(57)【要約】【課題】本発明は、呼気の測定精度を高めることを目的とする。【解決手段】本発明の流量調整器６は、呼気が流入する流入口２０および呼気が流出する流出口２１を有する本体ケース１９と、本体ケース１９内を流入口２０側の呼気流入空間２２と流出口２１側の呼気流出空間２３に分割する分割壁２４と、分割壁２４に設けられており呼気を通過させる円形の通気口２５と、通気口２５内に摺動自在に配置された円錐台形状の調整弁２６と、を有している。円錐台形状の調整弁２６は、側面が内方側に縮小されている。【選択図】図３
2018201750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気が吹き込まれる測定装置本体と、
前記測定装置本体に吹き込まれる呼気が所定の流量に調整される流量調整器と、
前記流量調整器から流出する呼気が一時的に溜め込まれるチャンバと、
前記チャンバ内に溜め込まれた呼気を測定部に供給するポンプと、
前記流量調整器の動作制御を行う制御部と、
前記流量調整器の呼気の流入側に接続されている第１の圧力センサと、
前記流量調整器の呼気の流出側に接続されている第２の圧力センサと、
を備え、
前記流量調整器は、
呼気が流入する流入口、呼気が流出する流出口を有する本体ケースと、
前記本体ケース内を、前記流入口側の呼気流入空間と、前記流出口側の呼気流出空間に分割する分割壁と、
前記分割壁に設けられており、呼気を通過させる円形の通気口と、
前記通気口内に摺動自在に配置された円錐台形状の調整弁と、
を有し、
円錐台形状の前記調整弁は、側面が内方側に縮小されている、
呼気測定装置。
【請求項２】
前記調整弁は、側面の全周が内方側に縮小されている、
請求項１に記載の呼気測定装置。
【請求項３】
前記調整弁の側面は、上面から底面にかけて、内方側に縮小されている、
請求項２に記載の呼気測定装置。
【請求項４】
前記調整弁は、一端側を前記呼気流入空間に配置し、他端側を前記呼気流出空間に配置している、
請求項１から３のいずれか一つに記載の呼気測定装置。
【請求項５】
前記調整弁は、一端側に、前記通気口を閉塞する蓋体を設けている、
請求項４に記載の呼気測定装置。
【請求項６】
前記調整弁は、他端側に棒体を有し、
前記流量調整器は、前記棒体の他端側の端部に対向しているカムを有し、
前記カムが前記棒体を摺動させる、
請求項１から５のいずれか一つに記載の呼気測定装置。
【請求項７】
前記呼気測定装置は、前記流量調整器の前記呼気流入空間に接続される第１の圧力センサと、前記流量調整器の前記呼気流出空間に接続される第２の圧力センサと、
を有し、
前記制御部は、前記第１、第２の圧力センサの出力に基づいて、前記カムの動きを制御する、
請求項６に記載の呼気測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、喘息検出、肺機能検出などを行う際に使用する呼気測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の呼気測定装置は、呼気が吹き込まれる測定装置本体と、測定装置本体に吹き込まれる呼気が所定の流量に調整される流量調整器と、流量調整器から流出する呼気が一時的に溜め込まれるチャンバと、チャンバ内に溜め込まれた呼気を測定部に供給するポンプと、流量調整器の動作制御を行う制御部と、前記流量調整器の呼気の流入側の接続されている第１の圧力センサと、前記流量調整器の呼気の流出側の接続されている第２の圧力センサと、を備えている。
【０００３】
制御部は２つ圧力センサを用いて流量調整器の流入側の圧力と流出側の圧力を測定する。その圧力差に基づいて流量調整器が呼気を所定の流量に調整し、調整した呼気をチャンバ内に一時的に溜め込むようになっている。
【０００４】
