JP6914766B2

JP6914766B2 - Ｃｐａｐ装置

Info

Publication number: JP6914766B2
Application number: JP2017144629A
Authority: JP
Inventors: 中田　佑希; 佑希中田; 貴敏井ノ口; 康宏飛内; 松下　裕樹; 裕樹松下
Original assignee: Nidec Copal Electronics Corp
Current assignee: Nidec Copal Electronics Corp
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: US11452828B2; CN110831650A; US20200114099A1; JP2019024622A; WO2019021630A1; CN110831650B

Description

本発明の実施形態は、例えば睡眠時無呼吸症候群の治療に適用されるＣＰＡＰ（Continuous Positive Airway Pressure）装置に関する。

ＣＰＡＰ装置は、ファンにより発生された一定の圧力の空気流をホース及び患者の鼻に装着されたマスク又は鼻カニューレを経由して気道に送り込む装置である。このため、ＣＰＡＰ装置の内部に例えばターボファンを含むファンとファンを駆動するための駆動回路及び制御回路が設けられている（例えば特許文献１、２参照）。

特開２０１３−１５０６８４号公報特開２０１６−３４４０９号公報

ＣＰＡＰ装置は、睡眠中の患者の気道にファンで空気流を送り込むため、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。したがって、ＣＰＡＰ装置は、空気流により発生される騒音を低減するため、ＣＰＡＰ装置内のファンに空気を導く流路に吸音材が設けられている。

しかし、ＣＰＡＰ装置を小型化するため、ファンの吸気口は流路とほぼ直交して配置されている。このため、流路からファンの吸気口に流れ込む空気の角度がほぼ直角に変化されるため、ファンの吸気口の近傍において、騒音が発生していた。睡眠中の患者にとっては、僅かな騒音であっても耳障りであるため、騒音の発生を極力低減することが望まれている。

本発明は、騒音を低減することが可能なＣＰＡＰ装置を提供しようとするものである。

本発明の実施形態に係るＣＰＡＰ装置は、第１の吸気口及び第１の排気口を有するハウジングと、前記第１の吸気口と前記第１の排気口との間に配置され、第２の吸気口及び第２の排気口を有し、前記第２の吸気口は、前記第２の吸気口の開口方向が前記第１の吸気口の開口方向と交差する方向に配置され、前記第２の排気口は、前記第２の排気口の開口方向が前記第１の排気口の開口方向と平行する方向に配置されたファンと、前記第１の吸気口から吸引された空気を前記第２の吸気口に導く流路を構成し、前記第２の吸気口と対向する位置に前記第２の吸気口より開口面積が大きい凹部を有する吸音材と、を具備し、前記流路は前記第１の吸気口から前記第２の吸気口への空気流の方向と交差する方向に幅と高さを有し、前記第２の吸気口と前記凹部の開口面積の比率は１：４．４以下である。

本発明の実施形態に係るＣＰＡＰ装置を示す斜視図。図１に示すＣＰＡＰ装置の内部を示す上面図。図２に示すＣＰＡＰ装置を分解して示す斜視図。図２に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。図５（ａ）は、比較例としてのＣＰＡＰ装置の空気の流れを示す断面図、図５（ｂ）は、本実施形態に係るＣＰＡＰ装置の空気の流れを示す断面図。本実施形態に係る凹部の直径と騒音レベルとの関係を示す図。図７（ａ）（ｂ）は、凹部の位置と騒音レベルとの関係を示す図。本実施形態に係る凹部が有る場合と、凹部が無い場合の騒音レベルを比較して示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

図１において、ＣＰＡＰ装置１０は、ハウジングとしての第１のケース１１と第２のケース１２を具備している。第１のケース１１は、第２のケース１２の上部に取着されている。第２のケース１２の上部は、短手方向の両端部が底部より外側に張り出した形状とされている。第１のケース１１と第２のケース１２内には、後述するターボファンが設けられている。

第２のケース１２の長手方向の一側面には、空気の吸気口（第１の吸気口）１３が設けられ、第１のケース１１と第２のケース１２の吸気口１３と反対側の側面には、空気の吐出口（第１の排気口）１４を有する吐出ユニット１５が設けられている。吸気口１３と排気口１４は後述する流路により接続され、流路の途中に設けられたターボファンにより、吸気口１３から吸入された空気は、吐出口１４から一定の圧力で吐出される。

吐出口１４には、図示せぬホースの一端が取着される。ホースの他端には図示せぬ例えばマスク又は鼻カニューレが設けられており、マスク又は鼻カニューレが患者の鼻に装着される。したがって、吐出口１４から一定の圧力で吐出された空気流は、マスク又は鼻カニューレより、患者の気道に供給される。

