(57)【要約】【課題】  従来の誘導モータは電源変動や負荷変動によってモータ回転数が変化するため、吸着筒内を加圧するに従ってコンプレッサの吐出流量が低下していた。一方、ＤＣモータによる回転数制御を行なえば回転数低下を防げるが、制御が複雑になる上、モータ構成部品も増え、コストが大幅に増大する。  上記課題を解決するための本発明は、０．５Ｌ／分程度の低酸素流量から７．０Ｌ／分程度までの高酸素流量の範囲において、いかなる状況でもモータの回転がほぼ一定したコンプレッサを備えた酸素濃縮装置を安価に提供することにある。【解決手段】本発明の酸素濃縮装置は、原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサを構成するモータとして、単相交流同期モータを用いたことを特徴とする。【選択図】図１６
2010088846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサを構成するモータとして、単相交流同期モータを用いたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、酸素濃縮装置に関し、より詳細にはモータの駆動を安定させた酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効な酸素吸入法に使用される酸素濃縮装置は、空気中の酸素を透過し窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いた吸着法が広く使われている。【０００３】  この種の酸素濃縮装置は、コンプレッサを構成するモータの駆動を制御して原料空気から９０％以上に酸素を濃縮して、鼻カニューレから患者に濃縮酸素を供給することで、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療に供せられている（特許文献１）。
一般に酸素濃縮装置のモータとしては、主に誘導モータ、ＤＣモータが使用されている。
【特許文献１】  特開２００２−４５４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、従来の誘導モータは電源変動や負荷変動によってモータ回転数が変化するため、吸着筒内を加圧するに従ってコンプレッサの吐出流量が低下していた。
一方、ＤＣモータによる回転数制御を行なえば回転数低下を防げるが、制御が複雑になる上、モータ構成部品も増え、コストが大幅に増大する。
そこで本発明は、０．５Ｌ／分程度の低酸素流量から７．０Ｌ／分程度までの高酸素流量の範囲において、いかなる状況でもモータの回転がほぼ一定したコンプレッサを備えた酸素濃縮装置を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題を解決するための本発明の酸素濃縮装置は、原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記圧縮空気中から窒素を吸着する吸着材を貯蔵した吸着筒を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサを構成するモータとして、単相交流同期モータを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】  本願発明によれば、電源電圧の変動や定格出力内での負荷変動があっても、モータの回転数が一定に保たれるので、吸着筒内の加圧に伴う流量低下が無く、より出力の低いモータが使用可能となる利点がある。その利点を活かして０．５Ｌ／分程度の低酸素流量から７．０Ｌ／分程度までの高酸素流量の範囲において、いかなる状況でもモータの回転がほぼ一定したコンプレッサを備えた酸素濃縮装置を安価に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  以下に、本発明の好適な一実施形態について添付の図面を参照し総重量が１０〜１５ｋｇ程度の可搬型酸素濃縮装置について述べる。ここで、本発明は総重量が２〜３ｋｇ程度の携帯型酸素濃縮装置や総重量が１５ｋｇを越える酸素濃縮装置など様々な修正と変更が可能であり、その内の特定の事例が図面に図示されており、以下に詳細に記述されることになるが、これらに限定されず請求の範囲に規定された範囲で種々の構成が可能である。【０００８】  ＜酸素濃縮装置１の全体構成の説明＞  先ず、図１は一実施形態に係る可搬型の圧力スイング吸着方式の可搬型酸素濃縮装置１を前方左斜め上から見た外観斜視図である。また、図２は図１に示した可搬型酸素濃縮装置１の背面図である。【０００９】  図１と図２から分かるように、この可搬型酸素濃縮装置１は、設置場所を最少にするために上下方向に細長いスマートな一見して小型旅行カバン風の外観形状を備えている。このため一瞥しただけでは他人に可搬型酸素濃縮装置１であることが知られないように配慮している。【００１０】  また、後述するように、密閉カバーを構成するための図示の表面カバー２と裏面カバー３を射出成形樹脂部品とし、さらに吸着剤を充填した並列に複数配列した吸着筒（本実施例では、２本）を含む他の構成部品についても極力軽量化することで総重量が約１０ｋｇ程度の軽量化（ＡＣ電源使用でキャリア１０を設けない場合）とした。この結果、大人が片手で持ち運べる、所謂可搬型にするための取っ手部分となる可搬型酸素濃縮装置１を持ち上げる力に十分に耐え得る強度を備えるハンドル４を図示のように上方に設けており、デザイン的な特徴を演出している。【００１１】  また、この可搬型酸素濃縮装置１の外形寸法は、全体が丸みを帯びており、具体的には幅Ｗが３５０ｍｍ×奥行きＤが２５０ｍｍ×高さＨが５５０ｍｍである。