WO2018135549A1

WO2018135549A1 - 流体制御装置

Info

Publication number: WO2018135549A1
Application number: PCT/JP2018/001283
Authority: WO
Inventors: 滋辻
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2018-07-26
Also published as: JPWO2018135549A1; JP6780711B2

Abstract

流体制御装置１０は、ファン２２と、ファン２２を駆動するモータ２３と、モータ２３を制御する制御ユニット３０とを有している。制御ユニット３０は、第１の圧力制御部４１と第２の圧力制御部４２とを有している。第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１に基づいて第１の速度指令Ｂ１を生成する。従って、この第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１による速度制御を行う。第２の圧力制御部４２は、圧力指令値Ｐ１と測定圧力値Ｐｆとの偏差に基づいて第２の速度指令Ｂ２を生成する。従って、この第２の圧力制御部４２は、流体の圧力をフィードバックした速度制御を行う。切替制御部４７は、吸気から呼気への切り替わりを検知した場合に第２の圧力制御部４２を無効とする。

Description

流体制御装置

　本発明は、例えば陽性気道圧（ＰＡＰ：Positive Airway Pressure）のために用いられる流体制御装置に関する。

　従来、閉塞性睡眠時無呼吸症候群（ＯＳＡ）などの睡眠関連の障害の治療用として、例えば、持続陽性気道圧（ＣＰＡＰ：Continuous Positive Airway Pressure）装置（以下、ＣＰＡＰ装置）等の流体制御装置が用いられる。例えばＣＰＡＰ装置は、ファンを内蔵した装置本体を有し、患者の顔に装着されたマスクに装置本体から大気圧より高い一定の圧力で気体（例えば空気）を供給する。

　ところで、常時一定の圧力にて気体を供給すると、呼気状態、つまり息を吐くときにも一定の圧力の気体が供給されるため、患者が息苦しさを感じる場合がある。流体の圧力を低下させるため、例えば、ファンを惰性で動くことを可能とすることやブレーキングすること等が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１－３６６９９号公報

　ところで、上記の流体の圧力は、短時間で変更することが求められる。しかしながら、ファンを惰性で動かすものでは、圧力の低下に時間がかかる。また、ブレーキングするものでは、ブレーキのために装置の大型化を招く虞がある。

　本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、大型化を抑制し、流体の圧力の制御性のよい流体制御装置を提供することにある。

　上記課題を解決する流体制御装置は、陽性気道圧のために用いられる流体制御装置であって、ファンと、前記ファンを回転駆動する駆動部と、前記ファンを収容し、前記ファンの回転駆動によって流体を流入する流入口と、前記ファンの回転駆動によって前記流体を吐出する吐出口とを有する筐体と、前記吐出口を鼻腔又は口腔と連通させる連通路と、前記連通路又は前記筐体に配置され、前記流体の流速又は流量を検知可能な検知部と、前記連通路又は前記筐体に配置され、前記連通路内又は前記筐体内の圧力を測定した測定圧力値を出力する圧力測定部と、予め定められた所定の圧力指令値に基づいて前記ファンの回転速度に係る第１の速度指令を生成する第１の圧力制御部と、前記圧力指令値と前記測定圧力値との偏差に基づいて前記ファンの回転速度に係る第２の速度指令を生成する第２の圧力制御部と、前記第１の速度指令と前記第２の速度指令とに基づいて前記駆動部に対する駆動指令を生成する駆動指令生成部と、前記駆動指令値に基づいて前記駆動部に駆動電流を供給する電流供給部と、前記検知部が所定の値より低い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記第２の圧力制御部を無効とする切替制御部と、を有する。

　この構成によれば、第１の圧力制御部は、圧力指令値に基づいて第１の速度指令を生成する。第２の圧力制御部は、圧力指令値と測定圧力値との偏差に基づいて第２の速度指令を生成する。第１の速度指令と第２の速度指令に基づいて駆動されるファンによる圧力の流体が吐出される。従って、第１の圧力制御部は、圧力指令値によるフィードフォワードにより圧力制御を行い、第２の圧力制御部は、圧力指令値に対して流体の圧力をフィードバックした圧力制御を行う。このため、所定の値より低い流体の流量又は流速を検知した場合に第２の圧力制御部を無効とすることにより、フィードバックによる遅れの影響がなくなり、第１の圧力制御部による圧力フィードフォワード制御のみにより流体の圧力が短時間で変更され、流体の圧力の制御性がよい。そして、ファンの回転速度の変更にブレーキ等の機構を必要としないため、装置の大型化が抑制される。

　上記の流体制御装置は、前記ファンの回転速度を測定する速度測定部を有し、前記切替制御部は、前記検知部が前記所定の値より低い前記流体の流量又は流速を検知した後、前記ファンの回転速度が前記駆動指令によるファンの回転速度と等しいときに呼気時の圧力に達したと判定し、前記第２の圧力制御部を有効とすることが好ましい。

　この構成によれば、第１の圧力制御部のみにより、測定したファンの回転速度が駆動指令によるファンの回転速度と一致するまで短時間でファンの回転速度が変更され、そのファンによる流体の圧力が変更される。そして、測定したファンの回転速度が駆動指令によるファンの回転速度と等しくなった場合に吸気時の圧力に達したと判定して第２の圧力制御部を有効とすることにより圧力フィードバック制御が働き、安定した圧力の流体が吐出される。

　上記の流体制御装置において、前記検知部は、前記所定の値より低い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記圧力指令値を基準圧力指令値より低い値とすることが好ましい。

