JP5041596B2 - 呼吸装置 - Google Patents

Description

本発明は、呼吸装置に関するものである。

顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、排気弁と排気弁の位置を検知する光センサーとを構成要素とする呼吸モニター装置と、呼吸モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置とを備える呼吸装置が特許文献１に開示されている。
特許第３７２６８８６号

特許文献１の呼吸装置には、排気流路に光センサーが配設されているので、排気に含まれる微細な塵埃や水滴が光センサーに付着し易く、センサーの汚れによって呼吸モニター精度が経時低下し易いという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、呼吸モニター装置と、呼吸モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置とを備える呼吸装置であって、特許文献１の呼吸装置に比べて呼吸モニターの精度が経時低下し難い呼吸装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、面体に取り付けられた且つ吸気弁、排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置と、呼吸モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置とを備え、呼吸モニター装置は、面体に形成された開口を覆うダイアフラムと、ダイアフラムに取り付けられた磁石と、磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有することを特徴とすることを特徴とする呼吸装置を提供する。

本発明に係る呼吸装置においては、呼吸モニター装置は吸気弁、排気弁を構成要素としないので、呼吸モニター装置の一部を構成するセンサーを吸排気の流路に配設する必要がない。従って、吸排気に含まれる微細な塵埃や水滴がセンサーに付着し難く、センサーは汚れ難い。従って本発明に係る呼吸装置においては特許文献１の呼吸装置に比べて呼吸モニターの精度が経時低下し難い。
呼吸の状態に応じて面体の内圧が変化し、面体内圧を受圧するダイアフラムが変形し、磁石とホール素子との距離が変化し、ホール素子が検知する磁石の磁束密度が変化する。従って、制御装置はホール素子の検知結果に基づいて呼吸の状態を認識することができる。
ホール素子は磁気センサーなので、面体内の空気に含まれる微細な塵埃や水滴が付着しても、光センサーに比べて検知精度は低下し難い。従って本発明に係る呼吸装置においては特許文献１の呼吸装置に比べて呼吸モニターの精度が経時低下し難い。

本発明の好ましい態様においては、制御装置は、呼吸モニター装置が呼吸を検知すると当該検知信号に基づいて電動ファンを始動させ、その後呼吸モニター装置の検知信号に基づいて呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御し、呼吸モニター装置が呼吸を検知しない状態が所定時間継続すると電動ファンを停止させる。
一般に電動ファン付きの呼吸装置は、電動ファンのＯＮ／ＯＦＦスイッチを備えており、使用の際には使用者が手動で電動ファンのＯＮ／ＯＦＦスイッチを操作していた。呼吸装置を装着した後に電動ファンのＯＮ／ＯＦＦスイッチを手動で操作するのは面倒であり、呼吸装置の使い勝手を悪化させていた。しかし、上記構成によれば、使用者が呼吸装置を装着し呼吸を開始すると自動的に電動ファンが始動し、呼吸装置を取り外すと自動的に電動ファンが停止するので、呼吸装置を装着した後に電動ファンのＯＮ／ＯＦＦスイッチを手動で操作する必要が無い。この結果、呼気装置の使い勝手が向上する。

本発明の好ましい態様においては、ダイアフラムは円形部と円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されている。
周縁部が径方向内方へ折り返されたダイアフラムは、折り返し部が開閉可能なので面体内圧の変化による円形部の変位差、ひいては吸気時と排気時の円形部の変位差が大きい。従って、本発明に係る呼吸装置においては高い精度で呼吸をモニターすることができ、確実に呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御することができる。