このため、床面上の占有面積を極力小できることから上記の軽量化とともに小型化を図っている。また、可搬型酸素濃縮装置１のデザイン上の特徴点としては、設置床面から可搬型酸素濃縮装置１の前面を３次元的に覆うようにした前面カバー２を、図１に示すようにハンドル４の底面に連続するアクセントラインを左右に上下方向に凹状に一体形成し、さらにこれらのアクセントラインで挟まれる部分を淡い暖色系とし、この上方に同色系の操作パネル５を配置する一方で、裏面カバー３を含む残りの部分をベージュないしクリーム系の色としている。【００１２】  以上のようなデザインおよび配色を施した所謂ツートンカラーの近代的なデザインとすることで、可搬型酸素濃縮装置１を室内に設置したときに家具などの他の調度品との調和を図れるように配慮している。また、表面カバー２と裏面カバー３は、耐衝撃性を有する熱可塑性樹脂である例えばＡＢＳ樹脂製とすることでデザイン的な自由度を確保している。【００１３】  図１において、操作パネル５は、ハンドル４の下方の開口部において裏面カバー３との接合面まで、例えば約１０度の角度で斜め上に延設されており、その上に左から順に、樹脂製の大型ダイヤル式の電源スイッチ６と、樹脂製部品の酸素出口７と、樹脂製カバー付きの酸素流用設定ボタン８と、７セグメントの数字でＬＥＤまたは液晶表示���行う酸素流量表示部９が配置されている。また酸素出口７の上方には、酸素出口７に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられる樹脂製のカプラ１３が示されている。このカプラ１３には鼻カニューラ１４等のチューブ１５の開口部が連通するようにセットされる。【００１４】  この操作パネル５は、日本人の標準身長（１６０〜１７０ｃｍ）の患者が起立状態で両手を下げた腰部分に略該当する高さ付近に設けられているので、立ったままの姿勢で可搬型酸素濃縮装置１の運転操作を行なうことができる。このため従来の酸素濃縮装置のようにいちいち座ったり覗き込む必要がなくなる。また、場合によっては後述する遠隔操作で使用することもできる。したがって、特に患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらには、左利きの人であっても酸素出口７を中央にして左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、何ら違和感なく操作できることになる。【００１５】  なお、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を引っかけるための不図示のフックを設けて、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を患者が生活する同じ部屋内で移動する範囲に略相当する全長としてフックから外して使用し、未使用時はチューブ１５を数回巻き付けた後に、鼻カニューラ１４等を接続した状態のチューブ１５をフックに引っかけるようにしてもよい。【００１６】  また、図中の二点鎖線で示した底蓋４１も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製である。この底蓋４１には４つのゴム足２２が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。一方、外出時等の移動時に使用するキャリア１０を２本の固定ネジ１２で底蓋４１に対して固定するように構成されている。このキャリア１０には、上記の各ゴム足２２より大きな孔部１０ｂが対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタ１１を設けている。また、このキャリア１０のベースは軽量化のために軽金属の強化アルミ板製であり、４辺の縁部を全て曲げ加工して強度を確保している。また、後述する外部バッテリを裏側から挿入し所定位置に収容し不動状態にするための収容部１０ｃと、２本の固定ネジ１２を通過させて上記の底蓋４１の雌ネジ部に螺合固定させることでキャリア１０を装置１に対して一体化するための孔部１０ａがそれぞれ設けられている。【００１７】  次に、図２を参照して説明する。裏面カバー３は、合計で８本の複数の固定用のネジ１６により上記の表面カバー２に対して固定されることで密閉カバーを構成している。この裏面カバー３も上記の前面カバー２と同様に、耐衝撃性の熱可塑性樹脂の例えばＡＢＳ樹脂製である。この裏面カバー３に一体形成される前後方向半分のハンドル４の下方に手が入るようにした開口部の下方には、内部に外気導入フィルタ２０を交換自在に収容したフィルタ交換用蓋１７が着脱自在に設けられている。【００１８】  また、キャリア１０には、収容部１０ｃをはさんでコードフック２１、２１が固定されており、上記のＡＣアダプタケーブル１９ａを巻き付けるようにして移動時に邪魔にならないようにしている。【００１９】  次に、図３は鼻カニューラ１４等の延長���ューブセットの外観斜視図である。本図において、鼻カニューラ１４等のチューブ１５にはカプラ１３を介して延長チューブ３１を接続するために樹脂製の中継カプラ３０が接続されている。このように延長チューブ３１を接続することで最長約１５ｍの長さまで延長できる結果、患者の移動範囲を大きくでき、さらなるＱＯＬの改善ができることとなる。【００２０】  次に、図４は可搬型酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、電源スイッチ６は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。