JP2015033522A - Ｃｐａｐ装置およびｃｐａｐ装置用の送風ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 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。
【解決手段】 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。
【選択図】 図５

Description

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／ｍ^３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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