その後、チャンバ内の呼気が測定部に送られると、呼気に含まれる一酸化窒素の濃度が検出される（例えば、下記特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３８８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例における課題は、呼気の測定精度を高めることであった。
【０００７】
すなわち、呼気測定装置では流量調整器を用いて呼気を所定の流量に調整する。この流量調整器は、例えば、呼気が通る通気口内を円錐状の調整弁を移動させることで、通気口と調整弁の隙間の面積（呼気の流路の最小面積で、以後隙間面積とも称する）を変化させ、これにより、呼気を所定の流量に調整する。
【０００８】
具体的には、呼気を所定の流量に調整したい場合、流量調整器の流入側と流出側の圧力差を測定する。この圧力差の逆数は、呼気の流量が一定の場合には、隙間面積の２乗に比例することが知られている。また、呼気測定装置は、隙間面積の２乗と調整弁の移動量の関係を、例えば、比例を表す関係式で持っている。
【０００９】
このため、圧力差から隙間面積の２乗が求まり、隙間面積の２乗と関係式から調整弁の移動量（調整弁の位置）が求まる。
【００１０】
しかしながら、調整弁が円錐形状であるため、隙間面積の２乗と調整弁の移動量は比例しない。このため、比例を表す関係式を用いると、求まる調整弁の移動量に誤差が生じてしまう。したがって、呼気の流量の調整に誤差が生じてしまい、その後の呼気の測定精度の低下を招いていた。
【００１１】
そこで、本願発明は、呼気の測定精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明の呼気測定装置は、呼気が吹き込まれる測定装置本体と、測定装置本体に吹き込まれる呼気が所定の流量に調整される流量調整器と、流量調整器から流出する呼気が一時的に溜め込まれるチャンバと、チャンバ内に溜め込まれた呼気を測定部に供給するポンプと、流量調整器の動作制御を行う制御部と、前記流量調整器の呼気の流入側に接続されている第１の圧力センサと、前記流量調整器の呼気の流出側に接続されている第２の圧力センサと、を備えている。流量調整器は、呼気が流入する流入口、呼気が流出する流出口を有する本体ケースと、本体ケース内を前記流入口側の呼気流入空間と前記流出口側の呼気流出空間に分割する分割壁と、分割壁に設けられており呼気を通過させる円形の通気口と、通気口内に摺動自在に配置された円錐台形状の調整弁と、を有している。円錐台形状の調整弁は、側面が内方側に縮小されている。
【００１３】
これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の流量調整器は、呼気を通す通気口内に円錐台状の調整弁が配置されているが、この円錐台状の調整弁は、側面が内方側に縮小されている。すなわち、呼気の流路の最小面積の２乗の値と調整弁の移動量が比例するように、調整弁の側面を内方側に縮小させている。
【００１５】
このため、呼気を所定の流量に調整したい場合、先ず、流量調整器の流入側と流出側の圧力差を測定し、次に、この圧力差から隙間面積の２乗を求める。
【００１６】
さらに、隙間面積の２乗と比例を表す関係式から調整弁の移動量を求める。
【００１７】
この時、調整弁の側面が内方側に縮小されたので、隙間面積の２乗と調整弁の移動量が比例する。したがって、比例を表す関係式を用いると調整弁の移動量が適切に求まるものとなる。
【００１８】
その結果として、呼気の流量を適切に調整することができるものになり、呼気の測定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における呼気測定装置の斜視図。
【図２】図１の呼気測定装置の制御ブロック図。
【図３】図２の流量調整器の断面図。
【図４】図３の要部の斜視図。
【図５】図３のＡ部分の拡大断面図。
