レベルの変化を示した図である。
　ここでは、吸音材として発泡ウレタンを採用している。図５に示す厚さｔは、ｔ＝１０ｍｍとし、この図２１には、図５に示す長さＬがＬ＝１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍの３種類のときの騒音レベルが示されている。また、この図２１には、吐出サイレンサを備えないときの騒音レベル（図１６参照）も示されている。吐出流路の直径ＤはＤ＝１２ｍｍである。
　図２２は、図２１から読み取って得た、吐出サイレンサを構成する吸音材の長さに対する、７ｋＨｚの騒音レベルを示した図である。
　図２１，図２２から分かる通り、吸音材の長さが長いほど吸音の効果があり、騒音レベルが低下している。具体的には図１４に示す実験条件の下では、Ｌ＝２０ｍｍ程度の吐出サイレンサを備えれば比較例のファンよりも騒音を下げることができる。
　図２３は、吸気時の吐出サイレンサの吸音材の厚みを変化させたときの騒音レベルの変化を示した図である。
　吸音材としては、図２１の場合と同じく発泡ウレタンを採用している。ここでは吸音材の長さＬはＬ＝３０ｍｍに固定し、厚みｔをｔ＝５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍに変化させた。またここには、吐出サイレンサ自体を備えないときの騒音レベル（図６参照）も示されている。
　図２４～図２６は、図２３から読み取った、それぞれ１ｋＨｚ，３．５ｋＨｚ，および５．５ｋＨｚの騒音レベルを示した図である。
　これらの図から分かるように、吸音材の厚みが薄いほど高い周波数の騒音レベルを低減させるのに効果がある。
　したがって、発泡素材からなる吸音材を採用した吐出サイレンサを用いると、その厚みや長さの調整によって、狙った周波数帯域の騒音を効果的に低減させることができる。
　すなわち、空気動圧軸受のファンを採用することで大幅な小型化、軽量化を実現することができ、その空気動圧軸受のファンを採用したときに問題となる騒音については、吐出サイレンサを備えることで効果的に低減させることができる。言い換えると、空気動圧軸受のファンと吐出サイレンサとの組合せにより、小型化、軽量化と、低騒音化を高い次元で両立させることができる。
　以上で第１実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａの説明を終了し、以下、第２実施形態以降の各実施形態を説明する。尚、第２実施形態以降の各実施形態を示す図には、分かり易さのため、形状等の相違があっても第１実施形態のＣＰＡＰ装置を形成する部品等に機能的に対応する部品等には、上述の第１実施形態の説明に用いた各図に付した符号と同一の符号を付して示し、各実施形態に特徴的な構成部分についての説明にとどめる。
　図２７は、第２実施形態のＣＰＡＰ装置からケースおよび吸入サイレンサを取り除いて、ファンや吐出サイレンサ等を斜め上から眺めたときの透視図である。この図２７は、第１実施形態のＣＰＡＰ装置の説明に用いた図６に相当する図である。
　この第２実施形態のＣＰＡＰ装置１Ｂを構成する吐出サイレンサ１７は、ターボファン５０側に吸音材１７４が備えられ、整流素子１７３はその吸音材１７４よりも空気の流れの下流側に配置されている。流量センサ１５および圧力センサ１６は、整粒素子１７３の下流側に連結されている。
　このように、吸音材１７４と整流素子１７３は、いずれが上流側、下流側に配置されていてもよい。
　図２８は、第３実施形態のＣＰＡＰ装置の分解斜視図である。
　また、図２９は、図２８に分解斜視図を示すＣＰＡＰ装置の送風ユニットの断面図である。
　これら図２８，図２９に示す第３実施形態のＣＰＡＰ装置１Ｃの送風ユニットは、前述の第１実施形態のＣＰＡＰ装置１Ａの送風ユニット（図１，図２参照）と比べ角ばった形状のケース１１となっている。第１実施形態の送風ユニットの場合、患者の就寝時の姿勢の変化に応じて転がるように丸い形状のケースとなっているが、ここでは、例えば、就寝時の患者の掛布団の上に置くことなどを想定しており、送風ユニット１０の姿勢の安定性が重視されている。患者の寝返り等で姿勢を変えたとき、この第３実施形態の送風ユニット１０は主には滑動することで患者の姿勢の変化に追随する。
　図３０は、第４実施形態のＣＰＡＰ装置の、ファンと吐出機構の断面図である。
　この第４実施形態のＣＰＡＰ装置１Ｄは、送風ユニット１０内の吐出サイレンサ１７を構成している吸音材１７４は、空気の流れの上流側から下流側に向かって連続的にその厚みｔが薄くなっている。前述の実験データ、特に図２３～図２６に示す吸音材の厚みｔを変化させた実験データから容易に推測できる通り、厚みｔを変化させることで、広い周波数帯域の騒音の低減が期待できる。
　図３１は、第５実施形態のＣＰＡＰ装置の、ファンと吐出機構の断面図である。
