JP3254191B2

JP3254191B2 - 呼吸流量・流速計測装置

Info

Publication number: JP3254191B2
Application number: JP10584399A
Authority: JP
Inventors: 秋雄永野
Original assignee: Fukuda Sangyo Co Ltd
Current assignee: Fukuda Sangyo Co Ltd
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2002-02-04
Anticipated expiration: 2019-04-13
Also published as: JP2000298043A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、肺活量、気流速度
等の計測に用いる呼吸流量・流速計測装置に関し、呼気
または吸気によって回転体が回転するのを利用して呼吸
流量等を計測するタービン式の呼吸流量・流速計測装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、呼吸機能検査の中でも換気機能
検査は重要な計測項目の一つであり、日常診察の場で広
く用いられている。そして、この換気機能検査には、呼
気または吸気（以下、呼気または吸気を全体として呼吸
気という）の換気量を計測する呼吸流量・流速計測装置
が用いられている。

【０００３】従来、このような呼吸流量・流速計測装置
として、特定の箱内に収容された接触抵抗の小さい蛇腹
内にチューブを通じて呼気を流出し、または吸気を流入
し、その蛇腹の動きによって呼吸流量または呼吸流速等
（以下、呼吸流量という）を測定するスパイログラフが
使用されていた。

【０００４】しかし、スパイログラフは、装置全体が大
きくなると共に装置を診察室等に固定しておく必要があ
る。このため、使用場所が診察室等に限定されると共
に、呼吸流量を測定している間は被検者を拘束すること
になり、被検者の負担が大きいという問題があった。ま
た、スパイログラフ等の大型の検査機器は、大きな設置
空間を必要とするため、小さな診察室では使用すること
ができないという問題もある。

【０００５】このため、近年、小型で携帯が可能なター
ビン式の呼吸流量・流速計測装置が注目されている。こ
のようなタービン式の呼吸流量・流速計測装置は、図１
４に示すように被検者１００の口部等に装着可能なター
ビン式の流量計からなる計量部１０１と、被検者１００
の腰部等に装着され該計量部１０１とケーブル１０２を
通じて接続され演算回路、送信回路等からなる回路部１
０３とによって構成されている。そして、タービン式の
呼吸流量・流速計測装置は、計量部１０１による検出信
号をケーブル１０２を用いて回路部１０３に出力すると
共に、回路部１０３は、検出信号に基づき呼吸流量を演
算し、呼吸流量に応じた信号を電波、光等の電磁波を用
いて外部に送信している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来技術による呼吸流量・流速計測装置は、別体となった
計量部１０１と回路部１０３とのうち、計量部１０１を
被検者１００の口部に装着すると共に、回路部１０３を
被検者１００の腰部等に装着する必要がある。このた
め、これら計量部１０１、回路部１０３等を取り付ける
場合の簡便性、作業性に難点がある。

【０００７】また、計量部１０１と回路部１０３とはケ
ーブル１０２によって接続されているため、ケーブル１
０２によって被検者１００の上半身の自由度が制限され
る。このため、被検者１００に拘束感や違和感を生じさ
せると共に、歩行、走行等の運動中における換気機能を
計測することが難しいという問題がある。さらに、立位
のみならず側臥位、仰臥位等のように計測中に被検者１
００が***を変換する場合には、回路部１０３の位置調
整が必要になるという問題もある。

【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、被検者の自由度を増大
させることが可能となり、また装置の設置場所の制約を
受けにくい呼吸流量・流速計測装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明は、呼気または吸気が流れる流
路を有する筒状のケーシングと、該ケーシングの流路途
中に軸方向に間隔を置いて設けられ呼気または吸気を渦
流とする一対の偏向部材と、該各偏向部材間に設けられ
渦流によって回転する回転体と、該回転体の近傍に位置
して前記ケーシングに設けられ該回転体の回転を検出す
る回転センサと、前記ケーシングに取付けられ該回転セ
ンサによって検出された検出信号を回転体の回転速度と
回転方向に応じたパルス列信号に変換し、遠隔な場所に
設けられた受信器に送信する送信器とからなり、前記送
信器は、前記検出信号を用いて回転速度信号を出力する
回転速度信号出力手段と、前記検出信号を用いて回転方
向信号を出力する回転方向信号出力手段と、回転速度信
号と回転方向信号を用いて回転速度と回転方向に応じた
パルス列信号を変調する変調手段とから構成し、前記変
調手段は、回転体が正回転するときには回転速度に応じ
たパルス間隔をもった正回転認識パルス列信号を設定
し、回転体が逆回転するときには回転速度に応じたパル
ス間隔をもった逆回転認識パルス列信号を設定する構成
としたことにある。

【００１０】このように構成したことにより、流路内を
呼気または吸気が流れるときには、偏向部材によってこ
の呼気または吸気は渦流となるから、回転体は、この渦
流を羽根部で受けることによって回転する。このとき、
回転センサは回転体の回転を検出するから、送信器はこ
の回転センサによって検出された検出信号を回転体の回
転速度と回転方向に応じたパルス列信号に変換し、遠隔
な場所に設けられた受信器に向けて送信する。また、送
信器は回転速度信号出力手段、回転方向信号出力手段お
よび変調手段とによって構成したから、回転速度信号出
力手段は回転センサによる検出信号を用いて回転速度信
号を出力すると共に、回転方向信号出力手段は検出信号
を用いて回転方向信号を出力する。そして、変調手段は
回転速度信号と回転方向信号を用いて回転速度と回転方
向に応じたパルス列信号を変調することができる。さら
に、変調手段は、回転方向に応じた正回転認識パルス列
信号、逆回転認識パルス列信号を設定すると共に、回転
速度に応じたパルス間隔を有する正回転認識パルス列信
号、逆回転認識パルス列信号を変調することができる。

