【手続補正書】
【提出日】平成28年5月16日(2016.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】酸素濃縮器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、呼吸器疾患の患者が自宅で酸素吸入を行う在宅酸素療法において使用され、大気中の空気から高濃度の酸素を生成して出力する酸素濃縮器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の酸素濃縮器としては、例えば特許文献１に開示されるように、加圧下において窒素を選択的に吸着し、その吸着した窒素を減圧下において放出する特性を有する吸着材（ゼオライト）を利用したＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式のものが知られており、それは吸着式とも呼ばれている。
【０００３】
このような吸着式の酸素濃縮器は、図１０に示すように、窒素を吸着する吸着材（ゼオライト）が充填された２つのシーブベッドＴａ，Ｔｂと、これらシーブベッドＴａ，Ｔｂに対し圧縮空気を供給するコンプレッサＣと、該コンプレッサＣからの圧縮空気を上記２つのシーブベッドＴａ，Ｔｂに対し供給するための給気流路を構成する各分岐流路Ｆａ，Ｆｂと、これら分岐流路Ｆａ，Ｆｂを個別に開閉する各給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂと、上記各シーブベッドＴａ，Ｔｂを大気に開放する各排気流路Ｅａ，Ｅｂと、これら排気流路Ｅａ，Ｅｂを個別に開閉する各排気用バルブＥＶａ，ＥＶｂとにより構成されている。
【０００４】
そして、上記２つのシーブベッドのうち一方Ｔａに繋がる分岐流路Ｆａの給気用バルブＰＶａを開き、排気流路Ｅａの排気用バルブＥＶａを閉じると同時に、他方Ｔｂに繋がる分岐流路Ｆｂの給気用バルブＰＶｂを閉じ、排気流路Ｅｂの排気用バルブＥＶｂを開くことにより、一方のシーブベッドＴａに圧縮空気を供給して高濃度の酸素を得ることができる。その間、他方のシーブベッドＴｂは減圧されるため、ゼオライトに吸着されていた窒素が離脱して大気に排出される。また、これらの給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂ及び排気用バルブＥＶａ，ＥＶｂを逆の開閉パターンに切り換えることにより、他方のシーブベッドＴｂに圧縮空気を供給して高濃度の酸素を得ることができ、その間、一方のシーブベッドＴａのゼオライトに吸着されていた窒素が離脱して大気に排出される。
すなわち、上記各給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂ及び排気用バルブＥＶａ，ＥＶｂの開閉パターンを交互に切り換えることにより、上記各シーブベッドＴａ，Ｔｂを通じて高濃度の酸素を連続的に得ることができる。
【０００５】
ところで、上記給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂ及び排気用バルブＥＶａ，ＥＶｂとしては、図２に示すような、ダイヤフラム弁１０にノーマルオープン型の電磁式パイロット弁２０を組み合わせたものが考えられ、該電磁式パイロット弁２０がオフの時には、上記給気流路から分岐されたパイロット流路Ｆｐを通じてパイロットエアがダイヤフラム弁１０に供給されて、上記分岐流路Ｆａ，Ｆｂや排気流路Ｅａ，Ｅｂが閉じられ、一方、電磁パイロット弁２０がオンの時には、該ダイヤフラム弁１０に対するパイロットエアの供給が遮断されて、逆に上記分岐流路Ｆａ，Ｆｂや排気流路Ｅａ，Ｅｂが開かれるようになっている。
【０００６】
このように、パイロットエアを電磁式パイロット弁２０に供給するパイロット流路Ｆｐが給気流路から分岐されている場合、上記各給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂ及び排気用バルブＥＶａ，ＥＶｂの開閉パターンを切り換えて、酸素を生成するシーブベッドを一方Ｔａから他方Ｔｂに切り換えた直後には、当該他方のシーブベッドＴｂは直前までの減圧により圧力が未だ低い状態にあるため、コンプレッサＣから供給される圧縮空気の圧力が図１１に示すように一時的に降下してしまい、同時に、パイロット圧力も降下してしまう。