　この第５実施形態のＣＰＡＰ装置１Ｅは、送風ユニット１０内の吐出サイレンサ１７の吸音材１７４は、その厚みｔが、両端部では厚く（ｔ＝ｔ１）、中央部では薄い（ｔ＝ｔ２）。このことから、図３０に示す第４実施形態の場合と同様、広い周波数帯域の騒音の低減が期待できる。さらに、この第５実施形態の吐出サイレンサ１７の場合、両端部と中央部とで吐出流路１７１の断面積も変化しており、このことによっても騒音低減効果が期待できる。
　なお、ここでは、空気動圧軸受を備えたものについて説明したが、オイル動圧軸受を備えたものであっても同様の効果を得ることができる。
　１Ａ～１Ｅ　　ＣＰＡＰ装置
　１０　　送風ユニット
　１１　　ケース
　１２　　エアフィルタ
　１３　　吸入サイレンサ
　１４　　制御基板
　１５　　流量センサ
　１６　　圧力センサ
　１７　　吐出サイレンサ
　１８　　ユーザーインターフェース
　２０　　ホース
　３０　　バッテリーケース
　４０　　ケーブル
　５０　　ターボファン
　５１　　固定子
　５２　　回転子
　５３　　上カバー
　１１１　　空気吸入口
　１３１　　吸入流路
　１４１　　ＭＰＵ
　１４２　　モータ駆動回路
　１７１　　吐出流路
　１７２　　ジョイント
　１７３　　整流素子
　１７４　　吸音材
　１７５　　空気吐出口
　１８１　　操作ボタン
　１８２　　表示画面
　２００　　マスク
　２０１　　リーク穴
　３００　　患者
　３０１　　バッテリー
　３０２　　接続端子
　５１１　　シャフトベース
　５１１ａ，５１４ａ，５１４ｂ，５２１ａ　　穴
　５１２　　シャフト
　５１２ａ　　上端部
　５１３　　スラストマグネット（内側）
　５１４　　回路基板
　５１５　　コネクタ
　５１６　　コイルベース
　５１６ａ　　脚部
　５１７　　コイル
　５１８　　ケース
　５１９　　ネジ
　５２１　　ハブ
　５２２　　スラストマグネット（外側）
　５２４　　スリーブ
　５２５　　マグネット
　５２６　　補強リング
　５２７　　バックヨーク
　５２８　　バランスリング
　５２９　　ブレード
　５２９ａ　　バイパス穴
　５３１　　空気受入口
　５３２　　ストッパ
　５３３　　係止部
　５３３ａ　　係止穴
　５４１　　焼結体
　５４２　　空気送出口
　５４２ａ，５４２ｂ　　半円筒部
　５４３　　係止突起
　６００　　無響室
　６０１　　ファン
　６０２　　流量計
　６０３　　圧力計
　６０４　　ホース
　６０５　　ダミーヘッド
　６０６　　呼吸シミュレータ
　６０７　　騒音計

Claims (5)

  1. 　空気吸入口を有する筐体と、
    　空気受入口と空気送出口とを有し流体動圧軸受を備えて前記空気吸入口から空気を吸入させ該空気を該空気受入口から受け入れて該空気送出口から送り出すファンと、
    　前記空気送出口に連結され前記ファンにより該空気送出口から送り出された空気の流れに伴う音を低減する吐出サイレンサとを備えた送風ユニットを具備し、
    　空気取入口を有し患者の外鼻孔あるいは鼻を覆うように該患者頭部に取り付けられて該空気取入口から取り入れた空気を該患者の気道に供給する鼻カニューレあるいはマスクの該空気取入口と前記送風ユニットとをホースで繋ぎ該送風ユニットから送り出された空気を該鼻カニューレあるいは該マスクに送り込むことを特徴とするＣＰＡＰ装置。
  2. 　上記吐出サイレンサが、発泡素材からなる吸音材を備えたサイレンサであることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。
  3. 　前記空気吸入口から吸入された空気を前記空気受入口に導く吸入流路が形成された吸音材を有し、該吸音材で前記ファンを包み込むようにして該ファンを支持する吸入サイレンサをさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のＣＰＡＰ装置。
  4. 　前記空気送出口と前記吐出サイレンサが弾性体からなるジョイントで接続されていることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項記載のＣＰＡＰ装置。
  5. 　空気吸入口を有する筐体と、
    　空気受入口と空気送出口とを有し流体動圧軸受を備えて前記空気吸入口から空気を吸入させ該空気を該空気受入口から受け入れて該空気送出口から送り出すファンと、
    　前記空気送出口に連結され前記ファンにより該空気送出口から送り出された空気の流れに伴う音を低減する吐出サイレンサとを備え、
    　空気取入口を有し患者の外鼻孔あるいは鼻を覆うように該患者頭部に取り付けられて該空気取入口から取り入れた空気を該患者の気道に供給する鼻カニューレあるいはマスクの該空気取入口に接続されたホースに空気を送り込むことを特徴とする送風ユニット。
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