JP5041596B2 - 呼吸装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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7a1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7a1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7a1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7a1の中心部が環状縁材6内へ陥没する。
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。
ダイアフラム7aの円形部7a1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。
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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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