吐出ユニット１５が設けられた第１のケース１１と第２のケース１２の側面で、吐出ユニット１５の近傍には、電源やインターフェース用の各種ケーブル１６が設けられている。

図２は、図１の第１のケース１１を取り外した状態を示している。

図２に示すように、第２のケース１２内には、インナーケース４３が設けられ、インナーケース４３の上部には、第１の収容部１２−１と第２の収容部１２−２が設けられている。第１の収容部１２−１のほぼ周囲には、仕切り板４３ａが設けられ、第１の収容部１２−１と第２の収容部１２−２は、仕切り板４３ａにより仕切られている。

また、図示せぬ第１のケース１１内にも仕切り板４３ａと同様の仕切り板が設けられている。このため、第１のケース１１を第２のケース１２に取着した状態において、第１のケース１１及び第２のケース１２の内部は、第１のケース１１の仕切り板と第２のケース１２の仕切り板４３ａにより、第１の収容部１２−１と第２の収容部１２−２に仕切られる。

ファン１７は、例えばターボファンにより構成され、第１の収容部１２−１内に設けられる。第２の収容部１２−２内には、プリント基板２９が設けられる。プリント基板２９には、ファン１７を駆動するための駆動回路４１と、駆動回路４１を制御する制御部４０や差圧センサ２４及び圧力センサ２６などが配置される。制御部４０や駆動回路４１の配置は、これに限定されるものではなく、変形可能である。

図３は、図２の主要部を分解して示し、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示している。図３、図４において、説明の便宜上一部の部品は、省略されている。

図３に示すように、第２のケース１２内には、凹部１２ａが設けられ、凹部１２ａは、吸気口１３と連通されている。吸気口１３の内側には、多孔質の材料により構成されたフィルタ５１が設けられ、凹部１２ａ内には吸音材により形成されたサイレンサ４２が設けられる。

サイレンサ４２は、吸気口１３と対向する部分が開放された凹部４２ａを有している。サイレンサ４２の凹部４２ａは、後述するように、吸気口１３から吸気された空気をファン１７に導く流路４５を構成する。流路４５は、吸気口１３から吸気された空気を吐出口１４に導く流路の一部を構成している。

サイレンサ４２の形状は図３に示す形状に限定されるものではなく、サイレンサ４４とともに、流路４５を形成することができれば、凹部４２ａを形成するための側壁は、不要である。したがって、サイレンサ４２の表面は扁平であってもよい。

また、サイレンサ４２の一部で、ファン１７の後述する吸気口１７ａに対向する位置には、凹部４２ｂが設けられている。凹部４２ｂは、サイレンサ４２の厚みが薄い場合、サイレンサ４２を貫通していてもよい。

サイレンサ４２、４４は、多孔質の材料、例えばポリウレタンフォーム等が適用可能である。

サイレンサ４２を収容した凹部１２ａは、インナーケース４３により覆われる。インナーケース４３の仕切り板４３ａは複数の切欠き部４３ｃ、４３ｄ、４３ｅを有し、これら切欠き部４３ｃ、４３ｄ、４３ｅに、例えばシリコンゴム製のブッシュ４６、４７、４８が嵌合される。第１のケース１１の図示せぬ仕切り板も切欠き部４３ｃ、４３ｄ、４３ｅに対応して、ブッシュ４６、４７、４８が嵌合される図示せぬ複数の切欠き部を有している。

後述するように、ブッシュ４６は、差圧生成部材３２と差圧センサ２４とに接続された第１のチューブ１９、第２のチューブ２０や差圧生成部材３２と圧力センサ２６とに接続された第３のチューブ２１が挿通され、第１の収容部１２−１と第２の収容部１２−２との間をシールする部品である。ブッシュ４７は、後述するように、ファン１７に接続され、第２の収容部１２−２内に冷却用の空気を導入する部品である。ブッシュ４８は、ファン１７と駆動回路４１を接続する図示せぬリード線が挿通され、第１の収容部１２−１と第２の収容部１２−２との間をシールする部品である。

インナーケース４３の仕切り板４３ａの外側に位置する部分には、プリント基板２９が設けられる。

インナーケース４３の仕切り板４３ａの内側に位置する部分には、開口部４３ｂが設けられている。インナーケース４３の仕切り板４３ａの外側に位置する部分及び内側に位置する部分には、吸音材により形成されたサイレンサ４４が設けられる。

