(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが通過する流管と、
該流管の側壁の対向する位置に開孔して形成され、赤外光が透過する窓部と、
該窓部に気密に装着された透明膜と、
を備える非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタにおいて、
前記透明膜を表面に防曇層を形成する防曇層用膜と赤外線透過度が前記防曇層用膜よりも高い透過性膜との複数層で構成し、前記防曇層用膜を前記流管の内側に配置し、該防曇層用膜の表面に前記防曇層を形成したことを特徴とする非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタ。
【請求項２】
前記防曇層用膜をポリエステルシート、前記透過性膜をポリプロピレンシートでそれぞれ構成したことを特徴とする請求項１記載の非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタ。
【請求項３】
前記複数層の膜厚を５０μｍ以上２００μｍ以下としたことを特徴とする請求項１または２記載の非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流管の対向する窓に赤外線を通過させて、赤外線検出器で流管中を流れるガスにより吸収されて減衰した光量を測定することにより、当該ガスの濃度を測定する非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタに関する。特に人口呼吸器や麻酔器などと生体との間に取り付けられ、呼吸器中の各種のガス濃度を測定する非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
人工呼吸器を用いて生体の呼吸を人工的に行うとき、その流路にエアウェイアダプタを取り付けて呼吸気中の炭酸ガスの濃度を測定している。図１２は一般的なエアウェイアダプタの一例の構成を示す外観斜視図である。図１２において、円筒状の流管１の軸方向の中心部は、断面が矩形管状となっており、この部分の両側壁の対向する位置には赤外線を透過する円形の窓部２が開孔して形成されている。窓部２には円板状に形成された透明膜である透明シート３が気密に装着されている。
【０００３】
透明シート３としては、従来はサファイアまたは防曇膜が形成された単層の樹脂シートを使用していた。樹脂シートとしては図１３に示すように、表面に防曇層４を塗布または蒸着により形成しやすいポリエステルシート（以下ＰＥＴシートと称する）５を使用していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら透明シート３としてサファイアを使用する場合はコスト高になるという欠点があった。この場合、呼吸気中の水分による水滴がサファイアの表面に付着しないようにするために、ヒータを用いて加熱する必要があった。
【０００５】
透明シート３として高価なサフャイヤの代りに、表面に防曇層４が形成されたＰＥＴシート５を使用することができる。この場合、エアウェイアダプタの製造コストを下げることができる。また、防曇層は親水性のために、窓の表面に水滴にならずに水の薄い層が形成されるため、赤外線が散乱することなく窓を透過するので窓は曇らない。このため窓をヒータを用いて加熱する必要がないので装置の構成を簡単にすることができ、かつ消費電力を小さくすることができるといった利点があった。しかし、赤外光の透過率を向上させるためにはＰＥＴシート５を薄くする必要があった。このため熱や機械的衝撃に対して弱いという欠点があった。またＰＥＴシート５を薄くすると、防曇層４の表面に水膜が形成された場合に、光の干渉によりガス濃度測定値に誤差が生じるという問題があった。
【０００６】
赤外光の透過性の良い材料としてポリプロピレンやポリエチレンがある。これを用いると透明シート３を厚くすることができるが、ポリプロピレンやポリエチレンは接着が悪いため、表面に防曇層４を形成することができないという欠点があった。