また、この電源スイッチ６は殆どの部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられているので、例えば患者がつまづくなどして操作パネル５に対して激しくぶつかった場合でも、怪我などをしないように安全上の配慮がされている。この電源スイッチ６のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した運転状態ランプ１２８ａが設けられている。また、この運転状態ランプ１２８ａの上にはバッテリ残量モニタ１２８ｄが設けられている。【００２１】  また、中央の酸素出口７についても図示のように全ての囲い部分が操作パネル５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられている。この酸素出口７の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示を横に印刷した警報表示部１２８ｃが設けられている。この警報表示部１２８ｃの下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプ１２８ｂが設けられている。【００２２】  そして、酸素流量設定ボタン８は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ８ａ、８ｂとして設けられており操作パネル５の操作面と略同一面となるように設けられている。この酸素流用設定ボタン８は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ（リットル）から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部９で表示するようにしている。以上のようにして酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ２５は、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられている。また、動作インジケータ２５ａは、呼吸に同期して点滅表示することにより患者に知らせるために設けられている。【００２３】  以上のように操作パネル５に配置された各操作部は使用上の安全性および高齢者の使用を前提として必要最小限度の操作を行うようにしている。【００２４】  図５（ａ）は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また図５（ｂ）は、酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。【００２５】  次に、図５（ａ）において、警報表示部１２８ｃは「点検」の文字が印刷されており、酸素濃度が低下したときに内蔵のランプが点灯して知らせるようにしている。また装置側の異常発生時にはブザーも鳴り音声ガイドとともに知らせるようにしている。また、停電で装置が停止したときには、点滅して知らせる一方で、ブザーおよび音声ガイ���で特に視覚障害者に対して確実に知らせることができるようにしている。そして、図５（ｃ）において、酸素ランプ１２８ｂは、酸素が正常に酸素吸入されているときには内蔵のＬＥＤが緑色に点灯する。また、酸素が出ていないときあるいは酸素濃度が低下したときには消灯する。そして、同調モード（呼吸同調モード）で、一定時間、例えば３０秒程度呼吸状態を検出できなかった時に警報色である赤色に点灯し、ブザーを鳴らすとともに音声ガイドで知らせるようにしている。また、吸気に同期して濃縮酸素供給を行う同調モードで運転中の場合にはその旨を患者に視認させるために呼吸パターン（酸素出力）に実質的に同期して緑色に点灯または点滅して知らせるようにしている。こうすることで、患者は正常に濃縮酸素が供給されていることを確認できる。【００２６】  一方、電源スイッチ６をオンすると、ブザーが鳴り音声ガイドとともに、全てのランプが２秒間緑色に点灯する（初期セルフチェック）。そして、バッテリ駆動モードで使用するときには、その後に５段階の表示部において残量に応じて点灯表示される。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン８の増減スイッチ８ａ，８ｂを操作し所定流量に設定すると酸素供給が開始されることとなる（増減スイッチ８ａを押すことで酸素流量が増加し、増減スイッチ８ｂを押すことで酸素流量が減少）。なお、通常に酸素濃縮装置１を停止させた場合、一時記憶装置２０６に前回の動作条件（酸素流量，同調モードの有無）が記憶される。このため、初期セルフチェックの後、酸素流量設定ボタン８を押さない場合、自動的に前回の動作条件で濃縮酸素の供給を行なうようになっている。なお、その旨（前回と同一動作条件等）を音声ガイドで合わせて知らせるようにしてもよい。【００２７】  停止時には、電源スイッチ６をオフすると、酸素ランプ１２８ｂが消灯し、しばらくの間、運転ランプ１２８ａが点滅した後に自動的に終了する。患者が毎日行う作業として、裏面カバー３に設けられた外気導入フィルタ２０に付着したゴミや埃などを掃除機で取り除くことがある。この作業を簡単にできるようにするために外気導入フィルタ２０を容易に着脱できるように構成されている。【００２８】  図６（ａ）は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にするための様子を示した外観斜視図、（ｂ）は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また（ｃ）は、図６（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。