　この構成によれば、第１の圧力制御部による圧力フィードフォワード制御のみにより駆動指令が生成され、流体の圧力が短時間で変更される。そして、呼吸状態に応じた圧力の流体が吐出される。

　上記課題を解決する流体制御装置は、陽性気道圧のために用いられる流体制御装置であって、ファンと、前記ファンを回転駆動する駆動部と、前記ファンを収容し、前記ファンの回転駆動によって流体を流入する流入口と、前記ファンの回転駆動によって前記流体を吐出する吐出口とを有する筐体と、前記吐出口を鼻腔又は口腔と連通させる連通路と、前記連通路又は前記筐体に配置され、前記流体の流量又は流速が所定の値より高い若しくは低いかを検知可能な検知部と、前記連通路又は前記筐体に配置され、前記流体の圧力を測定した測定圧力値を出力する圧力測定部と、予め定められた所定の圧力指令値に基づいて前記ファンの回転速度に係る第１の速度指令を生成する第１の圧力制御部と、前記圧力指令値と前記測定圧力値との偏差に基づいて前記ファンの回転速度に係る第２の速度指令を生成する第２の圧力制御部と、前記第１の速度指令と前記第２の速度指令とに基づいて前記駆動部に対する駆動指令を生成する駆動指令生成部と、前記駆動指令値に基づいて前記駆動部に駆動電流を供給する電流供給部と、前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記第２の圧力制御部を無効とする切替制御部と、を有する。そして、ファンの回転速度の変更にブレーキ等の機構を必要としないため、装置の大型化が抑制される。

　この構成によれば、第１の圧力制御部は、圧力指令値に基づいて第１の速度指令を生成する。従って、この第１の圧力制御部は、圧力指令値による速度制御を行う。第２の圧力制御部は、圧力指令値と測定圧力値との偏差に基づいて第２の速度指令を生成する。従って、この第２の圧力制御部は、流体の圧力をフィードバックした速度制御を行う。このため、所定の値より高い流体の流量又は流速を検知した場合に第２の圧力制御部を無効とすることにより、フィードバックによる遅れの影響がなくなり、第１の圧力制御部による圧力フィードフォワード制御によって流体の圧力が短時間で変更され、流体の圧力の制御性がよい。そして、ファンの回転速度の変更にブレーキ等の機構を必要としないため、装置の大型化が抑制される。

　上記の流体制御装置は、前記ファンの回転速度を測定する速度測定部を有し、前記切替制御部は、前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知した後、前記ファンの回転速度が前記駆動指令によるファンの回転速度と等しいときに吸気時の圧力に達したと判定し、前記第２の圧力制御部を有効とすることが好ましい。

　この構成によれば、第１の圧力制御部により、測定したファンの回転速度が駆動指令によるファンの回転速度と一致するまで短時間でファンの回転速度が変更され、そのファンによる流体の圧力が変更される。そして、測定したファンの回転速度が駆動指令によるファンの回転速度と等しくなった後は第２の圧力制御部が有効とされてその第２の圧力制御部による圧力フィードバック制御と第１の圧力制御部による圧力フィードフォワード制御とにより流体の圧力が目標値としての圧力指令値にて安定となる。

　上記の流体制御装置において、前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記圧力指令値を吸気時の圧力である基準圧力指令値とすることが好ましい。

　この構成によれば、第１の圧力制御部による圧力フィードフォワード制御のみによって駆動指令が生成され、流体の圧力が短時間で変更される。そして、吸気において基準圧力値の流体が吐出される。

　上記の流体制御装置において、前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知することが、呼気から吸気への切り替わりを検知していることが好ましい。
　この構成によれば、連通路内又は筐体内の流体の流量又は流速と所定の値とに基づいて、呼気から吸気への切り替わりを検知することができる。

　上記の流体制御装置において、前記第１の圧力制御部は、前記圧力指令値を速度指令に変換する第１の変換部と、前記第１の変換部にて変換された速度指令を増幅して前記第１の速度指令を出力する第１の増幅部とを有し、前記第２の圧力制御部は、前記圧力指令値と前記測定圧力との偏差である偏差圧力値を算出する算出部と、前記偏差圧力値を速度指令に変換する第２の変換部と、前記第２の変換部にて変換された速度指令を増幅して前記第２の速度指令を出力する第２の増幅部とを有し、前記切替制御部は、前記第２の増幅部の増幅率βを「１」として前記第２の圧力制御部を有効とし、前記増幅率βを「０」として前記第２の圧力制御部を無効とし、前記第２の圧力制御部を無効としたときに前記第１の増幅部の増幅率αを１とし、前記第２の圧力制御部を有効としたときに前記第１の増幅部の増幅率αを１＞α＞０の範囲の値とすることが好ましい。

　この構成によれば、第２の圧力制御部に含まれる第２の増幅部の増幅率βを変更することにより、第２の圧力制御部の有効と無効が容易に設定される。そして、第２の圧力制御部を有効としたときに第１の圧力制御部に含まれる第１の増幅部の増幅率αを１＞α＞０の範囲とする。増幅率αが大きいほど第１の圧力制御部による圧力フィードフォワード制御の割合が大きくなり、圧力制御の応答性がよくなるが、外乱の影響を受けやすくなる。このため、増幅率αは、応答性と外乱による影響を考慮した値に設定することで、応答性が良く外乱による影響を受け難い圧力制御を行うことを可能とすることができる。