図４に示すように、サイレンサ４４は、インナーケース４３の下面に設けられ、サイレンサ４４の仕切り板４３ａの内側に位置する部分には、図３に示すように、インナーケース４３の開口部４３ｂと対応して開口部４４ａが設けられている。

インナーケース４３の開口部４３ｂ及びサイレンサ４４の開口部４４ａは、サイレンサ４２の凹部４２ａの一部と対向して配置され、インナーケース４３の開口部４３ｂ内に配置されたサイレンサ４４の開口部４４ａにファン１７が取着される。

図４に示すように、第２のケース１２内にインナーケース４３が取着された状態において、サイレンサ４４の周辺部は、第２のケース１２内に設けられたサイレンサ４２の周囲に当接され、サイレンサ４２とサイレンサ４４の間に位置する凹部４２ａにより、流路４５が形成される。流路４５は、空気浄化用のフィルタ５１を介在して吸気口１３と連通される。

流路４５内に、インナーケース４３の開口部４３ｂ及びサイレンサ４４の開口部４４ａ内に配置されたファン１７の吸気口（第２の吸気口）１７ａが配置される。すなわち、ファン１７の吸気口１７ａは、流路４５と交差する方向に配置される。

一方、ファン１７の排気口（第２の排気口）１７ｂは、ジョイント１８を介して吐出ユニット１５に接続されている。ジョイント１８は、吸気口１３から吸気された空気を吐出口１４に導く流路の一部を構成している。このため、ファン１７の排気口１７ｂは、流路に沿った方向に配置されている。

ジョイント１８の内部には、整流板３１及び空気流に差圧を生じさせる差圧生成部材３２が配置されている。整流板３１は、例えば整流用の複数のフィンを有し、差圧生成部材３２は、複数の孔を有している。整流板３１及び差圧生成部材３２については、説明の便宜上、詳細な説明を省略する。

図２に示すように、吐出ユニット１５には、第１のチューブ１９、第２のチューブ２０、第３のチューブ２１の一端が設けられている。第１のチューブ１９は、差圧生成部材３２の上流側の圧力（高圧）を差圧センサ２４に導くチューブであり、第２のチューブ２０は、差圧生成部材３２の下流側の圧力（低圧）を差圧センサ２４に導くチューブである。第３のチューブ２１は、差圧生成部材３２の下流側の圧力（低圧）を圧力センサ２６に導くチューブである。

第１のチューブ１９及び第２のチューブ２０の他端は、仕切り板４３ａに設けられたブッシュ４６内を通り、コネクタ２２、２３を介して差圧センサ２４に接続される。

差圧センサ２４は、第１のチューブ１９及び第２のチューブ２０により導入される差圧生成部材３２の上流側と下流側の空気の差圧を検出することにより、吐出口１４から吐出される空気の流量を検出する。

第３のチューブ２１の他端は、仕切り板４３ａに設けられたブッシュ４６内を通り、コネクタ２５を介して吐出される空気の圧力を検出する圧力センサ２６の圧力ポートに接続される。

圧力センサ２６の大気開放ポートには、第４のチューブ２７の一端が接続されている。第４のチューブ２７の他端には、コネクタ２８が設けられている。コネクタ２８は、図３に示す第２のケース１２の下面１２ｂに配置された突起５２に接続されている。突起５２は、ケース１２の下面１２ｂを貫通する開口部５３を有している。すなわち、第４のチューブ２７及びコネクタ２８は、開口部５３を介して圧力センサ２６内を大気に開放している。

圧力センサ２６は、第３のチューブ２１により圧力ポートに導入される差圧生成部材３２の上流側の空気圧を検出することにより、吐出口１４から吐出される空気の圧力を検出する。

図２に示すように、差圧センサ２４及び圧力センサ２６は、プリント基板２９上に配置されている。プリント基板２９には、さらに、電源やインターフェース用の各種ケーブル１６、電源スイッチ３０などが設けられている。

また、ファン１７は、吸気口１７ａから吸気した空気を吐出口１４から吐出するとともに、第１のケース１１、第２のケース１２内を冷却する機能を有している。
（騒音低減作用）
図５（ａ）は、流路４５内に前述した凹部４２ｂが無い場合における空気流の例を示している。

図５（ａ）に示すように、流路４５内に凹部４２ｂが無い場合、吸気口１３から流路４５内に吸引された空気は、ファン１７の近傍において、ほぼ直角に方向が変更されてファン１７の吸気口１７ａに取り込まれる。したがって、流路４５内の空気流は、ファン１７の吸気口１７ａの近傍において、急激に角度が変更されるため、吸気口１７ａの近傍において、渦が発生し、その渦による圧力変動が音となり、騒音が増大すると考えられる。