その一方で、排気される側となる一方のシーブベッドＴａの給気用バルブＰＶａは、本来、パイロットエアが供給されて閉じられるべきであるが、該シーブベッドＴａ内の残圧が未だ高い状態にあるため、上述のようにパイロット圧力が降下することにより、該給気用バルブＰＶａのダイヤフラム弁１０が、そのダイヤフラム１３の両面に作用する圧力バランスが崩れて（図１１の斜線部参照）開いてしまい、その結果、高濃度の窒素を含んだ排気が一時的に給気流路を逆流し、酸素を生成する側である他方のシーブベッドＴｂに流れ込んでしまうという問題があった。そして、このような問題は、逆に、酸素を生成するシーブベッドを他方Ｔｂから一方Ｔａに切り換えた直後にも発生する（図１１のドット部参照）。なお、図１１中、縦の破線は、上記各給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂの電磁式パイロット弁２０に対する通電を交互にオン・オフするタイミング、すなわち上記各給気用バルブＰＶａ，ＰＶｂ及び各排気用バルブＥＶａ，ＥＶｂの開閉パターンを切り換えるタイミングを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１３２３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の技術的課題は、２つのシーブベッドに対し圧縮空気を交互に切り換えて供給し、連続的に高濃度の酸素を生成することができるように構成された酸素濃縮器において、圧縮空気を供給するシーブベッドを切り換えた直後に、排気される側のシーブベッドの排気が圧縮空気の給気流路を逆流して、酸素を生成する側のシーブベッドに流れ込むのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術的課題を解決するため、本発明に係る酸素濃縮器は、圧縮空気を出力する圧縮空気供給源と、加圧下において空気から窒素を選択的に吸着し減圧下においてその吸着した窒素を放出する吸着材が内蔵されていて、圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成する第１及び第２のシーブベッドと、上記圧縮空気供給源からの圧縮空気を上記各シーブベッドにそれぞれ供給する給気流路と、上記各シーブベッド内の排気をそれぞれ大気に排出する排気流路とを有していて、上記給気流路が、上記圧縮空気供給源に接続された本流路と、該本流路を分岐して上記第１及び第２のシーブベッドに接続された第１及び第２の分岐流路とにより構成され、上記第１及び第２の分岐流路に、上記第１及び第２のシーブベッドに対し上記圧縮空気供給源を交互に連通させる第１及び第２の給気用バルブがそれぞれ設けられ、上記排気流路に、上記第１の給気用バルブが閉じられている時に上記第１のシーブベッドを大気に連通させ、上記第２の給気用バルブが閉じられている時に上記第２のシーブベッドを大気に連通させる排気用バルブが設けられて成る酸素濃縮器であって、上記各給気用バルブが、主弁としてのダイヤフラム弁と、パイロットエアにより上記分岐流路を閉じる方向に該主弁を駆動する電磁式パイロット弁とからそれぞれ構成されていて、これらの電磁式パイロット弁に上記パイロットエアを供給するパイロット流路が、上記給気流路における上記給気用バルブよりも上流側の位置から分岐されており、該パイロット流路に、上記パイロットエアが逆流するのを阻止するチェック弁が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このとき、上記第１及び第２の給気用バルブの電磁式パイロット弁の双方にパイロットエアを供給する１本のパイロット流路が上記給気流路から分岐されていても良く、または、上記第１及び第２の給気用バルブの各電磁式パイロット弁にパイロットエアを供給する第１及び第２のパイロット流路が、上記給気流路からそれぞれ分岐されていても良い。