【００１１】また、請求項２の発明では、正回転認識パ
ルス列信号は、回転体が正回転するときの回転速度に応
じたパルス間隔をもった第１の独立パルス信号の集合に
よって構成し、逆回転認識パルス列信号は、回転体が逆
回転するときの回転速度に応じたパルス間隔をもち第１
の独立パルス信号とは異なる第２の独立パルス信号の集
合によって構成している。

【００１２】これにより、変調手段は、回転速度に応じ
た第１の独立パルス信号間の時間間隔を有する正回転認
識パルス列信号を変調すると共に、回転速度に応じた第
２の独立パルス信号間の時間間隔を有する逆回転認識パ
ルス列信号を変調して外部に送信するから、第１，第２
の独立パルス信号が出力されている短時間だけ送信用の
電力を消費し、これ以外の時間はほとんど電力を消費し
なくなる。このため、電力消費量を低減することができ
る。

【００１３】また、請求項３の発明では、回転センサ
は、第１の発光器と該第１の発光器からの光を前記回転
体の回転に応じて断続的に受光し検出信号を出力する第
１の受光器とからなる第１の回転センサと、第２の発光
器と該第２の発光器からの光を前記回転体の回転に応じ
て断続的に受光し検出信号を出力する第２の受光器とか
らなる第２の回転センサとによって構成している。

【００１４】これにより、流路内の呼吸気の流れで回転
体が回転すると、回転体は第１の発光器と第１の受光器
との間の光を断続的に遮断すると共に、第２の発光器と
第２の受光器との間の光を断続的に遮断する。このた
め、第１，第２の受光器は、第１，第２の発光器からの
光を断続的に受光することによって、回転体の回転を検
出し、検出信号を出力する。この結果、これら第１，第
２の受光器による検出信号を用いることによって、回転
体の回転速度および回転方向を検出することができる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
呼吸流量・流速計測装置を図１ないし図１３に基づき詳
細に説明する。

【００１８】図において、１は段付き筒状のケーシング
で、該ケーシング１は、内部に後述する偏向部材４、回
転体６等を収容するホルダ部２と、該ホルダ部２に取付
けられ後述する回転センサ７，８、送信回路１２等を収
容するセンサ取付部３とによって構成されている。

【００１９】そして、ホルダ部２は、測定時に被検者に
よって把持されると共に、後述する回転体６等を収容し
一端側が外部に開口した大径円筒状の把持筒部２Ａと、
該把持筒部２Ａの他端側に軸方向に延びて形成され被検
者の口部に装着するための小径筒状のマウスピース部２
Ｂとから構成されている。また、把持筒部２Ａには、そ
の軸方向途中位置を切欠くことにより回転体６に対応し
た位置に切欠き溝２Ｃが設けられている。そして、ケー
シング１の内周側は、呼吸気が流れる流路２Ｄとなって
いる。

【００２０】一方、センサ取付部３は切欠き溝２Ｃに着
脱可能に取付けられると共に、該センサ取付部３は、後
述の回転センサ７，８が取付けられ回転体６と対向する
略Ｃ字状のセンサ収容部３Ａ、該センサ収容部３Ａの円
周方向中央に位置して後述の送信回路１２等を収容する
略箱状の回路収容部３Ｂとから構成されている。そし
て、センサ取付部３のセンサ収容部３Ａが切欠き溝２Ｃ
に挿入されることによって、センサ取付部３は切欠き溝
２Ｃに着脱可能に取付けられている。

【００２１】４，４は流路２Ｄの途中位置に軸方向に間
隔をもって設けられた一対の偏向部材で、該各偏向部材
４は、流路２Ｄ内に呼吸気が流れるときに、この呼吸気
を渦流に変換するものである。

【００２２】ここで、各偏向部材４は、流路２Ｄの軸中
心付近に設けられたハブ部４Ａと、該ハブ部４Ａから半
径方向外側に渦巻状に延びる例えば６枚の渦巻状羽根部
４Ｂと、該渦巻状羽根部４Ｂの先端側に設けられ回転体
収容部１Ａの内周面に取り付けられる略円筒状の外枠部
４Ｃとによって構成されている。また、一対の偏向部材
４のうち、マウスピース部２Ｂ側に位置する偏向部材４
には、マウスピース部２Ｂ側から回転体６に向かって唾
液等が飛散するのを防止するためのフィルタ４Ｄが設け
られている。

【００２３】そして、各偏向部材４は、ケーシング１内
に位置して切欠き溝２Ｃの軸方向両端側に設けられ、そ
のハブ部４Ａにはピボット軸受５が固着されている。ま
た、２個の偏向部材４は、その間に回転体６を挟むと共
に、互いに対向するピボット軸受５によって回転体６を
回転可能に軸支している。