【図６】図５のＢ部分の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、喘息検出、肺機能検出などを行う際に使用する呼気測定装置１を示している。
【００２２】
呼気測定装置１は、例えば、呼気に含まれる一酸化窒素の量（呼気の一酸化窒素の濃度）を測定するもので、呼気の吸い込みと吹き込みを行うハンドル部２が、ハンドルチューブ３を介して測定装置本体４に接続されている。
【００２３】
ここで、使用者がハンドル部２の呼気口５に口をつけ吸い込みを行うと、大気がハンドル部２内に取り込まれハンドル部２内のフィルター（図示せず）を通過し、このフィルターにより一酸化窒素が除去された大気が使用者の肺に取り込まれる。ここから、使用者が呼気を呼気口５に吹き込むと、吹き込まれた呼気はハンドルチューブ３を通過して、図１の測定装置本体４内へと吹き込まれる。
【００２４】
図２は、測定装置本体４の制御ブロック図である。
【００２５】
測定装置本体４内には、吹き込まれた呼気を所定の流量（単位時間あたりに流れる呼気の量）に調整する流量調整器６が設けられている。この流量調整器６は、呼気が流入する流入側と、呼気が流出する流出側を有しており、流入側に圧力センサ７が接続され、流出側に圧力センサ８が接続されている。圧力センサ７は流量調整器６の流入側の呼気の圧力を測定し、圧力センサ８は流量調整器６の流出側の呼気の圧力を測定する。この２つの圧力センサの値を用いて、流量調整器６により呼気の流量が所定の値に調整される。流量調整器６については、後で詳述する。
【００２６】
流量調整器６で流量が整えられた呼気はチャンバ９に送られ、呼気はチャンバ９内に一時的に溜め込まれる。
【００２７】
そして、測定時において、チャンバ９内に溜め込まれた呼気は、入力ガス切替器１０および流量検出器１１を介してポンプ１２に引かれ、測定部１３に送られる。
【００２８】
なお、流量調整器６、圧力センサ７、圧力センサ８、入力ガス切替器１０、流量検出器１１、ポンプ１２、測定部１３は、制御部１４に電気的に接続されている。さらに、制御部１４には、表示部１５、電源スイッチ１６、メモリ１７が電気的に接続されている。制御部１４は、接続された各部の制御を行う。
【００２９】
制御部１４が使用する各種の制御プログラムはメモリ１７に格納されている。
【００３０】
また、入力ガス切替器１０には、空気から一酸化窒素を除去するゼロガス生成器１８が接続されている。
【００３１】
以下に、基本的な呼気の測定動作を説明する。
【００３２】
なお、吹き込まれた呼気がチャンバ９内に溜め込まれている状態から説明する。
【００３３】
呼気の測定においては、先ず、制御部１４がポンプ１２を用いて、チャンバ９内に溜め込まれた呼気を、入力ガス切替器１０および流量検出器１１を介して所定の流量で測定部１３に供給する。そして、測定部１３が呼気の中の一酸化窒素を測定すると、呼気の実測値が求められる。
【００３４】
次に、制御部１４が、入力ガス切替器１０をチャンバ９側からゼロガス生成器１８側に切り替える。そして、ポンプ１２を用いて測定環境の空気をゼロガス生成器１８に通過させると、空気から一酸化窒素が除去される。この一酸化窒素が除去された空気は入力ガス切替器１０を経由して測定部１３に供給される。測定部１３が空気を測定すると、基準値が決定される。
【００３５】
その後、制御部１４が、呼気の実測値と基準値を比較すると、呼気に含まれる一酸化窒素の量が算出され、その値が表示部１５に、たとえば「１５ｐｐｂ」と表示される。これは、呼気に対して１５／１０億の割合で一酸化窒素が検出されたことを表している。
【００３６】
以上の説明により、基本的な構成と動作が理解された所で、以下に本実施形態における特徴点を説明する。
【００３７】
本実施形態における最も大きな特徴点は、吹き込まれた呼気を所定の流量（単位時間あたりに流れる呼気の量）に調整する図２の流量調整器６において、呼気の流量の調整精度を高めることにより、その後の呼気の測定精度を高めたことである。