　本発明の流体制御装置によれば、大型化を抑制し、流体の圧力を短時間で制御することができる。

（ａ）は流体制御装置の側断面図、（ｂ）は流体制御装置の平断面図。流体制御装置の使用状態を示す概略図。流体制御装置の電気的構成を示すブロック図。制御部の概略構成を示すブロック図。呼気と吸気の判定を示す波形図。流体の圧力制御を示す波形図。別の呼気と吸気の判定を示す波形図。別の流体の圧力制御を示す波形図。

　以下、各形態を説明する。
　なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。

　図２に示すように、流体制御装置１０は、例えば陽性気道圧（ＰＡＰ：Positive Airway Pressure）装置として用いられる。流体制御装置１０は、チューブ６１を介してマスク６２に接続される。マスク６２は、患者６３の顔に装着される。流体制御装置１０は、チューブ６１とマスク６２を介して患者６３に所望の圧力の気体（例えば空気）を供給する。また、流体制御装置１０は、患者６３の状態（例えば呼気時）を判定し、患者の状態に応じて患者６３に供給する気体の圧力を制御する。

　流体制御装置１０は、筐体１１と、筐体１１の上面に配置された表示部１２と操作部１３とを備えている。流体制御装置１０は、設定値を含む各種情報を表示部１２に表示する。また、流体制御装置１０は、操作部１３の操作に基づいて、設定値を含む各種情報を設定する。

　流体制御装置１０は、マスク６２が装着された患者６３の呼気タイミングを推定する。そして、推定した呼気タイミングにて、供給する気体の圧力値を制御する。例えば、流体制御装置１０は、基準圧力値にて気体を供給する。基準圧力値は、例えば医師により指定された吸気時の圧力値であり、例えば１０００［Ｐａ］である。そして、流体制御装置１０は、推定した呼気タイミングにて、供給する気体の圧力を呼気時圧力値に変更する。呼気時圧力値は、例えば７００［Ｐａ］である。つまり、流体制御装置１０は、患者６３の状態（呼気、吸気）に応じて供給する気体の圧力を、基準圧力値と呼気時圧力値とに交互に制御する。患者６３が呼気状態であるときに、供給する気体の圧力を低下させることで、患者６３における息苦しさを低減する。

　図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、流体制御装置１０は、筐体１１と、筐体１１に内設されたファンユニット２０及び制御ユニット３０を有している。筐体１１は、気体を吸入するための流入口１４と、吸入した気体を吐出するための吐出口１５とを有している。吐出口１５には、図２に示すチューブ６１が連結される。筐体１１の内部は、立設された区画壁１６によって区画された送風室１７と制御室１８とを有している。

　図１（ｂ）に示すように、送風室１７にはファンユニット２０が配設されている。ファンユニット２０は、ファンケース２１と、ファンケース２１に収容されたファン２２と、ファン２２を駆動する駆動源としてのモータ２３とを有している。

　ファンケース２１は、下方に開口する吸入口２１ａと、側面に突出する排出路２１ｂとを有している。ファンケース２１の排出路２１ｂは、筐体１１の吐出口１５に挿通されている。モータ２３はファンケース２１の上面に取着され、そのモータ２３の回転軸２３ａはファンケース２１内に挿入されている。ファン２２は、モータ２３の回転軸２３ａに取着されている。

　ファン２２は例えば遠心ファンである。モータ２３によってファン２２が回転駆動されると、図１（ａ）に矢印にて示すように気体が流入口１４から送風室１７の内部へと取り込まれる。更に、矢印にて示すように、気体は、送風室１７内から吸入口２１ａを介してファンケース２１の内部へと吸入される。そして、ファンケース２１内部の気体は、排出路２１ｂから吐出される。その吐出される気体は、筐体１１の吐出口１５から、図２に示すチューブ６１及びマスク６２を介して患者６３へと送られる。

　制御室１８には制御ユニット３０が配設されている。制御ユニット３０は、例えば、回路基板と、回路基板に実装された複数の電子部品とを含む。制御ユニット３０は、後述する各種センサによる検出結果に基づいてファン２２を回転駆動する。また、制御ユニット３０は、各種センサによる検出結果に基づいて、患者６３の状態（例えば呼気タイミング）を推定する。そして、制御ユニット３０は、推定した患者６３の状態に基づいて、排出路２１ｂから患者６３に供給する気体の圧力を制御する。

　図３は、流体制御装置１０の電気的構成を示す。
　図３に示すように、流体制御装置１０は、表示部１２、操作部１３、モータ２３、制御ユニット３０、圧力センサ３１、流量センサ３２、モータアンプ３３、ホールセンサ３４を有している。

　圧力センサ３１は、図１（ａ）に示す排出路２１ｂ等に設けられ、ファンケース２１の内部の圧力を検出し、圧力検出信号を出力する。
　流量センサ３２は、例えば、図１に示す排出路２１ｂ等に設けられる。流量センサ３２は、その流量センサ３２に流れる（流量センサ３２を通過する）流体の流量を測定する。

　ホールセンサ３４は、モータ２３の回転速度（実回転数）を測定するために設けられる。ホールセンサ３４は、モータ２３に設けられ、モータ２３の回転に応じた信号を出力する。モータアンプ３３は、ホールセンサ３４の出力信号を制御ユニット３０に伝え、制御ユニット３０は、モータ２３の回転速度の情報を得る。つまり、制御ユニット３０とモータアンプ３３とホールセンサ３４とは、モータ２３の回転速度を測定する速度測定部として機能する。そして、制御ユニット３０は、所望の圧力にて気体を排出するように、モータ２３の回転速度、つまりファン２２の回転速度を制御する。