先ず、図６（ａ）において、裏面カバー３には外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１を穿設した開口部３ｋが設けられており、この開口部３ｋに対して交換用蓋１７が図示のように着脱可能に設けられている。また、この開口部３ｋは交換用蓋１７の全体を埋没する容積を有しており、上方において指先が入る凹部３ｃを形成している。次に、図６（ｂ）において、交換用蓋１７は図示のように横方向の開口部１７ｂと４隅の起立部１７ａが設けられており、起立部１７ａで囲まれる部分の中に連続気泡のスポンジ製の外気導入フィルタ２０を、それ自体の有する弾性力により不動状態で収めるようにしている。この起立部１７ａは、開口部３ｋへの取付壁部を兼ねている���このため、図示の状態で外気導入フィルタ２０を取り出し、水洗により洗浄するか、新品に交換することで、交換用蓋１７にセットするようにして元に戻せることとなる。図６（ｃ）において、交換用蓋１７が図示のように開口部３ｋにセットされると、本体の遮蔽板３２の端面３２ａが外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１の殆どの部分を覆い隠し、わずかに上方部分を残す状態になる。この結果、外気は矢印Ｆ方向に内部に導入されることになる。このように遮蔽板３２で内部から裏面カバー３を覆うことで騒音が外部に漏れることを効果的に防止している。すなわち、酸素濃縮装置１の外部に対する開口部分としては、この開口３Ｋ１と上記の排気口３ａ、３ｂのみとするとともに、開口面積は後述する原料空気の流量を確保するために必要となる最少限度とすることで、内部から発生する音が外部に極力漏洩しないようにして運転時の騒音レベルの３８デシベル以下を実現可能にしている。さらに、密閉カバー構造により周囲を完全に覆い且つ出口部分を少なくして防音に加えて防水対策も可能にしている。遮蔽板３２は黒色樹脂の成形部品として準備され、スピーカ２３と、外部通信コネクタ１３３が図示のように固定される。また、酸素濃縮装置１は通常、部屋の壁面から狭い間隙を経て設置されるので、外気導入と排気を裏面カバー３側から行うことで、外気導入と排気音が最も低くなる個所からの排気を可能にしている。一方、上記の裏面カバー３の凹部３ｃは図示のように指先が入るようにして交換用蓋１７を外側に取り出せるようにしている。以上が患者が直に使用する構成部分である、以下に具体的な内部構成について図７から図１３を参照して述べる。【００２９】  ＜酸素濃縮装置１の配管およびブロック図の説明＞  図７は、酸素濃縮装置１のブロック図を兼ねて図示した配管図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛するとともに、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮手段（圧縮空気発生部）と減圧手段（負圧発生部）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバー２と裏面カバー３については密閉容器として図中破線で図示されている。図７において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記のフィルター交換用蓋体１７（図６参照）に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４、１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。すなわち、後述するように上段部材上に送風ファン１０４、１０４を配設し下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線図示の）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気マフラ１０２とが設けられている。このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮手段１０５ａと、減圧手段１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプ（例えば、外径６ｍｍ内径４ｍｍのアルミ管）とし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。このように圧縮空気を冷却することで高温では機能低下する吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。【００３０】  圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着手段（本実施例では、並列に少なくも２つ配置された、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ）に対して交互に供給される。このため切換弁（３方向切換弁）１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるため（パージ（浄化）を行うため）に減圧手段１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。【００３１】  第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤であるゼオライトは、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やしている。特に、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。【００３２】  このようなゼオライトを使用することで、同じ酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０５を小型のタイプとすることができ、低騒音化を一層図ることができた。