【００３８】
流量調整器６について、図３〜図６を用いて以下に詳細に説明する。
【００３９】
図３は、流量調整器６の断面図であり、流量調整器６の本体ケース１９は、呼気が流入側に、呼気が流入する流入口２０を備えている。また、呼気が流出する側に、呼気が流出する流出口２１を備えている。
【００４０】
本体ケース１９の内部には、この本体ケース１９内を、流入口２０側の呼気流入空間２２と、流出口２１側の呼気流出空間２３に分割する分割壁２４が設けられている。分割壁２４の中央部分には、円形の通気口２５が設けられている。
【００４１】
このため、流入口２０から呼気流入空間２２に流入した呼気は、通気口２５を通って呼気流出空間２３に進入し、流出口２１から流れ出る。
【００４２】
また、呼気が通過する通気口２５内には、ほぼ円錐台形状に形成された調整弁２６が摺動自在に配置されている。なお、円錐台とは、円を底面とした錐台であって、円錐を底面に平行な平面で切り、小円錐の部分を除いた立体図形である。
【００４３】
このため、呼気は、通気口２５と調整弁２６の隙間を通過する。そして、実際の調整においては、圧力センサ７および圧力センサ８が検出する圧力の圧力差を求め、この圧力差に応じて調整弁２６を摺動させることで隙間の面積を変化させ、呼気の流量が一定になるように調整する。これにより、使用者が吹き込む呼気の圧力が変化して流量調整器６の流入側の圧力が変化したとしても、呼気の流量は一定となる。
【００４４】
この調整弁２６の動作については、後で詳述する。
【００４５】
調整弁２６の一端側（図３における左側）には、通気口２５を閉成する蓋２７が設けられている。また、調整弁２６の他端側（図３における右側）には、図４に示す円柱状の棒体２８が設けられている。さらに、流量調整器６には、棒体２８の他端側の端部に対向させて、この棒体２８を摺動させる円板状のカム２９が設けられている。カム２９のカム軸２９ａには、ギア（図示せず）を介して、ステッピングモータ（図示せず）が連結されている。このステッピングモータは、図２の制御部１４に接続されている。
【００４６】
そして、制御部１４がステッピングモータを駆動すると、カム２９に回転力が伝えられる。カム２９は、その回転運動を棒体２８の直線運動に変換し、棒体２８を軸方向に摺動させる。その結果、棒体２８の一端側の調整弁２６が通気口２５内を摺動する。つまり、カム２９、ギア、ステッピングモータで、調整弁２６の駆動機構を構成している。
【００４７】
なお、棒体２８は、バネ３０によって、この棒体２８に設けられたバネ受け３１を介してカム２９側（他端側）に付勢されている。
【００４８】
また、バネ３０は、ゴム製の分離膜３２によって、呼気流出空間２３とは分離されており、呼気流出空間２３の呼気は、バネ３０側へと侵入することがない。呼気流出空間２３の呼気は、流出口２１から呼気流出空間２３外へと流出する。
【００４９】
なお、調整弁２６の蓋２７の通気口２５側には、ゴム製（弾性体の一例）で環状のカバー（蓋体）３３が設けられており、このカバー３３を通気口２５の周囲に設けた環状壁３４（図５参照）に当接させることにより、通気口２５は、蓋２７によって覆われる。この状態では、呼気は、通気口２５を通過できなくなる。
【００５０】
以下に、調整弁２６の構成と動作について説明する。
【００５１】
図５は、図３のＡ部分（分割壁２４部分）を拡大した図である。
【００５２】
分割壁２４には通気口２５が設けられ、通気口２５内には、ほぼ円錐台形状に形成された調整弁２６が摺動自在に配置されている。
【００５３】
調整弁２６は、一端側（図５における左側）が円錐台の底面３５、他端側（図４における右側）が円錐台の上面３６となっている。また、底面３５から上面３６までの距離が高さＬ１となっている。
【００５４】