　制御ユニット３０には、各種設定値が記憶されている。設定値は、基準圧力値、減圧量、流量判定値、を含む。
　制御ユニット３０は、圧力センサ３１により検出された実圧力値と、設定値に含まれる基準圧力指令に基づいて、モータ２３の回転数を決定する。そのモータ２３の回転により、流体制御装置１０から気体が吐出される。制御ユニット３０は、基準圧力指令と減圧量とに基づいて圧力指令値を算出する。制御ユニット３０は、圧力指令値と実際の圧力値の差に基づいて、流体制御装置１０が吐出する気体の圧力を制御する。

　制御ユニット３０は、流量センサ３２の測定結果（気体の流量）に基づいて患者６３の呼吸状態（呼気、吸気）を検出する。例えば、患者６３が吸気状態のとき、図２に示すチューブ６１及びマスク６２を介して流体制御装置１０から患者６３へ気体が供給される。このとき、本実施形態の流量センサ３２は、例えば正の測定値を出力するように構成される。一方、患者６３が呼気状態のとき、図２に示すマスク６２及びチューブ６１を介して流体制御装置１０に向かって気体が流れる。このとき、本実施形態の流量センサ３２は、例えば負の測定値を出力するように構成される。また、制御ユニット３０には、測定した流量を使用して流体制御装置１０から吐出される気体の圧力を制御する機能を別途付け加えておいてもよい。

　図５に示すように、流量センサ３２の測定結果、つまり、チューブ６１における気体の流量は、正の値と負の値とを交互に繰り返す。したがって、流量センサ３２の測定結果（流量値）が正の場合に患者６３は吸気状態にあり、測定結果（流量値）が負の場合に患者６３は呼気状態にあると判定することができる。

　制御ユニット３０は、患者６３の呼吸状態に基づいて、上述の減圧量を変更する。つまり、制御ユニット３０は、患者６３の呼吸状態に基づいて圧力指令値を変更する。例えば、制御ユニット３０は、患者６３が呼気状態にあるとき、基準圧力指令に減圧量を加味した値を圧力指令値とする。この場合の減圧量は、患者６３に応じて設定される。これにより、患者６３に供給される気体の圧力が低くなる。また、制御ユニット３０は、患者が吸気状態にあるときに、圧力指令値を基準圧力指令と等しくする、つまり減圧量を「０」とする。これにより、患者６３に基準圧力の気体が供給される。

　図４は、制御ユニット３０の一部ブロック図を示し、モータ２３（図中「Ｍ」と表記）ひいてはファン２２の駆動に係る制御ブロックを示す。
　制御ユニット３０は、第１の圧力制御部４１、第２の圧力制御部４２、演算部４３、ローパスフィルタ（図中「ＬＰＦ」と表記）４４、演算部４５、モータアンプ（図中「ＡＭＰ」と表記）３３、切替制御部４７を有している。

　演算部４３には、指令値（設定値）として基準圧力指令値Ｐ０が供給される。また、演算部４３には、切替制御部４７の判定結果に応じた減圧量Ｐｃが供給される。演算部４３は、基準圧力指令値Ｐ０から減圧量Ｐｃを減算する、つまり基準圧力指令値Ｐ０と減圧量Ｐｃの偏差を算出し、その算出結果を圧力指令値Ｐ１として出力する。圧力指令値Ｐ１は、第１の圧力制御部４１と第２の圧力制御部４２とに供給される。

　第１の圧力制御部４１は、変換部４１ａと増幅部４１ｂとを有している。圧力指令値Ｐ１は、変換部４１ａに供給される。変換部４１ａは、圧力指令値Ｐ１に対応する速度指令Ｓ１を増幅部４１ｂに出力する。速度指令Ｓ１は、モータ２３を駆動する速度指令であり、モータ２３の回転数指令である。そして、この速度指令Ｓ１は、モータ２３によって回転駆動されるファン２２の速度指令（回転数指令）である。

　増幅部４１ｂには、増幅率αが設定されている。増幅率αの値は、切替制御部４７により制御される。増幅部４１ｂは、速度指令Ｓ１に増幅率αを乗算した結果（＝Ｓ１×α）を第１の速度指令Ｂ１として出力する。例えば、増幅率αが「１」に設定されているとき、この増幅部４１ｂは、入力指令、つまり速度指令Ｓ１と等しい値の第１の速度指令Ｂ１を出力する。増幅部４１ｂから出力される第１の速度指令Ｂ１は、演算部４５に供給される。

　なお、増幅率αは１＞α＞０の範囲で設定される。増幅率αがおおきいほど、第１の圧力制御部４１による圧力フィードフォワード制御の割合が大きくなり、圧力制御の応答性が良くなる一方、外乱の影響を受けやすくなる。このため、増幅率αは、応答性と外乱による影響を考慮した値に設定することが好ましい。このように考慮した値を増幅率αに設定することで、応答性が良く外乱の影響を受け難い圧力制御を可能とすることができる。

　第２の圧力制御部４２は、演算部４２ａと変換部４２ｂと増幅部４２ｃとを有している。上述の圧力指令値Ｐ１は、演算部４２ａに供給される。演算部４２ａには、ローパスフィルタ４４から出力される測定圧力値Ｐｆが供給される。このローパスフィルタ４４には、圧力センサ３１により検出された圧力検出値Ｐｒが供給される。ローパスフィルタ４４は、所定の時定数（例えば２ｓ）のローパスフィルタである。このローパスフィルタ４４により、圧力検出値Ｐｒの高周波ノイズを除去し、フィードバックループを安定化する。