一方、図５（ｂ）は、本実施形態に係る空気流の例を示している。本実施形態は、前述したように、ファン１７の吸気口１７ａ近傍の流路４５内に、ファン１７の吸気口１７ａの形状とほぼ相似形状の凹部４２ｂを設けている。すなわち、吸気口１７ａの形状は、ほぼ円形であるため、凹部４２ｂの形状も円形である。しかし、凹部４２ｂの形状は、円形に限定されるものではなく、スムーズな空気流を生じさせることが可能であれば、例えば３角形、４角形、５角形以上の多角形、又は楕円形などの曲面を有する形状であってもよい。

このように、ファン１７の吸気口１７ａ近傍の流路４５内に凹部４２ｂを設けることにより、図５（ｂ）に示すように、吸気口１３から流路４５内に吸気された空気の流れは、一旦、凹部４２ｂ内を回り込み、この後、ファン１７の吸気口１７ａに取り込まれる。

図４に示すように、凹部４２ｂの直径Ｄ１は、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２より大きいため、流路４５内の空気流は、凹部４２ｂに回り込むことにより、図５（ａ）の場合のような、急激な圧力の上昇を回避できる。したがって、騒音の発生を抑制することができる。

凹部４２ｂの直径Ｄ１は、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２より大きいことが好ましいが、大き過ぎる場合、凹部４２ｂを設ける効果が低下する。

図６は、凹部４２ｂの直径Ｄ１と騒音レベルとの関係を示している。この場合において、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２は、例えば１７．６ｍｍである。

図６から明らかなように、凹部４２ｂの直径Ｄ１がファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２にほぼ等しい２０ｍｍ以上で３７ｍｍ以下の範囲である場合、騒音レベルが３３ｄＢＡ以下であるため、この範囲が好ましい範囲である。すなわち、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２に対して凹部４２ｂの直径Ｄ１が、例えばほぼ１．１（＝２０／１７．６ｍｍ）倍以上で２．１（＝３７／１７．６ｍｍ）倍以下の範囲が好ましい範囲である。

図３に示す構成において、ＣＰＡＰ装置の小型化を図るため、流路４５の幅Ｗが例えば３７ｍｍである場合、凹部４２ｂの直径Ｄ１は、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２のほぼ１．１倍以上で２．１倍以下を実現することが可能である。

さらに、好ましくは、騒音レベルがほぼ３２．５ｄＢＡ以下の範囲、具体的には、凹部４２ｂの直径Ｄ１が２６ｍｍ以上で３４ｍｍ以下の範囲である。すなわち、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２に対して凹部４２ｂの直径Ｄ１が、ほぼ１．５（＝２６／１７．６ｍｍ）倍以上で１．９（＝３４／１７．６ｍｍ）倍以下の範囲が、さらに好ましい範囲である。

図６から明らかなように、凹部４２ｂの直径Ｄ１が３２ｍｍである場合、騒音レベルが最も騒音が低下していることが分る。したがって、凹部４２ｂの直径Ｄ１が、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２のほぼ１．８（＝３２／１７．６ｍｍ）倍である場合が、騒音を低減するために、最も好ましい。

また、凹部４２ｂの深さは、流路４５内の空気を凹部４２ｂによって空気の流れの急変を緩和できる深さがあればよい。具体的には、図４に示すように、凹部４２ｂの深さＨ１は、流路４５の高さＨ２のほぼ２倍以上で１０倍以下であればよい。より具体的には、ＣＰＡＰ装置の小型、軽量化を図るため、流路４５の高さＨ２が１．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下である場合、サイレンサ４２の厚み（＝凹部４２ｂの深さＨ１）が例えば６ｍｍ以上で３０ｍｍ以下の範囲であればよい。

図７（ａ）（ｂ）は、凹部４２ｂの直径Ｄ１が３２ｍｍであり、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２が例えば１７．６ｍｍである場合における凹部４２ｂとファン１７の吸気口１７ａとの水平方向の位置関係を示している。

図７（ａ）は、凹部４２ｂが吸気口１７ａに対して図示Ｘ方向、すなわち、流路４５内の空気流と交差する方向にずれた場合の騒音レベルの変化を示し、図７（ｂ）は、凹部４２ｂが吸気口１７ａに対して図示Ｙ方向、すなわち、流路４５内の空気流に沿った方向にずれた場合の騒音レベルの変化を示している。