調整弁２６は、一端側（底面３５側）が呼気流入空間２２に配置され、他端側（上面３６側）が呼気流出空間２３に配置されている。つまり、調整弁２６は、通気口２５内を貫通して配置されており、調整弁２６の側面は、通気口２５の内周に対向して配置されている。さらに、調整弁２６の中心軸は、通気口２５の中心を通過させている。
【００５５】
このため、調整弁２６は、通気口２５の中心を、調整弁２６の中心軸に沿って摺動する。
【００５６】
図６は、図５のＢ部分を、呼気流入空間２２側から見た図で、通気口２５と調整弁２６の位置関係を示している。このＢ部分は、通気口２５の深さ方向（図５における左側から右側方向であって、一端側から他端側にかけて）において、通気口２５が最も小径となっている部分である。
【００５７】
この図６からも理解されるように、呼気は、通気口２５と調整弁２６によって形成される隙間３７を通過する。この隙間３７の面積は、通気口２５に対する調整弁２６の位置によって決まる。
【００５８】
より具体的には、図５において、調整弁２６を一端側（図５における左側）に動かせば、図６の調整弁２６の断面積が小さくなり、隙間３７は大きくなる。つまり、呼気の流量が増加する。これとは逆に、図５において、調整弁２６を他端側（図５における右側）に動かせば、図６の調整弁２６の断面積が大きくなり、隙間３７は小さくなる。つまり、呼気の流量が減少する。
【００５９】
このように、通気口２５内を調整弁２６を移動（摺動）させることで、呼気の流路の最小面積（隙間３７の面積で、以後隙間面積とも称する）を変化させ、これにより、呼気を所定の流量に調整する。
【００６０】
具体的には、呼気を所定の流量に調整したい場合、制御部１４は、圧力センサ７を用いて流量調整器６の流入側の圧力を測定し、圧力センサ８を用いて流出側の圧力を測定し、流量調整器６の流入側と流出側の圧力差を求める。
【００６１】
この圧力差の逆数は、呼気の流量が一定の場合には、隙間面積の２乗に比例することが知られている。その比例関係を表す関係式Ａは、メモリ１７に記憶されている。
【００６２】
また、隙間面積の２乗の値と、調整弁２６の移動量の関係があらかじめ調べられており、その関係を表す関係式Ｂが、メモリ１７に記憶されている。なお、関係式Ｂは、計算処理の簡易化のため、比例を表す関係式としている。
【００６３】
このため、制御部１４は、圧力差の逆数と、圧力差の逆数と隙間面積の２乗の関係を表す関係式Ａと、および隙間面積の２乗と調整弁２６の移動量の関係を表す関係式Ｂと、を用いて、調整弁２６の移動量（調整弁２６の位置）を求める。
【００６４】
そして、制御部１４が、流量調整器６の調整弁２６を、求めた位置まで移動させると、呼気の流量が調整される。
【００６５】
このようにして、呼気の流量を調整するが、調整弁２６が円錐形状であると、隙間面積の２乗と調整弁２６の移動量は比例しない。このため、比例を表す関係式Ｂを使用すると、求まる調整弁２６の移動量に誤差が生じてしまう。
【００６６】
そこで本実施形態における流量調整器６では、図５に示すように、調整弁２６は、ほぼ円錐台形状をしているが、その側面を内方側に縮小させている。すなわち、流路の最小面積の２乗の値が調整弁２６の移動量に比例するように、調整弁２６の側面を内方側に縮小させている。
【００６７】
なお、図５において、点線３８は、調整弁２６の軸方向の断面において、底面３５の最も外方側と、上面３６の最も外方側を直線的に結んだ線となっている。つまり、点線３８は、底面３５、上面３６、高さＬ１で形成される円錐台の側面を表している。
【００６８】
また、調整弁２６の側面は、側面の全周において、底面３５から上面３６にかけて内方側（中心軸側）に向けて縮小されている。つまり、底面３５から上面３６にかけての側面は、底面３５の最も外方側と、上面３６の最も外方側を直線的に結んだ点線３８よりも内方側に形成されている。
【００６９】