　演算部４２ａは、圧力指令値Ｐ１から測定圧力値Ｐｆを減算する、つまり圧力指令値Ｐ１と測定圧力値Ｐｆの偏差を算出し、その算出結果を圧力偏差値Ｐ２として変換部４２ｂに出力する。

　変換部４２ｂは、圧力偏差値Ｐ２に対応する速度指令Ｓ２を増幅部４２ｃに出力する。変換部４２ｂには、例えばＰＩ制御器を用いることができる。速度指令Ｓ２は、モータ２３を駆動する速度指令であり、モータ２３の回転数指令である。そして、この速度指令Ｓ２は、モータ２３によって回転駆動されるファン２２の速度指令（回転数指令）である。なお、この速度指令Ｓ２は、圧力偏差値Ｐ２に対応する、つまり、圧力指令値Ｐ１と測定圧力値Ｐｆの偏差に対応する。

　増幅部４２ｃには、増幅率βが設定されている。増幅率βの値は、切替制御部４７により制御される。増幅部４２ｃは、速度指令Ｓ２に増幅率βを乗算した結果（＝Ｓ２×β）を第２の速度指令Ｂ２として出力する。例えば増幅率βが「１」に設定されているとき、この増幅部４２ｃは、入力指令、つまり速度指令Ｓ２と等しい第２の速度指令Ｂ２を出力する。また、増幅率βが「０」に設定されているとき、この増幅部４２ｃは、値が「０」の第２の速度指令Ｂ２を出力する。つまり、第２の速度指令Ｂ２が無効となる。増幅部４２ｃから出力される第２の速度指令Ｂ２は、演算部４５に供給される。

　演算部４５は、速度指令Ｓ１に速度指令Ｓ２を加算し、加算結果を駆動指令Ｖｍとしてモータアンプ３３に出力する。この駆動指令Ｖｍは、モータ２３によって回転駆動されるファン２２の速度指令（回転数指令）である。

　モータアンプ３３は、駆動指令Ｖｍに応じた駆動電流をモータ２３に供給する。モータ２３は、供給される駆動電流に応じて回転する。従って、モータ２３は、駆動指令Ｖｍに対応する回転数にて回転する。

　即ち、第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１に応じた第１の速度指令Ｂ１を生成する。その第１の速度指令Ｂ１に応じてモータ２３が駆動される。つまり、この第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１に応じた速度指令によりモータ２３を駆動するフィードフォワード制御を行う。

　第２の圧力制御部４２は、圧力指令値Ｐ１と測定圧力値Ｐｆとの偏差を算出し、その算出した圧力偏差値Ｐ２に基づいて第２の速度指令Ｂ２を生成する。その第２の速度指令Ｂ２に応じてモータ２３が駆動される。測定圧力値Ｐｆは、モータ２３の駆動に応じた値となる。つまり、この第２の圧力制御部４２は、測定圧力値Ｐｆに基づいて、この測定圧力値Ｐｆを圧力指令値Ｐ１と等しくするように第２の速度指令Ｂ２を生成してモータ２３を駆動するフィードバック制御を行う。

　切替制御部４７は、流量センサ３２の測定結果である測定流量値Ｆｒを入力する。切替制御部４７は、測定流量値Ｆｒに基づいて、患者６３の呼吸状態を判定する。また、切替制御部４７は、駆動指令Ｖｍと図３に示すホールセンサ３４の出力信号に応じた回転速度Ｖｒとを入力する。図４の例では、駆動指令Ｖｍと回転速度Ｖｒとが切替制御部４７に入力されるが、駆動指令Ｖｍと回転速度Ｖｒとの偏差が切替制御部４７に入力されてもよい。そして、切替制御部４７は、判定した患者６３の呼吸状態と駆動指令Ｖｍと回転速度Ｖｒとに基づいて、減圧量Ｐｃ、増幅部４１ｂ，４２ｃの増幅率α，βを設定する。

　例えば、吸気状態（測定流量値Ｆｒが正の値）のとき、減圧量Ｐｃを減圧しない値（例えば「０」）に設定する。一方、呼気状態（測定流量値Ｆｒが負の値）のとき、減圧量Ｐｃを減圧する値（例えば「３００」）に設定する。また、回転速度Ｖｒと駆動指令Ｖｍとの偏差が所定の範囲内のとき、増幅部４１ｂの増幅率αを「０．９」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「１」とする。一方、回転速度Ｖｒと駆動指令Ｖｍとの偏差が所定の範囲を超えるとき、増幅部４１ｂの増幅率αを「１」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「０」とする。

　次に、上記の流体制御装置１０の作用を説明する。
　図６は、測定圧力値Ｐｆの変化を示す。図６において、横軸は時刻である。
　例えば、図２に示す患者６３は吸気状態にある。このとき、図４に示す流量センサ３２は、正の測定流量値Ｆｒを出力する。このため、切替制御部４７は、減圧量Ｐｃを減圧しない値（例えば「０」）に設定するとともに、増幅部４１ｂの増幅率αを「０．９」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「１」とする。