【００１１】
さらに、本発明に係る酸素濃縮器の好ましい実施形態においては、上記第１及び第２の給気用バルブ並びに排気用バルブが、単一のマニホールドベース上に搭載されていて、該マニホールドベース内に、上記給気流路と、そこから分岐された上記パイロット流路と、上記排気流路が形成されると共に、上記チェック弁が装着されており、上記マニホールドベースには、上記チェック弁を外部から挿入して装着するためのチェック弁装着孔が開設されていて、上記パイロット流路が、該チェック弁装着孔の側壁から上記給気流路へと通じる一次側流路孔と、該チェック弁装着孔の奥部から上記電磁式パイロット弁へと通じる二次側流路孔とから形成され、上記チェック弁が、軸方向の一端に上記二次側流路孔に連通させる第１開口が設けられ、上記チェック弁装着孔に該第１開口を奥側にして嵌合された中空の外筒と、該外筒内に配された中空の中子及び上記二次側流路孔からのパイロットエアの逆流を阻止するチェック弁本体とを有していて、上記一次側流路孔からのパイロットエアが、上記外筒及び中子の側壁にそれぞれ開設された第１及び第２のエア導入穴を通じて該中子内に導入され、該中子に開設されたエア導出穴を通じて該中子内から導出され、上記チェック弁本体の周囲を経て上記第１開口へと導かれるように構成されている。
そうすることにより、上記チェック弁をマニホールドベースの外部から該マニホールドベース内に形成されたパイロット流路に対し容易に装着することが可能となる。
【００１２】
このとき、上記チェック弁本体は、その断面形状が上記外筒の第１開口側に開くＶ字状に形成された環状のリップシールであっても良く、または、上記外筒の第１開口側に位置する中子の端面に上記エア導出穴が開設されていて、該エア導出穴を取り囲むように形成された弁座に対し、同じ外筒内に設けられた上記チェック弁本体としてのポペット弁が接離するように構成されていても良い。なお、上記中子内に上記第２のエア導入穴を覆うようにエアフィルタが装着されていることが望ましい。
【００１３】
また、本発明に係る酸素濃縮器のより好ましい実施形態においては、上記外筒における上記第１開口と逆側の他端に第２開口が開設されていて、該第２開口を通じて上記外筒内に上記中子が嵌合可能となっており、この外筒の第２開口を閉じる密閉キャップにより上記チェック弁装着孔が気密に閉塞されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る酸素濃縮器においては、圧縮空気供給源に接続された給気流路に、第１及び第２のシーブベッドに対し交互に圧縮空気を供給するための第１及び第２の給気用バルブを設け、これら給気用バルブの電磁式パイロット弁に対しパイロットエアを供給するパイロット流路を、上記給気流路における上記給気用バルブよりも上流側の位置から分岐し、該パイロット流路に、上記パイロットエアが逆流するのを阻止するチェック弁を設けている。そのため、圧縮空気を供給して高濃度酸素を生成するシーブベッドを一方から他方に切り換えた直後、たとえ一時的に圧縮空気の供給圧力が降下したとしても、同様に上記パイロット圧力も降下してしまうのを防止することができ、必要なパイロット圧力を維持することが可能となる。その結果、排気される側（再生される側）のシーブベッドに接続された本来閉じられるべき給気用バルブが開いてしまい、該シーブベッド内の排気が給気流路を逆流し、高濃度酸素を生成する側のシーブベッドに流れ込むのを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る酸素濃縮器の一実施形態を示す概略的な流体回路図である。
【図２】図１における給気用バルブ及び排気用バルブの構造を示す断面図である。
【図３】図１の流体回路の圧力変動を示す概略的なグラフである。
【図４】（ａ）マニホールドベース上に各給気用バルブ及び各排気用バルブが搭載された状態を示す平面図である。（ｂ）同正面図である。（ｃ）同側面図である。
