JP2702336B2

JP2702336B2 - 呼吸用気体供給装置

Info

Publication number: JP2702336B2
Application number: JP3271927A
Authority: JP
Inventors: 大介小畠
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JPH0584301A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、使用する者の呼吸サイ
クルに応じて作動し得る自動開閉弁を備えた呼吸用気体
供給装置に関する。さらに詳細には、酸素又は酸素濃縮
気体を呼吸補助等のための呼吸用気体として呼吸サイク
ルに応じて間歇的に使用に供給するための装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、呼吸器疾患患者に対して酸素ボン
ベから酸素を吸入させることによる酸素療法が行なわれ
てきており、特に最近では、空気中の酸素を濃縮して酸
素濃縮気体を得るための酸素濃縮器が開発されて実用に
供されるようになってから、それを用いた酸素療法が次
第に普及するようになってきた。

【０００３】かかる酸素濃縮器としては大別して、ゼオ
ライト等の酸素をより呼吸しやすい吸着剤を充填した吸
着塔において圧力を変動させることにより吸着・脱着を
繰り返す圧力変動式塔の固着型酸素濃縮器と、酸素選択
透過性膜を用いた膜型酸素濃縮器の２種類がある。

【０００４】酸素ポンベから得られた酸素、又はこれら
の酸素濃縮器により得られた酸素濃縮気体を呼吸器疾患
患者に供給する場合に、通常ボンベ又は濃縮器から延長
されたチューブの先端に設けられた鼻カニューラから連
続的に患者の鼻孔内に導入される方式が採用される。

【０００５】尚これらの改良された供給方式としては、
患者の呼吸サイクルに対応して、吸入時においてのみ酸
素濃縮気体を供給することができるようにすることによ
って、無駄な酸素濃縮気体の放出を防止して効率を高め
る方法が提案されている（特開昭５９―８９７２号公
報）。

【０００６】かかる供給方式として、酸素の導出口が患
者の鼻孔に装着される鼻カニューラ等を介して患者の吸
気開示時等の圧力変化を検出するためのダイアフラム弁
と、その検出結果を用いて制御手段により患者の吸気期
間のみ酸素を供給するように開閉が制御されたデマンド
レギュレーターとしての自動開閉弁（デマンドバルブ）
を具備し、酸素ボンベからの酸素が流量設定器等を経て
鼻カニューラから患者に供給されるようにしたデマンド
レギュレーター方式があげられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電磁弁式のデマンドバ
ルブを用いたこれまでのデマンドレギュレーター方式の
呼吸用気体供給装置では、そのデマンドバルブが気体供
給期間の間又は気体供給が停止されている期間継続して
電磁弁に通電させておく必要があり、携帯用の如く電池
を電源としている場合には、電流の消費が比較的大き
く、長時間の運転が困難であった。

【０００８】本発明は、デマンドバルブにおける電磁弁
の通電時間を削減して長時間の運転を容易にした特に携
帯型として実用的に有利なデマンドレギュレーター方式
の呼吸気体供給装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【発明の構成】本発明者は、かかる課題を解決するため
に鋭意研究を行なった結果、デマンドバルブを開く時及
び閉じる時の各々の動作時において短時間の通電を行な
うようにした自己保持型（ラッチ型）電磁弁を用いるこ
とが非常に有効であることを見い出し、本発明に到達し
たものである。

【００１０】即ち本発明は、呼吸用気体の発生手段と、
一端が該発生手段に連通した他端に該呼吸用気体の開放
型供給手段を有し途中に自動開閉弁手段を有した導管手
段と、呼吸における少なくとも一部の所定位相を検知し
得る機能を有した呼吸位相検知手段と、該自動開閉弁手
段の開閉を制御するための制御手段を備えた呼吸用気体
供給装置において、該自動開閉手段が自己保持型電磁弁
手段であることを特徴とした呼吸用気体供給装置を提供
するものである。