さらに、調整弁２６の側面は、底面３５と上面３６の中間部付近を、底面３５付近および上面３６付近よりも、内方側に縮小させている。つまり、調整弁２６では、円錐台の底面３５から上面３６にかけての側面は、その中央部がわずかに凹んだ状態で形成されている。
【００７０】
さらにまた、調整弁２６の側面は、側面の全周が内方側に縮小されている。つまり、円錐台の側面全体が、内方側に向かって縮小した状態となっている。
【００７１】
このため、呼気を所定の流量に調整したい場合、制御部１４は、先ず、上述のごとく、圧力センサ７と圧力センサ８用いて流量調整器６の流入側と流出側の圧力差を測定し、次に、この圧力差から隙間面積の２乗を求める。
【００７２】
さらに、制御部１４は、隙間面積の２乗と、比例を表す関係式Ｂから調整弁２６の移動量を求める。
【００７３】
この時、調整弁２６の側面が内方側に縮小されたので、隙間面積の２乗と調整弁２６の移動量が比例する。したがって、比例を表す関係式Ｂを用いると調整弁２６の移動量が適切に求まるものとなる。
【００７４】
その結果として、呼気の流量を適切に調整することができるものになり、呼気の測定精度を高めることができる。
【００７５】
さらにまた、調整弁２６を摺動させるカム２９は、図３に示すように、いわゆる板カム（円板カム）形状をしており、制御部１４が駆動機構を用いてカム２９を回動させると、棒体２８は所定の距離を摺動する構成となっている。
【００７６】
このため、棒体２８の一端側の調整弁２６を通気口２５内で適切に摺動させることができるので、呼気の調整精度を高めることができる。
【００７７】
さらにまた、呼気測定装置１は、図２に示すように、接続孔３９（図３）を介して呼気流入空間２２に接続される圧力センサ７と、接続孔４０（図３）を介して呼気流出空間２３に接続される圧力センサ８を有している。そして、２つの圧力センサ７、圧力センサ８の出力にもとづいて制御部１４が、カム２９の動きを制御している。
【００７８】
より具体的には、圧力センサ７、圧力センサ８の出力が制御部１４に送られると、制御部１４は２つの圧力センサの圧力差を求め、この圧力差に応じてカム２９を動かしている。
【００７９】
このため、通気口２５に対して調整弁２６を通気口２５内の適切な位置に移動させることができるので、この調整弁２６の移動量と正比例して増減する呼気の流量の調整が容易になり、呼気の調整精度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、喘息検出、肺機能検出などを行う際に使用する呼気測定装置に活用されることが期待されるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１  呼気測定装置
２  ハンドル部
３  ハンドルチューブ
４  測定装置本体
５  呼気口
６  流量調整器
７  圧力センサ
８  圧力センサ
９  チャンバ
１０  入力ガス切替器
１１  流量検出器
１２  ポンプ
１３  測定部
１４  制御部
１５  表示部
１６  電源スイッチ
１７  メモリ
１８  ゼロガス生成器
１９  本体ケース
２０  流入口
２１  流出口
２２  呼気流入空間
２３  呼気流出空間
２４  分割壁
２５  通気口
２６  調整弁
２７  蓋
２８  棒体
２９  カム
２９ａ  カム軸
３０  バネ
３１  バネ受け
３２  分離膜
３３  カバー
３４  環状壁
３５  底面
３６  上面
３７  隙間
３８  点線
３９  接続孔
４０  接続孔
【図１】
2018201750.tif 000003
【図２】
2018201750.tif 000004
【図３】
2018201750.tif 000005
【図４】
2018201750.tif 000006
【図５】
2018201750.tif 000007
【図６】
2018201750.tif 000008