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、耐熱性、機械的強度に優れ、光の干渉の生じにくい、透光性のよい表面に防曇層を形成した窓部を有する非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、ガスが通過する流管と、該流管の側壁の対向する位置に開孔して形成され、赤外光が透過する窓部と、該窓部に気密に装着された透明膜と、を備える非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタにおいて、前記透明膜を表面に防曇層を形成する防曇層用膜と赤外線透過度が前記防曇層用膜よりも高い透過性膜との複数層で構成し、前記防曇層用膜を前記流管の内側に配置し、該防曇層用膜の表面に前記防曇層を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、前記防曇層用膜をポリエステルシート、前記透過性膜をポリプロピレンシートでそれぞれ構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、前記複数層の膜厚を５０μｍ以上２００μｍ以下としたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によると、透光性のよいポリプロピレンシート（以下ＰＰシートと称する）をＰＥＴシートにラミネートすることにより、透過光量を減少させることなく透明膜を厚くすることができる。この結果透明膜の耐熱性、機械的強度を向上させることができる。また防曇層上に水膜が形成された場合にも、光の干渉によりガス濃度測定値に誤差が生じることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタの一実施の形態の構成例を図面を参照して説明する。全体の構成は図１２に示す従来例と同様であり、本実施の形態の特徴は透明膜の構成にある。図１は本実施の形態による透明膜の構成例を示す断面図である。図１において、図１３に示す従来例の部分と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【００１３】
図１において、透明膜である透明シート１１は、ＰＥＴシート５とＰＰシート１２とがラミネートされて一体に構成されており、透明シート１１を図１２に示す流管１の窓部２に装着したときに、ＰＥＴシート５が管路内側に配置されるようになっている。またＰＥＴシート５の表面には防曇層４が塗布または蒸着により形成されている。透明シート１１のＰＰシート１２側に図示しないＰＰ成形リングを熱溶着し、このリングを流管１の窓部２の内周に、超音波などで溶着する。ここで流管１は強度を上げるため、例えばガラス繊維入りのＰＰで構成されている。また本実施の形態では防曇層４、ＰＥＴシート５，ＰＰシート１２の厚さをそれぞれ２０μｍ、１２μｍ、４０μｍとしている。
【００１４】
次に防曇層４及び透明シート１１を透過する赤外光の光量の光の干渉による変化について説明する。図２に示すように、エアウェイアダプタ２１が取り付けられた流路２２の一端を被検者２３がくわえて呼気するときは、被検者２３の気道内で加湿された空気がエアウェイアダプタ２１に流れる。この結果図３に示すように防曇層４上に水の層２４が形成される。
【００１５】
また図４に示すように被検者２３が吸気するときは、外部の乾燥した空気がエアウエイアダプタ２１に流れるため、図５に示すように防曇層４上の水の層２４が蒸発する。すなわち呼気、吸気毎に水の層２４が増減することになり、水の層２４を含めた全体の膜厚が増減する。
【００１６】
上記のように膜厚が変化すると、そこを通過する赤外光の光量が光の干渉により変化する。この現象を以下に説明する。
【００１７】
屈折率ｎ、厚さｄの薄い膜のエネルギー透過率Ｔは下記の式（１）、（２）で与えられる。
Ｔ＝（１−ｒ2 ）2 ／（１−２ｒ2 ｃｏｓδ＋ｒ4 ）  ……（１）
δ＝２π／λ・２ｎｄｃｏｓλ                      ……（２）
ここでｒは振幅支射率、λは波長である。
【００１８】
図６は光源Ｓから屈折率ｎ、厚さｄの薄膜３１へλ射角ψで入射した光の光路を示す。入射光の一部は表面のＡ１点でＢ１に示すように正反射し、他の一部は屈折して薄膜３１内に入射する。入射光の一部は薄膜３１の裏面のＣ１点で反射し、残りの光は薄膜３１の裏面からＤ１に示すように屈折して出射する。Ｃ１点で反射した光の一部は表面のＡ２点でＢｅに示すように屈折して表面から外部に出射し、残りの光はＡ２点で反射し、薄膜３１内を透過する。以下同様に屈折、反射をくり返す。
【００１９】
式（１）、（２）から判るように、透過率Ｔは波長λよって変わり、波長λが変化すると透過率Ｔは最大最小を繰り返し、その間隔は膜厚ｄが大きい程狭くなる。計算を簡単にするために光源Ｓから発する光が通るバンドパスフィルタが図７に示すような特性を持っているとすると、図８に示すようにバンドパスフィルタ３２と薄膜３１とを透過する光の強度ＩT は、図９に示す斜線部の面積に比例している。ここで薄膜３１に入射する光の強度は波長によらず一定とする。
【００２０】
図３に示すように防曇層４上に水の層２４が形成されると、膜全体の厚みｄが増加する。図１０に水の層２４の厚みが増加したときの光量Ｉの変化を、膜全体の厚みｄが４５μｍと７２μｍの場合について示す。バンドパスフィルタ３２は図７において波長λ1 は４．２２μｍ、λ2 は４．３２μｍ、半値幅は０．１μｍの特性を持っているとする。曲線４１は厚みｄが４５μｍの場合、曲線４２は厚みｄが７２μｍの場合を示す。図１０から明らかなように、膜全体の厚みが厚い場合の方が光量Ｉの変化量が小さくなり、炭酸ガス濃度の測定誤差を小さくすることができる。