【図５】マニホールドベースの外観並びにパイロット用チェック弁の外観及び装着方法を示す斜視図である。
【図６】パイロット用チェック弁をマニホールドベースに装着した状態の要部拡大断面図である。
【図７】パイロット用チェック弁の分解斜視図である。
【図８】パイロット用チェック弁の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図９】本発明に係る酸素濃縮器の他の実施形態を示す酸素生成部の概略的な流体回路図である。
【図１０】一般的な酸素濃縮器を示す概略的な流体回路図である。
【図１１】図１０の流体回路の圧力変動を示す概略的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る酸素濃縮器の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
この酸素濃縮器１は、加圧下において大気中の空気から窒素を選択的に吸着し、その吸着した窒素を減圧下において放出する特性を有する吸着材を利用することにより、大気中の空気から高濃度の酸素を生成して出力するもので、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式と呼ばれており、例えば、呼吸器疾患の患者が自宅で酸素吸入を行う在宅酸素療法において使用される。
【００１７】
図１に示すように、この酸素濃縮器１は、概略的には、大気から高濃度酸素を生成する酸素生成部２と、該酸素生成部２で生成された高濃度酸素をカニューラ等の出力器具５１へと供給する酸素供給部５０とにより構成されている。
上記酸素生成部２は、大気中の空気を圧縮して出力する圧縮空気供給源としてのコンプレッサ３と、上記吸着材としてのゼオライトが内蔵されていて、上記コンプレッサ３から出力された圧縮空気から窒素を選択的に分離して高濃度酸素を生成する第１及び第２のシーブベッド４Ａ，４Ｂと、上記コンプレッサ３と各シーブベッド４Ａ，４Ｂとの間に配され、上記圧縮空気をこれらシーブベッド４Ａ，４Ｂにそれぞれ供給するための給気流路５と、上記各シーブベッド４Ａ，４Ｂからの排気をそれぞれ大気に排出するための排気流路６とを有している。
【００１８】
上記給気流路５は、一端が上記コンプレッサ３に接続された本流路５ｃと、該本流路５ｃの他端で分岐されて上記第１及び第２のシーブベッド４Ａ，４Ｂへと接続された第１及び第２の分岐流路５ａ，５ｂとにより構成されている。そして、上記第１及び第２の分岐流路５ａ，５ｂの途中には、これら分岐流路５ａ，５ｂを交互に開閉することにより、上記第１及び第２のシーブベッド４Ａ，４Ｂに対し上記コンプレッサ３を交互に連通させる第１及び第２の給気用バルブ７ａ，７ｂがそれぞれ設けられている。
【００１９】
また、上記排気流路６は、上記第１及び第２のシーブベッド４Ａ，４Ｂからの排気がそれぞれ通る第１及び第２の排気流路６ａ，６ｂにより構成されている。そして、該第１の排気流路６ａには、上記第１の給気用バルブ７ａが閉じられている時に開いて、上記第１のシーブベッド４Ａを大気に連通させ、該シーブベッド４Ａ内の排気を大気に排出させる第１の排気用バルブ８ａが設けられ、該第２の排気流路６ｂには、上記第２の給気用バルブ７ｂが閉じられている時に開いて、上記第２のシーブベッド４Ｂを大気に連通させ、該シーブベッド４Ｂ内の排気を大気に排出させる第２の排気用バルブ８ｂが設けられている。
【００２０】
なお、ここでは、上記第２の分岐流路５ｂにおける上記第２の給気用バルブ７ｂよりも上流側の位置から、後に詳述する上記第１及び第２の給気用バルブ７ａ，７ｂ並びに上記第１及び第２の排気用バルブ８ａ，８ｂの各電磁式パイロット弁２０に対し、パイロットエアを供給するための１本のパイロット流路９が分岐されている。
そして、上記各電磁式パイロット弁２０はそれぞれ、図２に示すように制御部６０に接続され、該制御部６０により上記各バルブ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂを開閉操作することができるようになっている。