【００２４】６は一対の偏向部材４，４間に位置して偏
向部材４からの渦流によって回転する回転体で、該回転
体６は、図５に示すように流路２Ｄ内に位置して偏向部
材４のピボット軸受５に回転可能に軸支された回転軸６
Ａと、該回転軸６Ａを中心に半径方向に１８０°対向し
て延びる平板状となった２片の羽根部６Ｂ，６Ｃとから
構成されている。

【００２５】そして、前記回転体６は、ケーシング１の
回転体収容部１Ａ内に配置されると共に、切欠き状に開
口した切欠き溝２Ｃを臨む位置に設けられ、後述する回
転センサ７，８と対向している。

【００２６】また、回転体６は、僅かな呼気または吸気
によって図６中の矢示Ａ方向または矢示Ｂ方向に回転可
能となるように軽量化されている。このため、回転軸６
Ａは、図２に示すように例えば金属製の針状部材によっ
て形成され、流路２Ｄの軸線Ｏ−Ｏ上に配置されると共
に、その両端側は摩擦抵抗を低減するために尖ってい
る。一方、２片の羽根部６Ｂ，６Ｃは、例えば１枚の金
属製の平板状部材によって形成され、該平板状部材の中
央に設けられた切込み６Ｄに回転軸６Ａを挿通すること
によって、回転軸６Ａに対して平行に延びている。そし
て、羽根部６Ｂ，６Ｃは、図６中に矢示Ａ，Ｂ方向に示
すように偏向部材４による渦流を受承し、矢示Ａ，Ｂ方
向に回転するものである。

【００２７】ここで、図６中に二点鎖線で示すように羽
根部６Ｂ，６Ｃが上下方向に配置されたときを中立位置
とし、この中立位置と羽根部６Ｂ，６Ｃとがなす角度を
回転体６の回転角θとする。このとき、回転体６は回転
角θが０°〜３６０°に亘り回転するものである。

【００２８】７はセンサ取付部３のセンサ収容部３Ａに
取付けられた第１の回転センサで、該回転センサ７は、
図６に示すように略Ｃ字状に延びるセンサ収容部３Ａの
中央部左側に設けられＬＥＤ（発光ダイオード）等から
なる第１の発光器７Ａと、センサ収容部３Ａの左側先端
に設けられ該発光器７Ａからの光を受光するフォトトラ
ンジスタ等からなる第１の受光器７Ｂとによって構成さ
れている。また、発光器７Ａは後述の駆動電源１１に接
続され、受光器７Ｂは送信回路１２に接続されている。

【００２９】８はセンサ取付部３のセンサ収容部３Ａに
取付けられた第２の回転センサで、該第２の回転センサ
８は、第１の回転センサ７とほぼ同様に第２の発光器８
Ａ、第２の受光器８Ｂとによって構成され、第２の発光
器８Ａはセンサ収容部３Ａの右側先端に設けられる共
に、第２の受光器８Ｂは中央部右側に設けられ発光器８
Ａからの光を受光する。そして、発光器８Ａは、後述の
駆動電源１１に接続され、受光器８Ｂは、送信回路１２
に接続されている。

【００３０】また、第２の発光器８Ａは、第１の発光器
７Ａと回転軸６Ａを中心にして略対称となる位置に設け
られている。このため、第１の発光器７Ａからの光と第
２の発光器８Ａからの光が干渉することがなく、第１の
発光器７Ａからの光を第１の受光器７Ｂによって受光で
きると共に、第２の発光器８Ａからの光を第２の受光器
８Ｂによって受光できる。

【００３１】ここで、発光器７Ａ，８Ａと受光器７Ｂ，
８Ｂとの間には、回転体６の羽根部６Ｂ，６Ｃが通過可
能となっている。このため、回転体６が回転したときに
は、受光器７Ｂ，８Ｂは、発光器７Ａ，８Ａからの光を
断続的に受光する。そして、受光器７Ｂ，８Ｂは、発光
器７Ａ，８Ａからの光を受光したときに例えばＬ状態
（Ｌｏｗ状態）となり、受光器７Ｂ，８Ｂと発光器７
Ａ，８Ａとの間が回転体６の羽根部６Ｂ，６Ｃによって
遮断され、発光器７Ａ，８Ａからの光を受光しないとき
に例えばＨ状態（Ｈｉｇｈ状態）となる第１，第２の検
出信号Ｓ1 ，Ｓ2 を出力するものである。

【００３２】また、第１，第２の回転センサ７，８は、
左，右対称となった略ハ字状に配置されている。このた
め、第１の受光器７ＢがＨ状態となった第１の検出信号
Ｓ1を出力する回転体６の回転角θの範囲と、第２の受
光器８ＢがＨ状態となった第２の検出信号Ｓ2 を出力す
る回転体６の回転角θの範囲とは、異なるものである。

【００３３】即ち、第１の受光器７Ｂは、図９および図
１０に示すように例えば回転体６の回転角θが１５°〜
１０５°、１９５°〜２８５°までの範囲ではＨ状態と
なった第１の検出信号Ｓ1 を出力する。一方、第２の受
光器８Ｂは、例えば回転体６の回転角θが７５°〜１６
５°、２５５°〜３４５°までの範囲ではＨ状態となっ
た第２の検出信号Ｓ2 を出力するものである。