本発明の好ましい態様においては、呼吸装置は警報装置を備え、呼吸モニター装置は面体内圧モニター装置であり、面体内圧モニター装置が負圧を検知すると、制御装置は警報装置を作動させる。
塵埃の蓄積によりフィルターの通風抵抗が経時的に増加し、電動ファンの送風量が経時的に減少する。従来、呼吸装置の装着前に専用の風量測定装置を用いて風量を測定し、風量が不足している場合に、フィルターを交換していた。しかし、装着前に風量測定を行うのは呼吸装置の使用者にとって煩わしかった。
塵埃の蓄積によりフィルターの通風抵抗が経時的に増加し、電動ファンの送風量が経時的に減少する。電動ファンの送風量が減少しても、吸気時に面体の内圧が正圧であれば、呼吸に支障を来さない。しかし吸気時に面体の内圧が負圧になると、呼吸に支障を来すと共に、面体周縁と顔面との間の隙間から濾過されていない外気が面体内に流入する可能性を生ずる。従って、送風量の減少が負の面体内圧を惹起する程度まで進行した時に、送風量不足を呼吸装置使用者に認識させ、フィルターの取り替えを催告すれば良い。呼吸モニター装置を面体内圧モニター装置として構成し、負の面体内圧を検知した時に、警報を発すれば、呼吸装置使用者は、呼吸装置装着前の煩わしい風量測定を行わなくても、送風量不足を容易に認識することができる。

本発明の好ましい態様においては、ダイアフラムは円形部と円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されており、ダイアフラムに印加される内外圧がバランスしている時に円形部は平面となり且つ径方向中間部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接し、磁石は円形部の中心部に取り付けられている。
上記構成の呼吸装置においては、面体内圧が正圧である時には、ダイアフラムは面体外方へ膨出し、円形部は環状縁材の面体外へ突出する部位の端部から離れる。面体内圧が大気圧と等しい時には、円形部は平面となり且つ径方向中間部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接する。面体内圧が負圧である時には、円形部は径方向中間部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接すると共に中心部が環状縁材内へ陥没する。ホール素子は磁石の磁束密度の変化からダイアフラム円形部の中心部が環状縁材内へ陥没したことを検知し、ホール素子からの検知信号を受信した制御装置は面体の内圧が負圧であることを認識し、警報装置を作動させて警報を発信させる。
吸気により面体内の正圧が低下した時にダイアフラムを環状縁材へ押し付ける衝撃外力や振動外力がダイアフラムに印加されると、ダイアフラムの環状縁材との当接部よりも径方向内方の第１部位と前記当接部よりも径方向外方の第２部位の双方に前記外力が作用する。第１部位に作用する外力は第１部位を環状縁材内へ陥没させようとするが、第２部位に作用する外力は、第２部位と第１部位との間に支点があるので、第１部位を引き上げようとする。この結果、第１部位の環状縁材内への陥没が抑制される。従って、本発明に係る呼吸装置においては、衝撃外力や振動外力による警報装置の誤作動が抑制される。
ダイアフラムの円形部の中心部は負圧発生時に最も大きく変位するので、当該部位の変位をホール素子が検知することにより、確実に負圧を検知することができる。

本発明により、顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、呼吸モニター装置と、呼吸モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置とを備える呼吸装置であって、特許文献１の呼吸装置に比べて呼吸モニターの精度が経時低下し難い呼吸装置が提供される。

本発明の実施例に係る呼吸装置を説明する。
図１に示すように、呼吸装置Ａは、一点鎖線で示す顔面の一部又は全部を覆う椀状の面体１と、面体１に取り付けられたリード弁形式の吸気弁２と排気弁３と、吸気弁２の外側に配設され吸気弁２を介して面体１内に外気を供給する電動ファン４と、電動ファン４の外側に配設され電動ファン４に吸引される外気を濾過するフィルター５とを備えている。
図１、２に示すように、吸気弁２が開閉する吸気口や排気弁３が開閉する排気口とは別個に、面体１に開口１ａが形成されている。環状縁材６が開口１ａに嵌合固定されている。環状縁材６は長さ方向中央部に隔壁６ａを有している。隔壁６ａの外周縁部には周方向に互いに間隔を隔てて複数の孔６ｂが形成されている。