【００２１】
すなわち、この酸素濃縮器１においては、上記第１の給気用バルブ７ａ及び第２の排気用バルブ８ｂを開き、上記第２の給気用バルブ７ｂ及び第１の排気用バルブ８ａを閉じて、第１のシーブベッド４Ａに圧縮空気を供給して高濃度酸素を生成させると共に、第２のシーブベッド４Ｂ内の高濃度の窒素を含む排気を大気に排出させて該シーブベッド４Ｂを再生させる「第１のバルブ開閉パターン」と、逆に、上記第２の給気用バルブ７ｂ及び第１の排気用バルブ８ａを開き、上記第１の給気用バルブ７ａ及び第２の排気用バルブ８ｂを閉じて、第２のシーブベッド４Ｂに圧縮空気を供給して高濃度酸素を生成させると共に、第１のシーブベッド４Ａ内の高濃度の窒素を含む排気を大気に排出させて該シーブベッド４Ａを再生させる「第２のバルブ開閉パターン」とを、上記制御部６０により交互に切り換えて、連続的に高濃度酸素を生成することができるようになっている。
【００２２】
一方、上記酸素供給部５０は、上記酸素生成部２の各シーブベッド４Ａ，４Ｂで生成された高濃度酸素を一旦タンク５２内に貯蔵し、上記出力器具５１へと出力するためのもので、上記第１及び第２のシーブベッド４Ａ，４Ｂから高濃度酸素をそれぞれ出力させる第１及び第２の出力流路５３ａ、５３ｂと、これら第１及び第２の出力流路５３ａ，５３ｂを合流させた後、上記タンク５２を経て出力器具５１へと接続される第３の出力流路５３ｃとを有している。ここで、上記第１及び第２の出力流路５３ａ，５３ｂには、上記タンク５２から上記各シーブベッド４Ａ，４Ｂに高濃度酸素が逆流するのを阻止するための出力側チェック弁５４ａ，５４ｂが設けられている。
【００２３】
そして、上記タンク５２内に貯蔵された高濃度酸素が、上記第３の出力流路５３ｃに設けられた減圧弁５５、流量調整弁５６、フィルタ５７及び加湿器５８等を経て、上記出力器具５１へと導かれるようになっている。ここで、上記加湿器５８は、上記シーブベッド４Ａ，４Ｂに充填されたゼオライトが、空気中の窒素ばかりでなく水分をも吸着する性質を有していて、これらシーブベッド４Ａ，４Ｂから高濃度酸素が極めて乾燥した状態で出力されるため、それを加湿する役割を果たしている。
なお、上記一対のシーブベッド４Ａ，４Ｂの再生効率や高濃度酸素の生成効率を向上させるため、上記出力側チェック弁５４ａ，５４ｂよりも上流側において、上記第１の出力流路５３ａと第２の出力流路５３ｂとの間を、オリフィスを設けた管路や、均圧弁を設けた管路で接続することができる。
【００２４】
次に、上記給気用バルブ７ａ，７ｂ及び排気用バルブ８ａ，８ｂの構成についてより具体的に説明すると、上記第１及び第２の給気用バルブ７ａ，７ｂはそれぞれ、図１及び図２に示すように、上記給気流路５の分岐流路５ａ，５ｂを開閉する主弁としてのダイヤフラム弁１０と、上記パイロット流路９を通じて導入されたパイロットエアにより、上記分岐流路５ａ，５ｂを閉じる方向に該ダイヤフラム弁１０を駆動する上記電磁式パイロット弁２０とから構成されている。
【００２５】
上記ダイヤフラム弁１０は、上下に分割された第１部分１１ａ及び第２部分１１ｂにより構成されて内部に空間１２を形成するケーシング１１と、ゴム等の弾性材によって円盤状に形成され、周縁部１３ｃが上記ケーシング１１の第１部分１１ａと第２部分１１ｂとの間に挟持されると共に、その内側の本体部分１３ｄが上記空間１２内に配されたダイヤフラム１３とを有している。そして、該ダイヤフラム１３によって上記空間１２が、該ダイヤフラム１３の一方の第１受圧面１３ａ側（図中下面側）に形成された第１駆動室１２ａと、他方の第２受圧面１３ｂ側（図中上面側）に形成された第２駆動室１２ｂとに気密に区画されている。
【００２６】