　すると、制御ユニット３０の第１の圧力制御部４１は、基準圧力指令値Ｐ０と等しい圧力指令値Ｐ１に応じた速度指令Ｓ１に増幅率α（＝０．９）を乗算した値の第１の速度指令Ｂ１を生成する。第２の圧力制御部４２は、基準圧力指令値Ｐ０と等しい圧力指令値Ｐ１と測定圧力値Ｐｆとの偏差（圧力偏差値Ｐ２）に応じた速度指令Ｓ２に、増幅率β（＝１）を乗算した値の第２の速度指令Ｂ２を生成する。これら第１の速度指令Ｂ１と第２の速度指令Ｂ２とを合計した速度指令（駆動指令Ｖｍ）を生成し、その駆動指令Ｖｍと回転速度Ｖｒの偏差に応じてモータアンプ３３を介してモータ２３を駆動する。これにより、図６に示すように、流体の圧力、つまり測定圧力値Ｐｆは、レベルＬＣ（基準圧力指令値Ｐ０のレベル）にて安定する。

　なお、第１の圧力制御部４１において、増幅率αを「０．９」とすることにより、第１の圧力制御部４１では、圧力指令値Ｐ１に応じた速度指令よりも小さな値、つまり遅い第１の速度指令Ｂ１を生成する。そして、この第１の速度指令Ｂ１に対して、圧力をフィードバックした、つまり測定圧力値Ｐｆ（実圧力値Ｐｒ）と圧力指令値Ｐ１との偏差（圧力偏差値Ｐ２）により生成した第２の速度指令Ｂ２を加えてモータ２３に対する駆動指令Ｖｍとする。これにより、流体の圧力を速やかに目標値である圧力指令値Ｐ１に追従させかつ安定化させることができる。

　次に、図２に示す患者６３が呼気状態となる。このとき、図４に示す流量センサ３２は、吸気から呼気への切り替わりに応じた値の測定流量値Ｆｒ（負の値の測定流量値Ｆｒ）を出力する。切替制御部４７は、その測定流量値Ｆｒに基づいて、減圧量Ｐｃを減圧する値（例えば「３００」）に設定する。また、切替制御部４７は、増幅部４１ｂの増幅率αを「１」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「０」とする。

　すると、制御ユニット３０の第２の圧力制御部４２は、増幅率βが「０」であるため、第２の速度指令Ｂ２が「０」、つまり無効となる。第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１に応じた速度指令Ｓ１と等しい第１の速度指令Ｂ１を生成する。更に、この第１の速度指令Ｂ１と等しい値の駆動指令Ｖｍが生成され、この駆動指令Ｖｍに応じてモータ２３が駆動される。そして、ファン２２の回転速度は、駆動指令Ｖｍに応じた速度まで速やかに低下する。この結果、図６に示すように、流体の圧力、つまり測定圧力値Ｐｆは、短時間で減圧したレベルＬＥまで低下する。

　ファン２２の回転速度が低下して駆動指令Ｖｍ（第１の速度指令Ｂ１）と等しくなると、切替制御部４７は、増幅部４１ｂの増幅率αを「０．９」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「１」とする。これにより、第２の圧力制御部４２が有効となる。そして、上述したように、第１の圧力制御部４１と第２の圧力制御部４２とにより、測定圧力値Ｐｆを圧力指令値Ｐ１と等しくするように、モータ２３を制御する。この結果、図６に示すように、流体の圧力、つまり測定圧力値Ｐｆは、レベルＬＥで安定して維持される。

　次に、図２に示す患者６３が吸気状態となる。このとき、図４に示す流量センサ３２は、呼気から吸気への切り替わりに応じた値の測定流量値Ｆｒ（正の値の測定流量値Ｆｒ）を出力する。切替制御部４７は、その測定流量値Ｆｒに基づいて、減圧量Ｐｃを減圧しない値（＝０）に設定する。また、切替制御部４７は、増幅部４１ｂの増幅率αを「１」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「０」とする。

　すると、制御ユニット３０の第２の圧力制御部４２は、増幅率βが「０」であるため、第２の速度指令Ｂ２が「０」、つまり無効となる。第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１に応じた速度指令Ｓ１と等しい第１の速度指令Ｂ１を生成する。更に、この第１の速度指令Ｂ１と等しい値の駆動指令Ｖｍが生成され、この駆動指令Ｖｍに応じてモータ２３が駆動される。そして、ファン２２の回転速度は、駆動指令Ｖｍに応じた速度まで速やかに上昇する。この結果、図６に示すように、流体の圧力、つまり測定圧力値Ｐｆは、短時間で所定のレベルＬＣまで上昇する。

　ファン２２の回転速度が上昇して駆動指令Ｖｍ（第１の速度指令Ｂ１）と等しくなると、切替制御部４７は、増幅部４１ｂの増幅率αを「０．９」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「１」とする。これにより、第２の圧力制御部４２が有効となる。そして、上述したように、第１の圧力制御部４１と第２の圧力制御部４２とにより、測定圧力値Ｐｆを圧力指令値Ｐ１と等しくするように、モータ２３を制御する。この結果、図６に示すように、流体の圧力、つまり測定圧力値Ｐｆは、レベルＬＣで安定して維持される。

　以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
　（１）流体制御装置１０は、ファン２２と、ファン２２を駆動する駆動部としてのモータ２３と、モータ２３を制御する制御ユニット３０とを有している。また、流体制御装置１０は、流体を流入する流入口１４と、ファン２２の回転駆動によって流体を吐出する吐出口１５（排出路２１ｂ）とを有している。制御ユニット３０は、第１の圧力制御部４１と第２の圧力制御部４２とを有している。第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１に基づいて第１の速度指令Ｂ１を生成する。従って、この第１の圧力制御部４１は、圧力指令値Ｐ１による速度制御を行う。第２の圧力制御部４２は、圧力指令値Ｐ１と測定圧力値Ｐｆとの偏差に基づいて第２の速度指令Ｂ２を生成する。従って、この第２の圧力制御部４２は、流体の圧力をフィードバックした速度制御を行う。