呼吸装置Ａは呼吸モニター装置７を備えている。呼吸モニター装置７は、ダイアフラム７ａを有している。ダイアフラム７ａは、円形部７ａ_１と円形部７ａ_１の周縁を径方向内方へ折り返した環状部７ａ_２とを有する柔軟な薄膜体である。環状部７ａ_２の内周縁は肉厚部７ａ_３を形成している。肉厚部７ａ_３は、環状縁材６の面体１外へ突出する部位の外周面に形成された周溝に嵌合固定されている。ダイアフラム７ａは、環状縁材６の面体１外へ突出した端部を覆っており、ひいては面体１の開口１ａを覆っている。呼吸モニター装置７は、ダイアフラムの円形部７ａ_１の中心部に取り付けられた磁石７ｂと、磁石７ｂに対峙して環状縁材６の隔壁６ａに取り付けられたホール素子７ｃとを有している。従ってホール素子７ｃは環状縁材６を介して面体１に取り付けられている。

呼吸モニター装置７を覆うカバー８が、面体１の外面に取り付けられている。カバー８には外部環境に連通する通気孔８ａが形成されている。
警報音発生装置９が面体１に取り付けられている。
ホール素子７ｃの出力信号を受けて電動ファン４と警報音発生装置９の作動を制御する制御装置１０が、電動ファン４の近傍に配設されている。制御装置１０に電力を供給する図示しないバッテリーが着脱可能に面体１に取り付けられている。バッテリーが面体１に取り付けられている時は、制御装置１０には常時電力が供給されている。

呼吸装置Ａの作動を説明する。
呼吸装置Ａの不使用時には、面体１の内圧（ゲージ圧）は零であり、ダイアフラム７ａに印加される内外圧はバランスしている。以下の説明において面体１の内圧は全てゲージ圧である。図２に示すように、ダイアフラム７ａは、円形部７ａ_１が平面となり径方向中間部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に当接した、初期状態にある。ダイアフラム７ａが初期状態に在る時、磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離は初期値となっており、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度も初期値となっている。
面体１の内圧が正圧であれば、図３、４に示すようにダイアフラム７ａは面体１の外側へ膨出変形し、円形部７ａ_１が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部から離れる。面体１の内圧が負圧であれば、図５に示すように、ダイアフラム７ａは面体１の内側へ収縮変形し、円形部７ａ_１の径方向中間部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に当接すると共に円形部７ａ_１の中心部が環状縁材６内へ陥没する。

呼吸装置Ａを使用する際には、図１に一点鎖線で示す使用者の顔面の鼻と口とを含む一部を覆うように、或いは使用者の顔面の全部を覆うように、面体１が使用者の頭部に装着される。面体１の環状縁部が顔面に密着して、前記環状縁部と顔面との当接部からの面体１内への外気の侵入を阻止する。
バッテリーは面体１に取り付けられており、制御装置１０は作動している。使用者の排吸気に応じて、面体１の内圧が増減し、ダイアフラム７ａに印加される内外圧に差圧が生じ、ダイアフラム７ａが初期状態から変形し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離が初期値から変化する。当該変化に伴う磁束密度の初期値からの変化をホール素子７ｃが検知して、検知信号を制御装置１０へ送信する。制御装置１０は、ホール素子７から受信した磁束密度の初期値からの変化量が所定値を超えると呼吸装置Ａが使用者の頭部に装着されたと認識し、電動ファン４を始動させる。
制御装置１０は、ホール素子７ｃの検知信号に基づいて、面体１の内圧が正圧になるように、ひいてはダイアフラム７ａが初期状態よりも面体１の外側へ変形するように、電動ファン４の回転数を制御する。

排気時には面体１の内圧が高くなり、図３に示すように、ダイアフラム７ａの面体１外側への変形量が増加し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの距離が増加し、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が減少する。前記距離の初期値からの増加量が所定値を超え、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度の初期値からの減少量が所定値を超えると、制御装置は呼吸状態が排気状態に在ると認識し、電動ファン４の回転数を減少させ或いは電動ファン４を停止させる。この結果、消費電力が節約されてバッテリーの消耗が抑制されると共にフィルター５の目詰まりが抑制される。排気時には吸気弁２が閉じ、排気弁３が開く。排気は排気弁３を通って面体１から外部環境へ排出される。