【００３４】９はセンサ取付部３の回路収容部３Ｂに取
付けられた回路基板で、該回路基板９には、複数の電子
部品１０が実装されると共に、例えばリチウム電池等の
釦電池からなる駆動電源１１が取り付けられている。ま
た、電子部品１０は送信回路１２を構成し、該送信回路
１２は、回転センサ７，８に接続されている。そして、
送信回路１２は、該回転センサ７，８から出力される第
１，第２の検出信号Ｓ1 ，Ｓ2 に基づき回転体６の回転
速度を示す回転速度信号Ｓv と回転方向を示す回転方向
信号Ｓd とを含むパルス列信号Ｓp を電磁波として外部
に発信するものである。

【００３５】ここで、送信回路１２の具体的な構成につ
いて図７ないし図１１を参照しつつ説明する。

【００３６】送信回路１２は、図７に示すように回転体
６の回転方向に応じた回転方向信号Ｓd を出力する回転
方向信号出力回路１３と、回転体６の回転速度に応じた
回転速度信号Ｓv を出力する回転速度信号出力回路１４
と、回転方向信号Ｓd 、回転速度信号Ｓv に基づき回転
体６の回転方向、回転速度に応じたパルス列信号Ｓpを
変調する変調回路１５と、パルス列信号Ｓp を増幅し送
信用アンテナ１７を介して発信する電力増幅回路１６と
によって構成されている。

【００３７】また、回転方向信号出力回路１３は、図８
に示すように第１，第２の検出信号Ｓ1 ，Ｓ2 を用いて
セット信号Ｓs を演算するセット信号演算回路１８と、
第１，第２の検出信号Ｓ1 ，Ｓ2 を用いてリセット信号
Ｓr を演算するリセット信号演算回路１９と、セット信
号Ｓs 、リセット信号Ｓr によってセット状態、リセッ
ト状態となるＲＳフリップフロップ回路２０とによって
構成されている。

【００３８】ここで、セット信号演算回路１８は、波形
整形回路２１，２２、単安定マルチバイブレータ２３，
２４（以下、ＭＭＶ２３，２４という）、ＡＮＤ回路２
５，２６、ＮＯＴ回路２７、ＯＲ回路２８によって構成
されている。そして、波形整形回路２１，２２は、その
入力側が第１，第２の受光器７Ｂ，８Ｂに接続されてい
る。そして、波形整形回路２１は、第１の受光器７Ｂに
よる第１の検出信号Ｓ1 の波形を整形し、波形整形回路
２２は、第２の受光器８Ｂによる第２の検出信号Ｓ2 の
波形を整形している。

【００３９】また、ＭＭＶ２３，２４は、その入力側が
波形整形回路２１に接続されると共に、その出力側がＡ
ＮＤ回路２５，２６の入力側に接続されている。また、
ＭＭＶ２３は、第１の受光器７Ｂによる第１の検出信号
Ｓ1 が立上るときに単一のパルス信号からなる第１の立
上りパルス信号Ｐa1を出力する。一方、ＭＭＶ２４は、
第１の受光器７Ｂによる第１の検出信号Ｓ1 が立下ると
きに単一のパルス信号からなる第１の立下りパルス信号
Ｐb1を出力するものである。

【００４０】また、ＡＮＤ回路２５の入力側は、ＭＭＶ
２３に接続されると共に、ＮＯＴ回路２７を介して波形
整形回路２２に接続されている。一方、ＡＮＤ回路２６
の入力側は、ＭＭＶ２４に接続されると共に、波形整形
回路２２に接続されている。そして、ＡＮＤ回路２５，
２６の出力側はＯＲ回路２８の入力側に接続され、ＯＲ
回路２８はＡＮＤ回路２５，２６からの出力信号によっ
てセット信号Ｓs を演算し、出力する。これにより、セ
ット信号演算回路１８は、下記数１に示す演算を行うも
のである。

【００４１】

【数１】

【００４２】一方、リセット信号演算回路１９は、波形
整形回路２１，２２、単安定マルチバイブレータ２９，
３０（以下、ＭＭＶ２９，３０という）、ＡＮＤ回路３
１，３２、ＮＯＴ回路３３、ＯＲ回路３４によって構成
されている。そして、ＭＭＶ２９，３０は、その入力側
が波形整形回路２２に接続されると共に、その出力側が
ＡＮＤ回路３１，３２の入力側に接続されている。ま
た、ＭＭＶ２９は、第２の受光器８Ｂによる第１の検出
信号Ｓ2 が立上るときに単一のパルス信号からなる第２
の立上りパルス信号Ｐa2を出力する。一方、ＭＭＶ３０
は、第２の受光器８Ｂによる第２の検出信号Ｓ2 が立下
るときに単一のパルス信号からなる第２の立下りパルス
信号Ｐb2を出力するものである。

【００４３】また、ＡＮＤ回路３１の入力側は、ＭＭＶ
２９に接続されると共に、ＮＯＴ回路３３を介して波形
整形回路２１に接続されている。一方、ＡＮＤ回路３２
の入力側は、ＭＭＶ３０に接続されると共に、波形整形
回路２１に接続されている。そして、ＡＮＤ回路３１，
３２の出力側はＯＲ回路３４の入力側に接続され、ＯＲ
回路３４は、ＡＮＤ回路３１，３２からの出力信号によ
ってリセット信号Ｓrを演算し、出力する。これによ
り、リセット信号演算回路１９は、下記数２に示す演算
を行うものである。