【００１１】かかる本発明には、該自己保持型電磁弁手
段が、永久磁石の力を用いたものである呼吸用気体供給
装置が含まれる。

【００１２】以下に、本発明の呼吸用気体供給装置につ
いてさらに詳細に説明する。本発明の装置における自己
保持型（ラッチ型）電磁弁としては、永久磁石を用いて
その磁力とスプリング等の機械的力とのバランスを利用
したラッチ型電磁弁の他、永久磁石を用いないでスプリ
ング等の機械的力を用いたラッチ型電磁弁を用いること
ができる。但し、一般的には機械的構造によるラッチ型
電磁弁は、例えばラッチ機構を形成する機械部品の経時
摩耗等が問題になりやすく、安定な運転のための機械的
寿命が短い場合が多い。そのため、永久磁石を用いたラ
ッチ型電磁弁の方が、寿命が長くしやすい点で有利であ
る。

【００１３】本発明における呼吸用気体の具体例として
は、酸素ガスや空気よりも酸素濃度を高めた酸素濃縮気
体等があげられる。その発生手段の具体例としては、酸
素ガスボンベ、液体酸素貯蔵装置、圧力変動吸着型等の
酸素濃縮装置があげられる。

【００１４】本発明における解放型供給手段は、患者の
鼻孔や口に対して密閉されない状態即ち大気に解放され
た状態で呼吸用気体を供給するものであって、例えば鼻
カニューラが例としてあげられる。

【００１５】上記の如く、本発明におけるラッチ型電磁
弁である自動開閉弁手段としては、直流励磁型電磁弁、
交流励磁式電磁弁、パイロット作動型電磁弁等が好まし
く、中でも直流励磁型電磁弁、およびパイロット作動型
電磁弁等が鉄芯等の動きがゆるやかでライフが長くかつ
作動時の発生音が小さく低騒音化の対策上更に好まし
く、特に直流励磁型電磁弁が携帯用としても実用的であ
る。

【００１６】呼吸位相検知手段としては、呼吸の際の呼
気および吸気のサイクルの少なくとも一部が検知できる
ものであって、その具体例としては、呼気および吸気の
通路における気流に関する圧力に基づいて変化する値を
検知するための手段があげられる。

【００１７】かかる圧力に基づく検知手段としては、圧
力変動を検知するものと、圧力自体を測定するものがあ
るが、前者が実用上好ましく、特に圧力の変化速度を検
知するようにしたものが感度を高めるうえで有効であ
る。圧力変動を検知するための手段としては、例えば呼
気及び吸気が通過する通路である鼻孔等において開口部
を有した導管内にダイヤフラムを用いた圧力変動検知手
段があげられる。

【００１８】ダイヤフラム式の差圧変動検知手段として
は、測定すべき差圧を受けて変位するダイヤフラムに連
動する移動電極と、これに対応して配置した固定電極と
の間の静電容量変化により差圧を検出するようにしたも
のが好ましく用いられる。その例として、静電容量変化
により圧力又は差圧を測定するための導管性物質で表面
処理した高分子フイルムをダイヤフラムとして用いたも
のがあげられる。特にかかる高分子フイルムやダイヤフ
ラムとして用いた検知手段の場合には、数mmＡｑ程度の
微圧・微差圧の変動を検知するのに適している。

【００１９】ダイヤフラム式微差圧検出手段の好ましい
具体例としては、測定すべき圧力又は差圧を受けて変位
するダイヤフラムに連動する移動電極と、これに対向し
て配置した固定電極との間の静電容量変化により該圧力
又は差圧を検出するようにしたダイヤフラム式の圧力検
出器において、ダイヤフラムを高分子フイルムに導電層
を積層した導電性フイルムとして該導電層を移動電極と
する共に、固定電極に電子回路用のプリント基板を用い
て安価に製作可能とすることを特徴とする圧力計があげ
られる。（特開平１―２７４０２７号公報参照）。

【００２０】次に図面を用いて本発明の呼吸用気体供給
装置の具体的な実施態様例について説明する。

【００２１】図１は、本発明の呼吸用気体供給装置の具
体例を示したものである。図１では、酸素ボンベ１から
の酸素が、流量設定手段２で医師の処方流量値に流量設
定された後、導管手段３を介して、デマンドレギュレー
ター４に導かれる。デマンドレギュレーター４には、デ
マンドバルブとして機能するラッチ型電磁弁なる自動開
閉弁手段５とダイヤフラム式の差圧変動検出手段７とマ
イクロコンピュータ（ＣＰＵ）からなるコントロールユ
ニット６が具備されている。さらにデマンドレギュレー
ター４の下流側には、流量計（図示を省略する）を介し
て導管手段８が連結され、その下流端に解放型供給手段
としての鼻カニューラ９が具備されている。