吸気時には面体１の内圧が低くなり、図４に示すように、ダイアフラム７ａの面体１外側への変形量が減少し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの距離が減少し、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が増加する。前記距離の初期値からの増加量が所定値以下となり、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度の初期値からの減少量が所定値以下になると、制御装置は呼吸状態が吸気状態に在ると認識し、電動ファン４の回転数を増加させる。吸気時には吸気弁２が開き、排気弁３が閉じる。外気がフィルター５を通過し、塵埃が除去された後電動ファン４に吸引され、吸気弁２を通って面体１内へ流入する。電動ファン４の回転数が増加することにより、面体１内への空気流入量が増加し、面体１の内圧が正圧に保たれるので、呼吸装置使用者は楽に呼吸することができる。

塵埃の蓄積によりフィルター５の通風抵抗が経時的に増加する。この結果、電動ファン４を作動させていても、吸気時の面体１の内圧は経時的に低下する。遂には吸気時の面体１の内圧が負圧になり、図５に示すように、ダイアフラム７ａは面体１の内側へ収縮変形し、円形部７ａ_１の径方向中間部が環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部に当接すると共に円形部７ａ_１の中心部が環状縁材６内へ陥没する。磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離が初期値よりも小さくなり、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が初期値よりも増加する。ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度が初期値よりも増加すると、制御装置１０は目詰まりによりフィルター５の耐用期間が経過したことを認識し、警報音発生装置９を作動させて警報音を発生させ、呼吸装置Ａの使用者にフィルター５の取り替えを催告する。フィルター５を取り替えることにより、面体１の内圧を正圧に保つ制御が再び可能になり、呼吸装置Ａの機能は回復する。

呼吸装置Ａが使用者の頭部から取り外されると、ダイアフラム７ａに印加される内外圧がバランスし、ダイアフラム７ａは初期状態に復帰し、磁石７ｂとホール素子７ｃとの間の距離は初期値に復帰し、ホール素子７ｃが検知する磁石７ｂの磁束密度は初期値に復帰する。制御装置１０は、ホール素子７ｃから受信した磁束密度が初期値に復帰した状態が所定時間継続すると、呼吸装置Ａが使用者の頭部から取り外されたと認識し、電動ファン４を停止させる。

呼吸装置Ａにおいては、呼吸モニター装置７は吸気弁２、排気弁３を構成要素としないので、呼吸モニター装置７の一部を構成するホール素子７ｃを吸排気の流路に配設する必要がない。従って、吸排気に含まれる微細な塵埃や水滴がホール素子７ｃに付着し難く、ホール素子７ｃは汚れ難い。従って呼吸装置Ａにおいては特許文献１の呼吸装置に比べて呼吸モニター装置７の精度が経時低下し難い。

呼吸装置Ａにおいては、使用者が呼吸装置Ａを装着し呼吸を開始すると自動的に電動ファン４が始動し、呼吸装置Ａを取り外すと自動的に電動ファン４が停止するので、従来の呼吸装置のように呼吸装置Ａを装着した後に電動ファン４のＯＮ／ＯＦＦスイッチを手動で操作する必要が無い。この結果、呼気装置Ａの使い勝手が向上する。

呼吸装置Ａが備えるホール素子７ｃは磁気センサーなので、面体１内の空気に含まれる微細な塵埃や水滴が付着しても、光センサーに比べて検知精度は低下し難い。従って呼吸装置Ａにおいては特許文献１の呼吸装置に比べて呼吸モニター７の精度が経時低下し難い。

周縁部が径方向内方へ折り返されたダイアフラム７ａは、折り返し部が開閉可能なので面体１の内圧の変化による円形部７ａ_１の変位差、ひいては吸気時と排気時の円形部７ａ_１の変位差が大きい。従って、呼吸装置Ａにおいては高い精度で呼吸をモニターすることができ、確実に呼吸に合わせて電動ファン４の作動を制御することができる。