一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が図示のように配管されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。【００３３】  製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ１１４が接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定ボタン８に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６が接続されている。またこのセンサ１１６の下流には呼吸同調制御のための負圧回路基板１１８を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、装置１の酸素出口７に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ１４等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になることとなる。【００３４】  再度、図７において、上記の３電源系統のうちの一つから電力供給を受けて作動する中央制御部２００には上記の電源スイッチ６と上記の表示用のＬＥＤ素子を図５で説明したように点灯、点滅駆動するとともに、７セグメントＬＥＤで設定流量、積算時間を表示するように駆動する表示駆動部２０４とが図示のように接続されている。また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の直流モータおよび送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、外部記憶装置２１０と揮発メモリ２０５と一時記憶装置２０６とリアルタイムクロック２０７とがさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるための負圧発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。【００３５】  均圧工程と同期して、負圧破壊弁の１つ負圧破壊弁１２０を開状態に動作させることで、流路内に外気が入り込むようにして、流路内を大気圧により近い状態とする。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与するようにできるようになる。負圧破壊弁の１つ負圧破壊弁１２１は、後述するように、設定酸素流量に応じてオンされて開状態にされる。一方、このコンプレッサ１０５の冷却と、装置１内部の冷却を行うための上記の送風ファン１０４、１０４は、消費電力約２．７Ｗ程度である。このブロアに代えて軸流ファンでもよい。ここで、装置１の最大騒音圧力レベルは、最大の回転数のときに３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合には３３ｄＢＡである。３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂには、一般的に直動式と呼ばれる弁の動作を通電時の磁力で行う電磁弁が使用可能である。この種の電磁弁は電気の力だけで主弁を動作させるため消費電力が高いという問題点がある。そこで、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂとしてパイロット式３方向切換弁を使用することもできる。このパイロット式３方向切換弁によれば、僅かな消費電力とコンプレッサからの空気圧を有効利用して動作させることが出来るために従来の８Ｗから０．５Ｗにまで低減される結果、大幅な電力低減が期待されることになる。【００３６】  以上の各構成部品は、低騒音化された小型の酸素濃縮装置１の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して主に二段式防音室３４を取り付け部として固定されている。即ち、騒音発生の大きなコンプレッサ１０５と、送風でコンプレッサ１０５の冷却を行うために送風音が発生する送風ファン１０４と、吸気用バッファタンク１０２の空気導入口と３方向切換弁１０９と、排気時に排気音が発生する消音器１１０と他の各種弁を内周面全面に防音材を敷設した二段式防音室３４の内部に配置し、この二段式防音室３４の外壁部分を有効利用して上記の遮蔽板３２と、吸着筒体１０８ａ、１０８ｂと、製品タンク１１１と、吸気用バッファタンク１０２と、各種制御基板２００、２０１、２０２と、上記のように酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２と、圧力調整器１１２の下流側の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、酸素流量センサ１１６と呼吸同調制御のための負圧回路基板１１８に接続されるデマンド弁１１７とが固定されている。このように振動または騒音発生の伴う構成部品は二段式防音室３４内部において防音状態でそれぞれ設けることで、圧縮空気の供給音と、外部空気の導入音と、原料空気を作るための濾過空気の導入音と、例えば３方向切換弁の作動音と消音器１１０から周期的に発生する排気音が外部に漏れないようにして騒音低減を図っている。また、上記のように前面カバー２と裏面カバー３は外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口３ａ、３ｂを介して外部に排出するための必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成することで同様に騒音低減を図っている。