　このため、吸気から呼気への切り替わりを検知した場合に第２の圧力制御部４２を無効とすることにより、フィードバックによる遅れの影響がなくなり、第１の圧力制御部４１によって圧力指令値Ｐ１まで流体の圧力が短時間で変更される。同様に、呼気から吸気への切り替わりを検知した場合に第２の圧力制御部４２を無効とすることにより、フィードバックによる遅れの影響がなくなり、第１の圧力制御部によって圧力指令値まで流体の圧力が短時間で変更される。つまり、この流体制御装置１０は、流体の圧力の制御性がよい。そして、本実施形態の流体制御装置１０は、ファン２２の回転速度の変更（低下）のためにブレーキ等の機構を必要としないため、装置の大型化を抑制することができる。

　（２）切替制御部４７は、回転速度Ｖｒが駆動指令Ｖｍと等しくなると、増幅部４１ｂの増幅率αを「０．９」とし、増幅部４２ｃの増幅率βを「１」とする。増幅率β（＝１）により、第２の圧力制御部４２が有効となる。そして、第１の圧力制御部４１と第２の圧力制御部４２とにより、測定圧力値Ｐｆを圧力指令値Ｐ１と等しくするように、モータ２３を制御する。この結果、流体の圧力、つまり測定圧力値Ｐｆを減圧したレベルＬＥで安定して維持することができる。

　（３）第２の圧力制御部４２は、圧力指令値Ｐ１を速度指令Ｓ２に変換する変換部４２ｂと、速度指令Ｓ２を増幅して第２の速度指令Ｂ２を出力する増幅部４２ｃを有している。切替制御部４７は、増幅部４２ｃの増幅率βを変更する。増幅率βを「０」とすることにより、第２の速度指令Ｂ２が「０」となる。このように、増幅率βによって第２の圧力制御部４２の有効と無効を容易に制御することができる。

　（４）第２の圧力制御部４２を有効としたとき、第１の圧力制御部４１における増幅率αを「０．９」とした。これにより、第１の圧力制御部４１では、圧力指令値Ｐ１に応じた速度指令よりも小さな値、つまり遅い第１の速度指令Ｂ１を生成する。そして、この第１の速度指令Ｂ１に対して、圧力をフィードバックした、つまり測定圧力値Ｐｆ（実圧力値Ｐｒ）と圧力指令値Ｐ１との偏差（圧力偏差値Ｐ２）により生成した第２の速度指令Ｂ２を加えてモータ２３に対する駆動指令Ｖｍとする。これにより、流体の圧力を速やかに目標値である圧力指令値Ｐ１に追従させかつ安定化させることができる。

　尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
　・上記実施形態では、測定流量値Ｆｒが正か負かによって吸気か呼気かを検出し、吸気から呼気への切り替わり、呼気から吸気への切り替わりを検出するようにした。これに対し、検出のためのしきい値を適宜設定してもよい。

　図７に示すように、しきい値Ｔ１，Ｔ２を設定し、それらのしきい値Ｔ１，Ｔ２に基づいて検出するようにしてもよい。例えば、測定流量値Ｆｒが「０」より大きなしきい値Ｔ１より低下したときに、吸気から呼気への切り替わりを検出するようにしてもよい。また、測定流量値Ｆｒが「０」より小さなしきい値Ｔ２より上昇したときに、呼気から吸気への切り替わりを検出するようにしてもよい。

　・上記実施形態に対し、第２の圧力制御部４２の有効，無効を適宜変更してもよい。
　図８に示すように、測定圧力値Ｐｆが基準圧力指令値Ｐ０に応じたレベルＬＣになるまでの間、無効とするようにしてもよい。

　・上記実施形態では、流量センサ３２の測定結果に基づいて患者６３の呼吸状態を判定したが、その他の方法により判定してもよい。
　例えば、圧力センサ３１の測定結果に基づいて呼吸状態を判定してもよい。

　また、図３に示すモータ２３に流れる電流を電流センサにより測定し、その測定結果により判定してもよい。患者６３における呼吸状態は、モータ２３に対する負荷の変化として現れる。例えば、患者６３が吸気状態にあるとき、モータ２３に対する負荷は小さくなり、患者６３が呼気状態にあるとき、モータ２３に対する負荷は大きくなる。この負荷に応じてモータ２３における電流量が変化する。このように、モータ２３に流れる電流により呼吸状態を判定する。

　・上記実施形態では、増幅率βを「０」として第２の圧力制御部４２を無効としたが、その他の方法により無効としてもよい。例えば、変換部４２ｂの変換結果を「０」とするようにしてもよい。また、演算部４５において、第２の速度指令Ｂ２を無効とする、つまり第２の速度指令Ｂ２を加算しないようにしてもよい。

　・上記実施形態では、流体として気体（例えば空気）を供給する場合について説明したが、他にも霧状の液体を含む気体－液体混合物を供給する場合に用いられてもよい。また、上記実施形態では、流体制御装置１０はチューブ６１とマスク６２を介して患者６３と接続しているが、当該マスク６２に替えてカニューレが用いられてもよい。