呼吸装置Ａにおいては、呼吸モニター装置７を面体内圧モニター装置として構成し、負の面体内圧を検知した時に、警報を発するので、呼吸装置使用者は、呼吸装置装着前の煩わしい風量測定を行わなくても、送風量不足を容易に認識することができる。

吸気により面体内の正圧が低下してダイアフラム７ａが初期状態となっている時に、ダイアフラム７ａを環状縁材６へ押し付ける衝撃外力や振動外力がダイアフラム７ａに印加されると、ダイアフラム７ａの環状縁材６の面体１外へ突出する部位の端部との当接部よりも径方向内方の第１部位と前記当接部よりも径方向外方の第２部位の双方に前記外力が作用する。第１部位に作用する外力は第１部位を環状縁材６内へ陥没させようとするが、第２部位に作用する外力は、第２部位と第１部位との間に支点があるので、第１部位を引き上げようとする。この結果、第１部位の環状縁材６内への陥没が抑制される。従って、呼吸装置Ａにおいては、衝撃外力や振動外力による警報音発生装置９の誤作動が抑制される。
ダイアフラム７ａの円形部７ａ_１の中心部は負圧発生時に最も大きく変位するので、当該部位の変位をホール素子７ｃが検知することにより、確実に負圧を検知することができる。

磁石７ｂとホール素子７ｃとを用いてダイアフラム７ａの変位を検知するのに代えて、反射体と、発光素子と受光素子とから成る光センサーとを用いてダイアフラム７ａの変位を検知しても良い。

本発明の実施例に係る呼吸装置の断面図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置が備える呼吸モニター装置の、呼吸装置非使用時の断面図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置が備える呼吸モニター装置の、呼吸装置使用時且つ排気時の断面図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置が備える呼吸モニター装置の、呼吸装置使用時且つ吸気時の断面図である。 本発明の実施例に係る呼吸装置が備える呼吸モニター装置の、呼吸装置使用時且つフィルター耐用期間経過後の吸気時の断面図である。

符号の説明

Ａ 呼吸装置
１ 面体
２ 吸気弁
３ 排気弁
４ 電動ファン
５ フィルター
６ 環状縁材
７ 呼吸モニター装置
７ａ ダイアフラム
７ｂ 磁石
７ｃ ホール素子
８ カバー
９ 警報音発生装置
１０ 制御装置

Claims (5)

1. 顔面の一部又は全部を覆う面体と、面体に取り付けられた吸気弁と排気弁と、吸気弁を介して前記面体内に外気を供給する電動ファンと、電動ファンに吸引される外気を濾過するフィルターと、面体に取り付けられた且つ吸気弁、排気弁を構成要素としない呼吸モニター装置と、呼吸モニター装置の検知信号に基づき呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御する制御装置とを備え、呼吸モニター装置は、面体に形成された開口を覆うダイアフラムと、ダイアフラムに取り付けられた磁石と、磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有することを特徴とする呼吸装置。
2. 制御装置は、呼吸モニター装置が呼吸を検知すると当該検知信号に基づいて電動ファンを始動させ、その後呼吸モニター装置の検知信号に基づいて呼吸に合わせて電動ファンの作動を制御し、呼吸モニター装置が呼吸を検知しない状態が所定時間継続すると電動ファンを停止させることを特徴とする請求項１に記載の呼吸装置。
3. ダイアフラムは円形部と円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の呼吸装置。
4. 警報装置を備え、呼吸モニター装置は面体内圧モニター装置であり、面体内圧モニター装置が負圧を検知すると、制御装置は警報装置を作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の呼吸装置。
5. ダイアフラムは円形部と円形部の周縁を径方向内方へ折り返した環状部とを有する薄膜体であり、面体の開口縁に立設された環状縁材の面体外へ突出する部位の外周面に環状部の内周縁が固定されており、ダイアフラムに印加される内外圧がバランスしている時に円形部は平面となり且つ径方向中間部が環状縁材の面体外へ突出する部位の端部に当接し、磁石は円形部の中心部に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の呼吸装置。

Images