上記ケーシング１１の底面には、上記分岐流路５ａ，５ｂのコンプレッサ３側が接続された第１ポート１４ａと、該分岐流路５ａ，５ｂのシーブベッド４Ａ，４Ｂ側が接続された第２ポート１４ｂと、上記パイロット流路９が接続された第３ポート１４ｃと、大気に開放されていて上記電磁式パイロット弁２０の排気を排出するための第４ポート１４ｄとが開設されている。そして、上記第１及び第２ポート１４ａ，１４ｂは、上記第１駆動室１２ａに連通されており、上記空間１２の内面であって、上記第２ポート１４ｂの周囲には、該第２ポート１４ｂを取り囲むように弁座１５が形成されている。
【００２７】
上記ダイヤフラム１３の第１受圧面１３ａには、上記弁座１５に接離して上記第１ポート１４ａと第２ポート１４ｂとの間を遮断又は連通させるシール用リブ１３ｅが環状に形成されている。そして、上記ダイヤフラム１３の第１受圧面１３ａに作用する圧力が第２受圧面１３ｂに作用する圧力よりも所定量ΔＰ大きくなった時に初めて、該ダイヤフラム１３の本体部分１３ｄが上記空間１２内を第２駆動室１２ｂ方向へ移動し、その結果、上記シール用リブ１３ｅが弁座１５から離間し上記第１ポート１４ａと第２ポート１４ｂとが連通するように構成されている。
【００２８】
また、本実施形態の給気用バルブ７ａ，７ｂにおいては、上記ダイヤフラム１３の第２受圧面１３ｂの中央部分に、中空の凸部１７ａとその周囲の鍔部１７ｂを有して上記シール用リブ１３ｅよりも少し大径に形成された金属製の第１バネ座１７が、その上記鍔部１７ｂを上記ダイヤフラム１３に埋設させて取り付けられている。該バネ座１７の凸部１７ａ内は該ダイヤフラム１３を形成する弾性材で充たされている。その一方で、上記第２駆動室１２ｂにおける上記第２受圧面１３ｂと対向する内面には、上記第１バネ座１７に対向させて凹状の第２バネ座１８が形成されており、これら第１及び第２バネ座の間に、ダイヤフラム１３の本体部分１３ｄを第１駆動室１２ａ側に付勢する付勢部材としてのコイルバネ１６が設けられている。
【００２９】
そうすることにより、ダイヤフラム弁１０を開くために必要とされる上記ΔＰをより大きく設定している。なお、ダイヤフラム１３の第２受圧面１３ｂにおける上記第１ばね座１７の周囲には、上記シール用リブ１３ｅの径とほぼ同じ径の環状に配列された複数の突起１３ｆが形成されていて、ダイヤフラム弁１０が全開状態の時に、上記第２駆動室１２ｂにおける上記第２受圧面１３ｂと対向する内面に当接し、該内面に上記第２受圧面１３ｂが密着するのを防止している。
【００３０】
また、上記電磁式パイロット弁２０は、筒状のソレノイド２１と、上記制御部６０に接続されて該ソレノイド２１に通電する給電端子２２と、上記ソレノイド２１内に配された固定鉄心２３と、上記ソレノイド２１内に該固定鉄心２３と同軸に配された可動鉄心２４と、該可動鉄心２４の軸方向への移動により操作される弁部２５とを有している。また、上記ダイヤフラム弁１０のケーシング１１内には、パイロット流路９が接続された上記第３ポート１４ｃからパイロットエアを上記パイロット弁２０の弁部２５へと導くパイロット供給路１０ａと、該弁部２５を上記ダイヤフラム弁１０の第２駆動室１２ｂへと接続し、上記パイロットエアを該第２駆動室１２ｂに対して給排するパイロット給排路１０ｂと、上記弁部２５を大気へと連通させ、上記第２駆動室１２ｂからパイロット給排路１０ｂを通じて上記弁部２５へと導出されたパイロットエアを、上記第４ポート１４ｄを通じて大気へと排出するパイロット排気路１０ｃとが形成されている。
【００３１】
そして、上記ソレノイド２１への非通電時（オフ時）には、バネ２６の付勢力で可動鉄心２４が固定鉄心２３から離間していて、上記弁部２５により上記パイロット供給路１０ａとパイロット給排路１０ｂとが連通されて、上記パイロット流路９からパイロットエアが上記ダイヤフラム弁１０の第２駆動室１２ｂへと導入される。そうすると、上記ダイヤフラム１３の本体部分１３ｄが、その第１受圧面１３ａに作用する圧力に抗して上記第１駆動室１２ａ方向へと移動し、上記シール用リブ１３ｅが上記弁座１５に押し当てられて上記分岐流路５ａ，５ｂが閉じられる。
【００３２】