【００２２】図２は、図１に示した本発明の呼吸用気体
供給装置でデマンドバルブとして用いられるラッチ型電
磁弁の具体例の断面図を模式的に示したものである。図
２の（ａ）は、弁が閉じた状態を示したものであり、図
２の（ｂ）は弁が開いた状態を示したものである。これ
らの図２において、円筒状の容器１０内に、固定鉄心１
１、環状の永久磁石１２、可動鉄心１３を吸引して可動
コイル１３に連結された弁１７を開くようにするための
環状を形成したコイル１４、可動鉄心１３を吸引して弁
１７を弁座に押しつけて弁を閉じるようにするための環
状を形成したコイル１５が収納されている。尚、スプリ
ング１６は、弁１７を弁座に押しつけるための力を弁心
に与えるためのものである。呼吸用気体は、図２の
（ｂ）の如く弁１７が開いた状態で、ＩＮからＯＵＴの
方向に流れて、図１における導管８及び鼻カニューラ９
を経て、患者等の鼻孔に供給される。

【００２３】図２において、弁１７を閉から開に変更す
る場合に、コイル１４への短時間のみの通電によって弁
を作動させ、その後に通電を停止しても永久磁石１２に
より弁１７は開状態に保持することができる。また弁１
７を開から閉に変更する場合にはコイル１５に短時間通
電するだけでよく、その後通電を停止してもスプリング
１６によって弁１７を開状態のままに保つことができ
る。

【００２４】図３は、図２の如き自己保持型電磁弁を備
えた図１に例示される本発明の呼吸用気体供給装置を用
いた場合の呼吸サイクルと通電時間の状況を、従来技術
のものと比較できるように例示したものである。図３の
（ａ）は、呼吸サイクルにおける鼻孔内の圧力変化の例
を、横軸の時間の経過に対応して、模式的に示したもの
であって、圧力Ｐが−側にある状態２１が吸気期間を示
し、Ｐが＋側にある状態が呼気期間を示す。図３の
（ｂ）は、各呼吸サイクルにおける吸気期間に対応し
て、デマンドバルブに開き呼吸用気体が患者等に供給さ
れる気体の流量Ｑの経時変化２２を模式的に例示したも
のである。

【００２５】図３の（ｃ）は、かかるデマンドバルブと
して本発明の自己保持型電磁弁を用いた場合の通電期間
を各呼吸サイクルとの関係で示したものであり、２３で
示される通電期間に開用コイルに通電されて弁が開き、
２４で示される通電時間に閉用コイルに通電されて弁が
閉じ結果的に弁は２５で示される期間だけ開状態に保た
れるものである。尚コイルへの各通電期間は０．０５秒
程度と非常に短くすることができる。

【００２６】図３の（ｄ）は従来技術において通常の電
磁弁をデマンドバルブに用いた場合の電磁弁への通常状
況を時間の横軸と共に示したものである。そこでは、２
５の通電時間に通電を継続して行なって、弁が開状態に
維持される。

【００２７】図３の（ｃ），（ｄ）において斜線で示さ
れた部分の面積の和が消費電流の相対的大きさを示すも
のであって、本発明の装置の方が従来方式に比べて消費
電流の大巾な低減を可能にするものであることが充分に
うかがわれる。特に吸気期間が長い呼吸サイクルの患者
に適用した場合に、本発明の装置のメリットが大きく生
かされる。

【００２８】図４は、何らから原因で患者等の使用者か
らの吸気のデマンドがない状態が続いた場合に、患者の
安全を考慮して酸素等の呼吸用気体を連続的に供給し続
けるようにする場合の、本発明の装置における自己保持
型電磁弁への通電状況を、従来技術のものにおける通電
状況と比較して例示したものである。図４の（ａ）は、
患者の鼻孔での圧力Ｐの経時変化を示しており、吸気期
間３１の終了後、期間Ｔの間吸気のデマンドが検出され
なかった場合を示している。図４の（ｂ）は、気体の供
給状況を示したものであって、呼吸用気体の供給期間３
２の終了からＴＡの期間経過後に、連続流３２として患
者に呼吸用気体が供給される。