【００２１】
しかしながらＰＥＴシート５は赤外光の透過性が悪く、膜厚を厚くすることは困難である。また赤外光の透過性の良い材質としてはポリプロピレン、ポリエチレンがある。図１１にＰＥＴシート５及びＰＰシート１２のそれぞれの膜厚と、波長４．３μｍにおける赤外光の透過率との関係を示す。図１１から明らかなように、厚さ２５μｍのＰＥＴシート５の透過率は厚さ８０μｍのＰＰシート１２の透過率に相当する。従ってＰＰシートを用いることにより、赤外線の透過率を落さずに膜厚を厚くすることができる。
【００２２】
しかしながら、ポリプロピレン、ポリエチレンは化学的に安定で共有結合ができる官能基を持たず、極性のある基も持たないため、これらの樹脂は接着性が悪く表面に防曇層を形成することが困難であるという欠点を持つ。
【００２３】
本実施の形態によれば、図１に示すように透明シート１１をＰＥＴシート５とＰＰシート１２とを積層して構成したので、膜厚を厚くすることができ、耐熱性、機械的強度を向上させることができる。このとき透光性の悪いＰＥＴシート５を薄くして透光性のよいＰＰシート１２を厚くすることにより、透過光量の減少を防ぐことができる。さらに透明シート１１を厚くすることにより、防曇層４上に形成される水膜の厚みが変化しても、光の干渉により炭酸ガス濃度測定値に誤差が生じることを小さくすることができる。
【００２４】
上記実施の形態で示した防曇層４、ＰＥＴシート５及びＰＰシート１２の厚みはそれぞれ一例を示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上記実施の形態ではガスが炭酸ガスである場合について説明したが麻酔ガスなどの他のガスの濃度測定に対しても有効である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明の炭酸ガス濃度測定用エアウェイアダプタによれば、流管の窓部に気密に装着された透明膜を、ＰＥＴシートとＰＰシートとの積層構造としたので、透光性を損なうことなく厚くすることができ、耐熱性、機械的強度を向上させることができる。またＰＥＴシート上の防曇膜上に形成される水膜の厚みが変化しても、透過光量の変動を小さく抑えることができ、炭酸ガス濃度測定値の誤差を最小限にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非分散型赤外線ガス分析装置用エアウェイアダプタの一実施の形態による透明膜の構成例を示す断面図。
【図２】エアウェイアダプタの呼気時の使用状態を示す説明図。
【図３】呼気時の防曇層上の水の層を示す断面図。
【図４】エアウェイアダプタの吸気時の使用状態を示す説明図。
【図５】吸気時の防曇層上の状態を示す断面図。
【図６】薄膜へ入射する光の光路を示す説明図。
【図７】バンドパスフィルタの特性を示す線図。
【図８】光源から発する光の強度の変化を示す説明図。
【図９】バントパスフィルタを透過する光の強度を示す線図。
【図１０】図３に示す水の層の厚みが変化したときの光量の変化を示す線図。
【図１１】ＰＥＴシートとＰＰシートの膜厚の変化と赤外光の透過率との関係を示す線図。
【図１２】一般的なエアウェイアダプタの一例の構成を示す外観斜視図。
【図１３】従来の樹脂シートの一例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１  流管                          ２  窓部
３，１１透明シート（透明膜）      ４  防曇層
５  ＰＥＴシート                  １２  ＰＰシート
２１  エアウェイアダプタ
【図１】
0003635452.tif 000002
【図２】
0003635452.tif 000003
【図３】
0003635452.tif 000004
【図４】
0003635452.tif 000005
【図５】
0003635452.tif 000006
【図６】
0003635452.tif 000007
【図７】
0003635452.tif 000008
【図８】
0003635452.tif 000009
【図９】
0003635452.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003635452.tif 000012
【図１２】
0003635452.tif 000013
【図１３】
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