【００４４】

【数２】

【００４５】そして、第１の受光器７Ｂは、回転体６の
回転角θが１５°〜１０５°、１９５°〜２８５°まで
の範囲ではＨ状態となった第１の検出信号Ｓ1 を出力す
る。一方、第２の受光器８Ｂは、例えば回転体６の回転
角θが７５°〜１６５°、２５５°〜３４５°までの範
囲ではＨ状態となった第２の検出信号Ｓ2 を出力する。
また、第１の立上りパルス信号Ｐa1は、回転体６が図６
中の矢示Ａ方向に回転するときには、回転角θが１５°
または１９５°において出力される。これに対し、回転
体６が図６中の矢示Ｂ方向に回転するときには、矢示Ａ
方向に回転するときに比べて例えば９０°のずれが生
じ、回転角θが１０５°または２８５°において出力さ
れる。同様に、第２の立上りパルス信号Ｐa2、第１，第
２の立下りパルス信号Ｐb1，Ｐb2が出力される回転角θ
も、回転体６の矢示Ａ，Ｂ方向に回転するときでは略９
０°のずれが生じる。

【００４６】このため、回転体６が図６中の矢示Ａ方向
に回転するとき、即ち流路２Ｄ内を呼気が流れるときに
は、セット信号演算回路１８は、図９に示すようにセッ
ト信号Ｓs を出力するのに対し、リセット信号演算回路
１９がリセット信号Ｓr を出力することはない。

【００４７】一方、回転体６が図６中の矢示Ｂ方向に回
転するとき、即ち流路２Ｄ内を吸気が流れるときには、
リセット信号演算回路１９は、図１０に示すようにリセ
ット信号Ｓr を出力するのに対し、セット信号演算回路
１８がセット信号Ｓs を出力することはない。

【００４８】この結果、ＲＳフリップフロップ回路２０
は、流路２Ｄ内を呼気が流れるときにはセット状態とな
り、吸気が流れるときにはリセット状態となるから、Ｒ
Ｓフリップフロップ回路２０から出力される回転方向信
号Ｓd によって流路２Ｄ内を呼気、吸気のいずれが流れ
ているかを認識することができる。

【００４９】また、セット信号演算回路１８のＭＭＶ２
４から出力される第１の立下りパルス信号Ｐb1は、回転
体６の回転速度に応じた信号となっている。即ち、第１
の立下りパルス信号Ｐb1は、回転体６の回転速度が速い
ときにはパルス間隔が短くなり、回転速度が遅いときに
はパルス間隔が長くなる。このため、本実施の形態では
ＭＭＶ２４が回転速度信号出力回路１４を兼ねるもので
ある。なお、回転速度信号出力回路１４は、ＭＭＶ２４
に限らずＭＭＶ２３，２９，３０を用いてもよく、これ
らのＭＭＶ２３，２４，２９，３０とは別に設ける構成
としてもよい。

【００５０】そして、変調回路１５は、例えばＶＣＯ
（電圧制御発振器）等によって構成され、図１１に示す
ように呼気に対応した正回転認識パルス列信号として第
１のパルス列信号Ｓp1を出力し、吸気に対応した逆回転
認識パルス列信号として第２のパルス列信号Ｓp2を出力
する。

【００５１】ここで、第１のパルス列信号Ｓp1は、一定
時間のパルス幅ΔＴ1 に亘って予め決められた周波数Ｆ
1 で振動する第１の独立パルス信号Ｓp10 の集合によっ
て構成されている。一方、第２のパルス列信号Ｓp2は、
パルス幅ΔＴ1 よりも短いパルス幅ΔＴ2 に亘って予め
決められた周波数Ｆ1 で振動する第２の独立パルス信号
Ｓp20 の集合によって構成されている。

【００５２】また、各独立パルス信号Ｓp10 間の時間間
隔は、回転体６の回転速度に応じて変化すると共に、独
立パルス信号Ｓp20 間の時間間隔も、回転体６の回転速
度に応じて変化する。これにより、第１，第２のパルス
列信号Ｓp1，Ｓp2は、回転体６の回転速度に応じた疎密
波を構成するものである。

【００５３】さらに、変調回路１５は、回転方向信号Ｓ
d がＨ状態のときには、パルス幅ΔＴ1 の独立パルス信
号Ｓp10 からなる第１のパルス列信号Ｓp1を出力し、回
転方向信号Ｓd がＬ状態のときには、パルス幅ΔＴ1 よ
りも短いパルス幅ΔＴ2 の独立パルス信号Ｓp20 からな
る第２のパルス列信号Ｓp2を出力する。この結果、変調
回路１５は、回転体６の回転方向と回転速度の情報を含
むパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を電力増幅回路１６、送信用
アンテナ１７を介して電磁波として出力するものであ
る。