【００３７】  次に、図８は、酸素濃縮装置１の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、下方より、上記のゴム足２２を四隅に固定した図１で二点鎖線で示した樹脂製の底蓋４１が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジ１６を用いて固定されている。このベース体４０は、４面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１、１３０が固定されている。また裏面カバー３の各排気口３ａ、３ｂに対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ、４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示��ように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の３方側から固定ネジ１６で固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆを３方から一体成形している。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂをさらに穿設している。【００３８】  次に、二段式防音室３４は、図面の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４を固定し、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５として上記のような軽量金属板から構成されている。この二段式防音室３４は、図示のように手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を複数の固定ネジ１６で固定するようにしている。このために二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。防音材５１の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。必要に応じて、防音室外部に防音材５１を貼りつけてもよい。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ、３５ａ（破線図示）とが穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、配管２４をラバーブッシュを介して固定するための複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４を支持するとともに振動防振機能をラバーブッシュと協働して行うように構成されている。【００３９】  また、各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の３方向切換弁１０９他が配置されている。この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０２と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。【００４０】  製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジ１６を用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジ１６で固定されるとともに上記の各制御基板２００、２０１、２０２他が起立状態で固定されており放熱効果を高めてい���。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。【００４１】  この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と流量センサ１１６とデマンド弁１１７と回路基板１１８ａとが固定されている。以上のように略全ての構成部品をベース体４０上に固定された二段式防音室３４の外壁を取り付け面として固定する構造とすることで、小型化が実現でき、しかも４方向からアクセス可能となるので組立作業性が大幅に向上されるので自動組立ライン化も可能となった。また、上記の表面カバー２と裏面カバー３はベース体４０から放射状に張り出さないようにすることで省スペース化にも大きく寄与できた。【００４２】  図９は、可搬型酸素濃縮装置１の底蓋４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０には上記の開口部４０ｂに連通する電源室４０１と、内蔵バッテリ２２８を内蔵したバッテリ室４０２と、均等圧化弁１０７１２１と吸気バッファタンク１０２の一部を収容した収容室４０３とが隔壁を介して形成されており底蓋４１を固定後にそれぞれが密閉された部屋を構成するようにしている。以上の構成により、上記のように二段式防音室３４に内蔵された消音器１１０を介して排気される過程で排気が破線矢印方向Ｆに分岐して開口部４０ｃから外部に流れるようにして排気音が減衰されるとともに、電源装置２２６の発熱分を排気で冷却できるようにしている。【００４３】  図１０は、図９で示した各構成部品をベース体４０上に組み付け後の可搬型酸素濃縮装置１の内部構成を示すために反対側から見た外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図示のようにベース体４０上において、隙間なく全ての部品が固定されている。