凹部４２ｂは、ファン１７の吸気口１７ａと同心であることが好ましい。しかし、図７（ａ）（ｂ）から明らかなように、Ｘ方向の場合、２ｍｍ以内のずれであれば、騒音レベルは大きく増加せず、Ｙ方向の場合、−２ｍｍ以上−４ｍｍ以内のずれであれば、騒音レベルは大きく増加しないことが分る。

図８は、ファン１７の吸気口１７ａの直径Ｄ２が例えば１７．６ｍｍである場合において、凹部４２ｂを設けた場合（Ａ）と、凹部４２ｂを設けない場合（Ｂ）の騒音レベルと周波数の関係を示している。

図８から明らかなように、凹部４２ｂを設けた場合（Ａ）、１５００Ｈｚ以下の周波数の騒音レベルが、凹部４２ｂを設けない場合（Ｂ）に比べて低下している。１５００Ｈｚ以下の周波数帯域において、３００Ｈｚ−１．３ｋＨｚの周波数は、耳触りな騒音として認識される。このため、３００Ｈｚ−１．３ｋＨｚの周波数の騒音レベルが低減されることより、患者の睡眠を妨げる耳触りな騒音を軽減できる。
（実施形態の効果）
本実施形態によれば、ファン１７の吸気口１７ａと対向する流路４５の一部に吸気口１７ａの直径より大きく、流路４５の幅以下の直径を有する凹部４２ｂを設けている。このため、流路４５からファン１７の吸気口１７ａに導入される空気の急激な圧力変化を抑制することができ、患者の睡眠を妨げる耳障りな周波数帯の騒音レベルを低減することができる。

尚、上記実施形態において、ファン１７の吸気口１７ａと凹部４２ｂとの関係は、直径により規定したが、開口面積により規定することも可能である。この場合、直径の比率を面積の比率に換算すればよい。例えば、直径が１．１倍以上で２．１倍以下である場合、面積の比率は、ほぼ１：１．３以上で１：４．４以下である。同様に、直径が１．５以上で１．９以下である場合、面積の比率は、ほぼ１：２．２以上で１：３．７以下である。

また、吸気口１７ａと凹部４２ｂの形状が円形以外の多角形の場合、円に内接する図形として、円の直径、又は面積から換算しても良い。

さらに、吸気口１３と吐出口１４は、ハウジング１１の平行する２つの面に配置したが、吸気口１３と吐出口１４をハウジング１１の交差する２つの面に設けることも可能である。この場合、ファン１７は、吸い込み方向と直角方向に空気を送り出す遠心ファンに限定されるものではなく、吸い込み方向と平行する方向に空気を送り出す軸流ファンを適用することも可能である。

また、騒音対策を行う場合、流路の形状を緩やかにしたり、吸音材を増やしたりすることが一般的である。しかし、この場合、装置構成の大型化を伴うため、得策ではないが、本実施形態によれば、装置の大型化を抑制して、騒音を低減することが可能である。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…ＣＰＡＰ装置、１１…第１のケース（ハウジング）、１２…第２のケース（ハウジング）、１３…吸気口（第１の吸気口）、１４…排気口（第１の排気口）、１７…ファン、１７ａ…吸気口（第２の吸気口）、１７ｂ…排気口（第２の排気口）、４２…サイレンサ（吸音材）、４５…流路、４２ｂ…凹部。

Claims

第１の吸気口及び第１の排気口を有するハウジングと、
前記第１の吸気口と前記第１の排気口との間に配置され、第２の吸気口及び第２の排気口を有し、前記第２の吸気口は、前記第２の吸気口の開口方向が前記第１の吸気口の開口方向と交差する方向に配置され、前記第２の排気口は、前記第２の排気口の開口方向が前記第１の排気口の開口方向と平行する方向に配置されたファンと、
前記第１の吸気口から吸引された空気を前記第２の吸気口に導く流路を構成し、前記第２の吸気口と対向する位置に前記第２の吸気口より開口面積が大きい凹部を有する吸音材と、
を具備し、
前記流路は前記第１の吸気口から前記第２の吸気口への空気流の方向と交差する方向に幅と高さを有し、前記第２の吸気口と前記凹部の開口面積の比率は１：４．４以下であることを特徴とするＣＰＡＰ装置。
前記凹部の形状は円形であり、その直径は、前記第２の吸気口の直径の１．１倍以上で２．１倍以下であることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。
前記凹部の形状は円形であり、その直径は、前記第２の吸気口の直径の１．５倍以上で１．９倍以下であることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。
前記凹部の深さは、前記流路の前記高さの２倍以上で１０倍以下であることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。
前記凹部の形状は、三角形、四角形、多角形、及び楕円形のうちの１つで構成されることを特徴とする請求項１記載のＣＰＡＰ装置。