【００５４】３５は前述の如く構成した呼吸流量・流速
計測装置から遠隔な場所に配置され、送信回路１２から
送信されたパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を受信する受信装置
で、該受信装置３５は、例えば受信用アンテナ３６、復
調回路３７、パルス整形回路３８、呼吸流量演算回路３
９によって構成されている。そして、受信装置３５は、
パルス列信号Ｓp1，Ｓp2を復調し、回転方向と回転速度
を演算することによって、呼気、吸気の流量に応じた流
量信号Ｓo1と流速に応じた流速信号Ｓo2を出力するもの
である。

【００５５】本実施の形態による呼吸流量・流速計測装
置は上述の如き構成を有するもので、次にその作動につ
いて説明する。

【００５６】まず、呼吸流量を計測するときには、ケー
シング１のマウスピース部２Ｂを被検者がくわえる。そ
して、被検者が呼吸をするのに伴ってホルダ部２の流路
２Ｄには呼吸気が流れる。このとき、流路２Ｄには偏向
部材４が取り付けられているから、流路２Ｄを流れる呼
吸気は、偏向部材４によって渦流に変換され、２個の偏
向部材４間を流通する。そして、この渦流は、回転体６
の羽根部６Ｂ，６Ｃによって受承されるから、呼気が流
れるときには回転体６は図６中の矢示Ａ方向に回転し、
吸気が流れるときには回転体６は図６中の矢示Ｂ方向に
回転する。

【００５７】また、回転体６には、第１，第２の回転セ
ンサ７，８が対向して設けられると共に、発光器７Ａ，
８Ａと受光器７Ｂ，８Ｂとの間の光を回転体６の羽根部
６Ｂ，６Ｃが断続的に遮断する。このとき、羽根部６
Ｂ，６Ｃが発光器７Ａ，８Ａからの光を遮断する時間間
隔は、回転体６の回転速度が遅いときには長くなり、速
いときには短くなる。このため、受光器７Ｂ，８Ｂは、
回転体６の回転速度に応じて時間間隔が変化する矩形波
状の検出信号Ｓ1 ，Ｓ2 を出力する。

【００５８】そして、第１，第２の回転センサ７，８
は、左，右対称となった略ハ字状に配置されているか
ら、第１の受光器７ＢがＨ状態となった第１の検出信号
Ｓ1 を出力する回転体６の回転角θの範囲と、第２の受
光器８ＢがＨ状態となった第２の検出信号Ｓ2 を出力す
る回転体６の回転角θの範囲とは異なる。

【００５９】このため、送信回路１２の回転方向信号出
力回路１３は、第１，第２の検出信号Ｓ1 ，Ｓ2 を用い
て回転体６の回転方向に応じた回転方向信号Ｓd を出力
すると共に、回転速度信号出力回路１４は、回転体６の
回転速度に応じた回転速度信号Ｓv を出力する。そし
て、変調回路１５は、回転方向信号出力回路１３、回転
速度信号出力回路１４から出力される回転方向信号Ｓd
、回転速度信号Ｓv に基づき回転体６の回転方向、回
転速度に応じた第１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を
変調すると共に、このパルス列信号Ｓp1，Ｓp2は、電力
増幅回路１６、送信用アンテナ１７を介して電磁波とし
て外部の発信され、遠隔な場所に設けられた受信装置３
５に向けて送信される。この結果、受信装置３５は、第
１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を復調し、回転方向
と回転速度を演算することによって、呼気、吸気の流量
に応じた流量信号Ｓo1と流速に応じた流速信号Ｓo2を出
力する。

【００６０】かくして、本実施の形態によれば、ケーシ
ング１を偏向部材４、回転体６等を収容するホルダ部２
と回転センサ７，８、送信回路１２等を収容するセンサ
取付部３とによって構成することにより、回転方向、回
転速度に応じたパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を送信する送信
回路１２をケーシング１に一体的に取付けることができ
る。このため、従来技術のようにケーブル等によって被
検者を拘束することなく、被検者の自由度を増加させる
ことができ、測定中に被検者の姿勢が変化するときであ
っても容易に呼吸流量を計測することができる。

【００６１】また、ケーシング１に送信回路１２を一体
的に取付けたから、呼吸流量・流速計測装置全体を小型
化することができる。このため、従来技術によるスパイ
ログラフ等のように大型の検査機器を設置することがで
きない小さい診察室であっても、本実施の形態による呼
吸流量・流速計測装置を使用することができ、検査機器
に対する空間的な制約を除外または軽減することができ
る。これにより、診療所等のように机上の多くの検査機
器が設置されている場所においても、呼吸流量・流速計
測装置を使用することができる。

【００６２】また、送信回路１２は、回転方向信号出力
回路１３、回転速度信号出力回路１４、変調回路１５等
によって構成することにより、回転速度信号出力回路１
４は第１の回転センサ７による検出信号Ｓ1 を用いて回
転速度信号Ｓv を出力すると共に、回転方向信号出力回
路１３は第１，第２の回転センサ７，８による検出信号
Ｓ1 ，Ｓ2 を用いて回転方向信号Ｓd を出力する。そし
て、変調回路１５は、回転速度信号Ｓv と回転方向信号
Ｓd を用いて回転速度と回転方向の情報を含む呼気、吸
気に対応した第１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を変
調することができる。