この可搬型酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定するために、ベース体４０の外周面には一方の鍔部４８が形成されている。また、表面カバー２の裏面には吸音材５１が敷設（貼付け）されている。防音材５１の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。また、上記の操作パネル５に配置される各ランプ類と表示部の表示駆動部２０４を実装した実装基板１２８が図示のように固定されている。また、この表面カバー２の下方にはベース体４０の外周面に形成された一方の鍔部４８を上下方向から挟むようにした他方の鍔部５０、５０が上下に夫々一体成形されている。さらに、この表面カバー２の突合せ面２ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の雌ネジ部となるインサートナットをインサート成形した形状部２ｈが複数箇所に成形されている。また、裏面カバー３の突合せ面３ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の挿通孔となる形状部３ｈが複数箇所に成形されている。【００４４】  図１１は、表裏面カバー２、３を固定する様子を示す断面図である。本図に示すように表裏面カバー２、３をベース体４０に固定するために各カバー２、３を突合せ面２ｐ、３ｐで当接させると、ベース体４０の一方の鍔部４８が他方の鍔部５０、５０の間に入る状態になる。この後に固定ネジ１６で固定することで密閉カバーが完成する。以上のように構成することで省スペース化を実現できることとなる。このため表面カバー２、裏面カバー３と上記の底蓋４１、ベース４０は、ＡＢＳ樹脂材料を用いて射出成形される軽量部品として準備され、樹脂部品の総重量は２．６ｋｇであり、可搬型酸素濃縮装置１の全重量１０ｋｇの約２６％となった。ここで、表面カバー２と裏面カバー３とから形成される同じ表面積を有するカバーを、従来からの木製筐体であって加工が容易であり、かつ寸法に狂いが生じにくく軽量で防音性能が優れているＭＤＦ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ）木製とした場合には重量が約４．６ｋｇとなる。また、木製筐体は板厚が１ｃｍ前後の平らな板状であるので図示のような曲面状にするためには、これらの板部材を重ねるとともに、曲面状に加工することになるので約８ｋｇとなってしまう。このために、目標重量の約１０ｋｇは到底達成できなくなる。しかしながら、例えば室内常設タイプであって軽量にする必要の無い場合には上記のＭＤＦで密閉カバーを作ることもできることは言うまでもない。【００４５】  ＜二段式防音室３４の説明＞  次に、図１２はコンプレッサ１０５を防振・防音状態で収納する二段式防音室３４の下段部材３７の要部を破断して示した外観斜視図である。本図において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、二段式防音室３４の内周面には制振材と独立気泡スポンジとを多層構成した防音材が敷設されている。上記のようにコンプレッサ１０５は圧縮空気発生部１０５ａと負圧発生部１０５ｂを一体形成しており、アウターロータ型電動モータＭの出力軸５１７に固定されるクランク軸周りにコンロッド５７、５８に連結されるピストン５９，６０を設けている。このクランク運動する１対の水平対向ピストンはシリンダに夫々往復移動可能な密閉状態で設けられており、一方のピストン６０により空気圧縮部１０５ａが構成され、他方のピストン５９により負圧部１０５ｂが構成されている。このために各ピストンの圧縮面には不図示の一方向弁が夫々搭載されている。また、この１対の水平対向ピストンの往復移動方向は二段式防音室３４の底面に対して平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると矢印Ｖ、Ｖ方向に大きく振動する。このためにコンプレッサを二段式防音室３４内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台６１でコンプレッサ１０５を上下から挟むように固定して振動を効率的に吸収できるように構成されている。すなわち、前後２つのコイルバネ６２（手前側のみ図示されている）を固定し、不図示のラバーブッシュをさらに内蔵して図示のように下段部材３７上に固定している。また、コンプレッサ固定台６１は軽量化のためにアルミ板製が良い。以上の構成によりコンプレッサ１０５が起動されると、コイルバネ６２が��度に圧縮と伸張を繰り返し行う一方で、上記のように上段部材３６に対してラバーブッシュを介して固定された配管２４も適度に圧縮と伸張を繰り返し行うことで、実質的に６点支持状態で防振されて支持することができるようになる。また、コンプレッサ固定台６１は直流モータ部分のみを保持するために送風ファン１０４によるコンプレッサ１０５の冷却のための送風が邪魔されず円滑に行えることとなる。なお、二段式防音室３４の、特にコンプレッサを収納する防音室内部にも防音材５１ａを設けて防音効果をもたらすことができる。この場合、防音材の材質としては、繊維径１〜４μｍのポリオレフィン系繊維と繊維径２０〜３０μｍのポリオレフィン系短繊維とからなる不織布を用いる。また、ポリオレフィン系繊維が好ましくはポリプロピレン系繊維である。また好ましくは、エンボス加工処理がなされたポリプロピレン系繊維である。【００４６】  ＜モータＭの説明＞  図１３，１４，１６は単相交流同期モータＭの内部の詳細図である。また、図１６はモータの分解斜視図である。