　１０…流体制御装置、１１…筐体、１４…流入口、１５…吐出口、２１…ファンケース、２１ａ…吸入口、２１ｂ…排出路、２２…ファン、２３…モータ（駆動部）、３０…制御ユニット、３１…圧力センサ（圧力測定部）、３２…流量センサ（検知部）、３３…モータアンプ（電流供給部）、３４…ホールセンサ（速度測定部）、４１…第１の圧力制御部、４１ａ，４２ｂ…変換部、４１ｂ，４２ｃ…増幅部、４２ａ…演算部、４２…第２の圧力制御部、４４…ローパスフィルタ、４５…演算部（駆動指令生成部）、６１…チューブ（連通路）、６２…マスク、６３…患者、Ｂ１…第１の速度指令、Ｂ２…第２の速度指令、Ｐ０…基準圧力指令値、Ｐｃ…減圧量、Ｐ１…圧力指令値、Ｐｆ…測定圧力値、Ｓ１，Ｓ２…速度指令、Ｖｍ…駆動指令、α，β…増幅率。

Claims

　陽性気道圧のために用いられる流体制御装置であって、
　ファンと、
　前記ファンを回転駆動する駆動部と、
　前記ファンを収容し、前記ファンの回転駆動によって流体を流入する流入口と、前記ファンの回転駆動によって前記流体を吐出する吐出口とを有する筐体と、
　前記吐出口を鼻腔又は口腔と連通させる連通路と、
　前記連通路又は前記筐体に配置され、前記流体の流速又は流量を検知可能な検知部と、
　前記連通路又は前記筐体に配置され、前記連通路内又は前記筐体内の圧力を測定した測定圧力値を出力する圧力測定部と、
　予め定められた所定の圧力指令値に基づいて前記ファンの回転速度に係る第１の速度指令を生成する第１の圧力制御部と、
　前記圧力指令値と前記測定圧力値との偏差に基づいて前記ファンの回転速度に係る第２の速度指令を生成する第２の圧力制御部と、
　前記第１の速度指令と前記第２の速度指令とに基づいて前記駆動部に対する駆動指令を生成する駆動指令生成部と、
　前記駆動指令に基づいて前記駆動部に駆動電流を供給する電流供給部と、
　前記検知部が所定の値より低い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記第２の圧力制御部を無効とする切替制御部と、
を有する、流体制御装置。
　前記ファンの回転速度を測定する速度測定部を有し、
　前記切替制御部は、前記検知部が前記所定の値より低い前記流体の流量又は流速を検知した後、前記ファンの回転速度が前記駆動指令によるファンの回転速度と等しいときに呼気時の圧力に達したと判定し、前記第２の圧力制御部を有効とすること、
を特徴とする請求項１に記載の流体制御装置。
　前記検知部は、前記所定の値より低い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記圧力指令値を基準圧力指令値より低い値とすること、を特徴とする請求項１又は２に記載の流体制御装置。
　陽性気道圧のために用いられる流体制御装置であって、
　ファンと、
　前記ファンを回転駆動する駆動部と、
　前記ファンを収容し、前記ファンの回転駆動によって流体を流入する流入口と、前記ファンの回転駆動によって前記流体を吐出する吐出口とを有する筐体と、
　前記吐出口を鼻腔又は口腔と連通させる連通路と、
　前記連通路又は前記筐体に配置され、前記流体の流量又は流速が所定の値より高い若しくは低いかを検知可能な検知部と、
　前記連通路又は前記筐体に配置され、前記流体の圧力を測定した測定圧力値を出力する圧力測定部と、
　予め定められた所定の圧力指令値に基づいて前記ファンの回転速度に係る第１の速度指令を生成する第１の圧力制御部と、
　前記圧力指令値と前記測定圧力値との偏差に基づいて前記ファンの回転速度に係る第２の速度指令を生成する第２の圧力制御部と、
　前記第１の速度指令と前記第２の速度指令とに基づいて前記駆動部に対する駆動指令を生成する駆動指令生成部と、
　前記駆動指令に基づいて前記駆動部に駆動電流を供給する電流供給部と、
　前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記第２の圧力制御部を無効とする切替制御部と、
を有する、流体制御装置。
　前記ファンの回転速度を測定する速度測定部を有し、
　前記切替制御部は、前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知した後、前記ファンの回転速度が前記駆動指令によるファンの回転速度と等しいときに吸気時の圧力に達したと判定し、前記第２の圧力制御部を有効とすること、
を特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
　前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知した場合に前記圧力指令値を吸気時の圧力である基準圧力指令値とすること、を特徴とする請求項４又は５に記載の流体制御装置。
　前記検知部が前記所定の値より高い前記流体の流量又は流速を検知することが、呼気から吸気への切り替わりを検知している、請求項１～６のいずれか１項に記載の流体制御装置。
　前記第１の圧力制御部は、前記圧力指令値を速度指令に変換する第１の変換部と、前記第１の変換部にて変換された速度指令を増幅して前記第１の速度指令を出力する第１の増幅部とを有し、
　前記第２の圧力制御部は、前記圧力指令値と前記測定圧力との偏差である偏差圧力値を算出する算出部と、前記偏差圧力値を速度指令に変換する第２の変換部と、前記第２の変換部にて変換された速度指令を増幅して前記第２の速度指令を出力する第２の増幅部とを有し、
　前記切替制御部は、前記第２の増幅部の増幅率βを「１」として前記第２の圧力制御部を有効とし、前記増幅率βを「０」として前記第２の圧力制御部を無効とし、前記第２の圧力制御部を無効としたときに前記第１の増幅部の増幅率αを１とし、前記第２の圧力制御部を有効としたときに前記第１の増幅部の増幅率αを１＞α＞０の範囲の値とすること、
を特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の流体制御装置。