【００６３】一方、変調回路１５を、回転方向信号Ｓd
、回転速度信号Ｓv を用いて呼気、吸気に対応した第
１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を変調する構成とす
ることにより、回転方向信号Ｓd に応じたパルス幅ΔＴ
1 ，ΔＴ2 の独立パルス信号Ｓp10 ，Ｓp20 からなる第
１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を設定すると共に、
回転速度信号Ｓv に応じた各独立パルス信号Ｓp10 ，Ｓ
p20 間の時間間隔を有するパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を変
調することができる。これにより、回転体６の回転方向
から流路２Ｄ内に呼気または吸気にいずれが流れている
かを検出することができると共に、呼吸流量を検出する
ことができる。

【００６４】さらに、変調回路１５は、回転速度に応じ
た独立パルス信号Ｓp10 ，Ｓp20 間の時間間隔を有する
パルス列信号Ｓp1，Ｓp2を変調し、電力増幅回路１６等
を介して外部に送信するから、独立パルス信号Ｓp10 ，
Ｓp20 が出力されている短時間だけ送信用の電力を消費
し、これ以外の時間はほとんど電力を消費しなくなる。
このため、電力消費量を低減することができ、駆動電源
１１の寿命を延長することができる。また、駆動電源１
１を容量の大きい小型の釦電池等によって構成すること
ができるから、装置全体を小型、軽量化することができ
る。これにより、被検者が長時間に亘って呼吸流量・流
速計測装置を装着したときであっても、被検者の疲労を
軽減することができる。

【００６５】なお、前記実施の形態では、変調回路１５
は、呼気、吸気に対応した第１，第２のパルス列信号Ｓ
p1，Ｓp2として、回転体６の回転方向に応じてパルス幅
ΔＴ1 ，ΔＴ2 の独立パルス信号Ｓp10 ，Ｓp20 からな
る第１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を出力するもの
とした。しかし、図１３に示す変形例のように、呼気、
吸気に対応した第１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2と
して、回転体６の回転方向に応じて互いに異なる振幅Ａ
1 ，Ａ2 の独立パルス信号Ｓp10 ，Ｓp20 からなる第
１，第２のパルス列信号Ｓp1，Ｓp2を出力する構成とし
てもよい。また、変調回路１５は、周波数が相互に異な
る独立パルス信号Ｓp10 ，Ｓp20 からなる第１，第２の
パルス列信号Ｓp1，Ｓp2を出力する構成としてもよい。

【００６６】また、前記実施の形態では、変調回路１５
は、ＶＣＯによって構成するものとしたが、例えば変調
回路を一定の振幅、一定の周波数Ｆ1 の搬送波を発振す
る発振器とＡＮＤ回路とによって構成し、回転速度信号
Ｓv と搬送波とのＡＮＤ演算を行うことによってもパル
ス列信号Ｓp1，Ｓp2を出力することができる。さらに、
変調回路をＰＧＡ（プログラマブル・ゲイン・アンプ）
回路によって構成し、回転速度信号Ｓv に応じて周波数
Ｆ1 で発振する搬送波の振幅を変化させてもよい。

【００６７】また、本実施の形態では、パルス列信号Ｓ
p1，Ｓp2を一定の周波数Ｆ1 で発振する構成としたが、
呼吸流量・流速計測装置毎に異なる周波数のパルス列信
号Ｓp1，Ｓp2を出力する構成としてもよい。これによ
り、複数の被検者の呼吸流量を同時に計測することがで
きる。

【００６８】また、前記実施の形態では、回転体６は２
片の羽根部６Ｂを有するものとしたが、本発明はこれに
限らず、３片以上の羽根部を有する構成としてもよい。
このように、羽根部の数を増加した場合には、流路２Ｄ
内をより微小な呼吸流量が流通するときでも、回転体を
回転させることができ、検出感度を向上させることがで
きる。

【００６９】さらに、前記実施の形態では、２片の羽根
部６Ｂは１枚の平板状部材を用いて形成する場合を例示
したが、回転軸６Ａには別部材からなる複数片の羽根部
を例えばろう付、接着等の手段で取り付ける構成として
もよい。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、ケーシングには、回転方向、回転速度に応じた
パルス列信号を送信する送信器を設けることにより、被
検者を拘束することなく、被検者の自由度を増加させる
ことができる。このため、測定中に被検者の姿勢が変化
するときであっても容易に呼吸流量を計測することがで
きる。また、送信器を、回転方向信号出力手段、回転速
度信号出力手段および変調手段によって構成することに
より、回転速度信号出力手段は回転センサによる検出信
号を用いて回転速度信号を出力すると共に、回転方向信
号出力手段は、その検出信号を用いて回転方向信号を出
力する。そして、変調は回転速度信号と回転方向信号を
用いて回転速度と回転方向に応じたパルス列信号を変調
することができる。さらに、変調手段は、回転方向に応
じた正回転認識パルス列信号、逆回転認識パルス列信号
を設定すると共に、回転速度に応じたパルス間隔を有す
る正回転認識パルス列信号、逆回転認識パルス列信号を
変調することができる。