図１３において、例えば、コンプレッサ１０５を構成し、レシプロ駆動するコンロッド５７、５８に連結されるピストン５９，６０の駆動源に用いられる単相４極交流同期モータＭについて説明する。単相４極交流同期モータＭは、外ケース５０１とフタ５０２により形成されるハウジングＨ内に、ロータ（回転子）５０３とステータ（固定子）５０４が組み付けられている。固定子５０４に対向する永久磁石５０５が内周面に設けられたロータケース５０６とこのロータケース５０６の外周側に同心状に設けられる出力軸５０７に連繋する出力軸ケース５０８とが詳細は図示しない回転クラッチを内臓し、スリップリング５０９を介して相対的に回転可能に連繋している。【００４７】  図１４において、ステータ５０４はステータコア５１０の中心部には出力軸５０７が挿通する軸孔５１０ａが設けられている。また、ステータ磁極５１１が４箇所に９０°間隔で突設されている。各ステータ磁極５１１の周囲にはモータ基板５１２及びモータコイルが収納されたコイルボビン５１３が組み付けられている。モータ基板５１２同士は接続配線５１４により配線接続されている。【００４８】  図１５において、ステータコア５１０のステータ磁極５１１は、本体コア５１５と分離コア５１６により分離可能に設けられている。分離コア５１６の分割面には突出部５１６ａと段付部５１６ｂが形成されており、本体コア５１５には突出部５１５ａと段付部５１５ｂが各々設けられている。分離コア５１６は、モータ基板５１２及びコイルボビン５１３の中心孔５１７へ挿通して突出部５１６ａが段付部５１５ｂへ、突出部５１５ａが段付部５１６ｂへ夫々突き当てられて組み付けられる。ステータコア５１０の最上側（図では手前側）には連結プレート５１８が積層されており、分離コア５１６とネジ止め固定されるように設けられている。【００４９】  図１６において、各ステータ磁極５１１は、出力軸５０７を中心とする中心線Ｘ上に突設されておらず、この中心線Ｘより距離Ａだけ平行にシフトした中心線Ｘ’位置に突設されている。この結果、コイルボビン５１３の外周側コーナー部５１３ａがロータケース５０６と干渉し���い分離コア５１６の外周面側と同等な位置まで延設でき、モータ基板５１２が隣接するコイルボビン５１３の外周面５１３ｂと重なり合うように交互に組み付けられる。このため、コイルボビン５１３の外径幅寸法Ｗを拡大することができる。結果として、モータコイル５１９の巻数を増やして、モータトルクを増大させることができ、さらに同期モータの為、電源電圧変動に対してもモータＭの回転数が一定なので、９０％以上に濃縮した酸素を０．５Ｌ／分〜７．０Ｌ／分の範囲で設定した流量に対しで安定した流量を供給できる。【００５０】  本モータの特徴は従来の単相交流誘導モータに対して約３５％の軽量化となり、また従来の単相交流誘導モータに対して４０％以上の省エネとなり、また従来の単相交流誘導モータに対して容積比で約１／２となり、さらに従来の単相交流誘導モータに対してモータの発熱が大幅に低いことである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】  本発明の一実施形態である酸素濃縮装置１を前方側の左斜め上から見た外観斜視図である。
【図２】  図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【図３】  鼻カニューラの延長チューブセットの外観斜視図である。
【図４】  図１の酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。
【図５】  （ａ）は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、（ｂ）は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、（ｃ）は、図４の操作パネル５の酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【図６】  （ａ）は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にする様子を示した外観斜視図、（ｂ）は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、（ｃ）は、図６（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図７】  装置１の配管図を兼ねたブロック図である。
【図８】  酸素濃縮装置１の内部構成を示す立体分解図である。
【図９】  酸素濃縮装置１の底面カバー４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。
【図１０】  酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す外観斜視図である。
【図１１】  組立後の酸素濃縮装置１の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す側面図である。
【図１２】  二段式防音室３４の内部構成を示すために一部を破断して示した外観斜視図である。
【図１３】  モータの内部詳細図である。
【図１４】  モータの内部詳細図である。
【図１５】  モータの分解斜視図である。
【図１６】  モータの詳細図である。
【符号の説明】
【００５２】１  酸素濃縮装置、１０５  コンプレッサ、５０３  ロータ、５０４  ステータ、５０７出力軸、５１０  ステータコア、５１１  ステータ磁極、Ｍ  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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