【００２９】図４の（ｃ）は、図４の（ａ）（ｂ）の状
態において、本発明の装置を用いた場合であって、ＴＡ
の期間経過後に開用コイルへの通電３４によって３５の
如く連続して弁が開いたままになることを示している。
図４の（ｄ）は、図３の（ｄ）と同様に、通電時にのみ
開弁状態となるようなデマンドバルブを用いた従来方式
の場合であって、ＴＡの期間経過後、連続的に呼吸用気
体を供給するために３６の如く連続して通電することを
示したものである。

【００３０】尚、図４の（ｂ）〜（ｄ）の如き運転を行
なうためには、吸気デマンドの検出がない期間ＴＡが所
定の期間を越えたことを判断し、その判断に基づいて、
デマンドバルブを連続的に開状態とする方式に切り変え
るためのマイクロコンピューター等制御手段を具備する
必要がある。本発明の装置にかかるアプニアのための制
御手段を具備させる場合には、例えば図１のコントロー
ルユニット６に上記の如き機能を具備させればよい。

【００３１】図４において示される如く、本発明の装置
によれば、自己保持型電磁弁の開用コイルに短時間のみ
通電するだけでその後の連続供給が可能になる。

【００３２】また本発明の装置では、例えば電磁弁を駆
動するための電池が消耗する場合に、電池の起電力を検
出し、起電力がある値以下になったことを判断する手段
と共に、の際に、予告警報を発生する手段及び自動的に
連続供給に切り変えるための制御手段の少なくとも一方
を具備させることによって、電池切れとなる少し前に自
己保持型電磁弁の開用コイルに通電して弁を開きその後
の呼吸用気体の連続供給を行なうことが可能になる。

【００３３】また本発明の装置では、電源をＯＦＦにす
る直前にその後の弁の運転方式を設定するための手段を
具備すれば、電源をＯＦＦとした後に、呼吸用気体の供
給を連続的に行なうか、又は気体の節約の必要に応じて
供給を停止するかのいずれの方式も状況に応じて適宜選
択できるようにできる。

【００３４】

【発明の効果】発明の呼吸用気体供給装置は、自己保持
型電磁弁をデマンドバルブとして用いたことによって、
電磁弁の作動のための通電時間を短くすることができ、
消費電流の削減が図れる。携帯用の場合の如く電池を電
源とした場合に運転の長時間化が図れるので特に有利で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の呼吸用気体供給装置の実施態様例の模
式図。

【図２】本発明の呼吸用気体供給装置における自己保持
型電磁弁手段の好ましい実施態様例の模式的断面図。

【図３】呼吸サイクル毎の呼吸気体の供給に対応した、
本発明の装置の自己保持型電磁弁手段における通電状況
の例示。

【図４】呼吸停止後の呼吸用気体の連続供給の場合の、
本発明の装置の自己保持型電磁弁手段における通電状況
の例示。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】呼吸用気体の発生手段と、一端が該発生手
段に連通した他端に該呼吸用気体の開放型供給手段を有
し途中に自動開閉弁手段を有した導管手段と、呼吸にお
ける少なくとも一部の所定位相を検知し得る機能を有し
た呼吸位相検知手段と、該自動開閉弁手段の開閉を制御
するための制御手段を備えた呼吸用気体供給装置におい
て、該自動開閉手段が自己保持型電磁弁手段であり、該
電磁弁手段を駆動するための電池の電圧を検出し、電圧
がある値以下になったことを判断する手段及び予告警報
を発生する手段を備えたことを特徴とした呼吸用気体供
給装置。
【請求項２】呼吸用気体の発生手段と、一端が該発生手
段に連通した他端に該呼吸用気体の開放型供給手段を有
し途中に自動開閉弁手段を有した導管手段と、呼吸にお
ける少なくとも一部の所定位相を検知し得る機能を有し
た呼吸位相検知手段と、該自動開閉弁手段の開閉を制御
するための制御手段を備えた呼吸用気体供給装置におい
て、該自動開閉手段が自己保持型電磁弁手段であり、該
電磁弁手段を駆動するための電池の電圧を検出し、電圧
がある値以下になったことを判断する手段及び自己保持
型電磁弁の開用コイルに通電し自動的に連続供給に切り
変えるための制御手段を備えたことを特徴とした呼吸用
気体供給装置。