【００７１】また、請求項２の発明によれば、変調手段
は、回転速度に応じた第１の独立パルス信号間の時間間
隔を有する正回転認識パルス列信号を変調すると共に、
回転速度に応じた第２の独立パルス信号間の時間間隔を
有する逆回転認識パルス列信号を変調して外部に送信す
るから、第１，第２の独立パルス信号が出力されている
短時間だけ送信用の電力を消費し、これ以外の時間はほ
とんど電力を消費しなくなる。このため、電力消費量を
低減し、駆動電源の寿命を延長できるから、駆動電源を
小型の釦電池等によって構成することができ、装置全体
を小型、軽量化することができる。これにより、被検者
が長時間に亘って呼吸流量・流速計測装置を装着したと
きであっても、被検者の疲労を軽減することができる。

【００７２】また、請求項３の発明によれば、回転セン
サを第１の発光器と第１の受光器からなる第１の回転セ
ンサと、第２の発光器と第２の受光器からなる第２の回
転センサとによって構成したから、流路内の呼吸気の流
れで回転体が回転すると、回転体は第１の発光器と第１
の受光器との間の光を断続的に遮断すると共に、第２の
発光器と第２の受光器との間の光を断続的に遮断する。
このため、第１，第２の受光器は、第１，第２の発光器
からの光を断続的に受光することによって、回転体の回
転を検出し、検出信号を出力する。この結果、これら第
１，第２の受光器による検出信号を用いることによっ
て、回転体の回転速度および回転方向を検出することが
できる。

【００７３】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を装
着・使用している状態を示す正面図である。

【図２】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を示
す縦断面図である。

【図３】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を示
す図２の左側面図である。

【図４】実施の形態による呼吸流量・流速計測装置を分
解して示す分解正面図である。

【図５】回転体を拡大して示す斜視図である。

【図６】回転体、回転センサ等を示す図２中の矢示VI−
VI方向からみた断面図である。

【図７】送信回路を示すブロック図である。

【図８】回転方向信号出力回路を示す回路図である。

【図９】流路内を呼気が流れたときの第１，第２の検出
信号、第１，第２の立上りパルス信号、第１，第２の立
下りパルス信号、セット信号、リセット信号を示す特性
線図である。

【図１０】流路内を吸気が流れたときの第１，第２の検
出信号、第１，第２の立上りパルス信号、第１，第２の
立下りパルス信号、セット信号、リセット信号を示す特
性線図である。

【図１１】呼吸流量、回転速度信号、回転方向信号、パ
ルス列信号と時間との関係を示す特性線図である。

【図１２】受信装置を示すブロック図である。

【図１３】変形例による呼吸流量、回転速度信号、回転
方向信号、パルス列信号と時間との関係を示す特性線図
である。

【図１４】従来技術による呼吸流量・流速計測装置を使
用している状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ケーシング２ホルダ部２Ｄ流路３センサ取付部４偏向部材６回転体７，８回転センサ７Ａ，８Ａ発光器７Ｂ，８Ｂ受光器１２送信回路（送信器）１３回転方向信号出力回路（回転方向信号出力手段）１４回転速度信号出力回路（回転速度信号出力手段）１５変調回路（変調手段）３５受信装置（受信器）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０１Ｐ 5/06 Ｇ０１Ｐ 5/06 Ｘ 5/07 Ｈ 5/07 Ａ６１Ｂ 5/08 ３００ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/115 A61B 5/091 G01D 5/36 G01P 5/06 G01P 5/07

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】呼気または吸気が流れる流路を有する筒
状のケーシングと、該ケーシングの流路途中に軸方向に
間隔を置いて設けられ呼気または吸気を渦流とする一対
の偏向部材と、該各偏向部材間に設けられ渦流によって
回転する回転体と、該回転体の近傍に位置して前記ケー
シングに設けられ該回転体の回転を検出する回転センサ
と、前記ケーシングに取付けられ該回転センサによって
検出された検出信号を回転体の回転速度と回転方向に応
じたパルス列信号に変換し、遠隔な場所に設けられた受
信器に送信する送信器とからなり、前記送信器は、前記検出信号を用いて回転速度信号を出
力する回転速度信号出力手段と、前記検出信号を用いて
回転方向信号を出力する回転方向信号出力手段と、回転
速度信号と回転方向信号を用いて回転速度と回転方向に
応じたパルス列信号を変調する変調手段とから構成し、前記変調手段は、回転体が正回転するときには回転速度
に応じたパルス間隔をもった正回転認識パルス列信号を
設定し、回転体が逆回転するときには回転速度に応じた
パルス間隔をもった逆回転認識パルス列信号を設定して
なる呼吸流量・流速計測装置。
【請求項２】前記正回転認識パルス列信号は、回転体
が正回転するときの回転速度に応じたパルス間隔をもっ
た第１の独立パルス信号の集合によって構成し、前記逆
回転認識パルス列信号は、回転体が逆回転するときの回
転速度に応じたパルス間隔をもち第１の独立パルス信号
とは異なる第２の独立パルス信号の集合によって構成し
てなる請求項１に記載の呼吸流量・流速計測装置。
【請求項３】前記回転センサは、第１の発光器と該第
１の発光器からの光を前記回転体の回転に応じて断続的
に受光し検出信号を出力する第１の受光器とからなる第
１の回転センサと、第２の発光器と該第２の発光器から
の光を前記回転体の回転に応じて断続的に受光し検出信
号を出力する第２の受光器とからなる第２の回転センサ
とによって構成してなる請求項１または２に記載の呼吸
流量・流速計測装置。