逆に、上記ソレノイド２１への通電時（オン時）には、可動鉄心２４が固定鉄心２３に吸着され、上記弁部２５により上記パイロット給排路１０ｂとパイロット排気路１０ｃとが連通されて、上記第２駆動室１２ｂからパイロットエアが大気へと排出される。そうすると、上記ダイヤフラム１３の本体部分１３ｄが、その第２受圧面１３ｂに作用する上記コイルバネ１６の付勢力に抗して上記第２駆動室１２ｂ方向へと移動し、上記シール用リブ１３ｅが上記弁座１５から離間して上記分岐流路５ａ，５ｂが開かれる。
すなわち、上記電磁式パイロット弁２０はノーマルオープン型のソレノイドバルブで、その非通電時（オフ時）には上記ダイヤフラム弁１０により分岐流路５ａ，５ｂが閉じられて、上記シーブベッド４Ａ，４Ｂへの圧縮空気の供給が遮断され、その通電時（オン時）には該ダイヤフラム弁１０により分岐流路５ａ，５ｂが開かれて、上記シーブベッド４Ａ，４Ｂに対し圧縮空気が供給されるようになっている。
【００３３】
なお、上記排気用バルブ８ａ，８ｂも、基本的には図２に示す上記給気用バルブ７ａ，７ｂと同様の構造を有していれば良いが、本実施形態においては、図１にも示すように、コイルバネ１６が省略されている。
そして、上記電磁式パイロット弁２０の非通電時には上記ダイヤフラム弁１０により上記排気流路６ａ，６ｂが閉じられて、上記シーブベッド４Ａ，４Ｂが大気から遮断され、その通電時には該ダイヤフラム弁１０により排気流路６ａ，６ｂが開かれて、上記シーブベッド４Ａ，４Ｂからの排気が大気に排出されるようになっている。
【００３４】
ところで、このようなダイヤフラム式の給気用バルブ７ａ，７ｂを使用した場合において、例えば、酸素を生成するシーブベッドを第１のシーブベッド４Ａから第２のシーブベッド４Ｂに切り換えた時、すなわち、上記「第１のバルブ開閉パターン」から「第２のバルブ開閉パターン」に切り換えた時、その直後には、依然として、上記第２のシーブベッド４Ｂは直前までの排気により内部圧力が低い状態にある。そのため、コンプレッサ３から給気流路５を通じて供給される圧縮空気の圧力が図１１に示すように一時的に降下してしまう。その一方で、その時、上記第１のシーブベッド４Ａの内部圧力は直前までの給気により依然として高い状態にある。
【００３５】
そこでもし、上記給気流路５から分岐されているパイロット流路９を通じて上記電磁式パイロット弁２０に供給されるパイロット圧力も同時に降下してしまうと、上記第１の給気用バルブ７ａのダイヤフラム弁１０の第１駆動室１２ａには上記第２ポート１４ｂを通じて上記第１のシーブベッド４Ａの高い内部圧力がかかり、第２駆動室１２ｂには上記第３ポート１４ｃを通じて降下したパイロット圧力がかかることとなる。
そうすると、本来、第１の給気用バルブ７ａのダイヤフラム弁１０は、パイロットエアが供給されて閉じられるべきであるが、上述した理由により上記ΔＰがダイヤフラム弁１０を開くのに必要とされる量を上回って（図１１の斜線部参照）ダイヤフラム弁１０が開いてしまい、その結果、高濃度の窒素を含んだ第１のシーブベッド４Ａからの排気が一時的に給気流路５を逆流し、酸素を生成する側である第２のシーブベッド４Ｂに流れ込んでしまう。
そして、このような問題は、逆に、酸素を生成するシーブベッドを第２のシーブベッド４Ｂから第１のシーブベッド４Ａに切り換えた時、すなわち、上記「第２のバルブ開閉パターン」から「第１のバルブ開閉パターン」に切り換えた直後にも発生する（図１１のドット部参照）。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、図１に示すように、上記パイロット流路９における上記各給気用バルブ７ａ，７ｂの電磁式パイロット弁２０よりも上流側（すなわち、上記給気流路５側）の位置に、該電磁式パイロット弁２０側から上記給気流路５方向へとパイロットエアが逆流するのを阻止することによりパイロット圧力を維持するためのパイロット用チェック弁４０を設けた。そうすることにより、図３に示すように、給気圧力の降下にもかかわらず、それに伴ってパイロット圧力も降下するのを抑制することができ、必要なパイロット圧力を維持することが可能となる。その結果、排気される側（再生される側）のシーブベッドに接続された本来閉じられるべき給気用バルブが開いてしまい、該シーブベッド内の排気が給気流路５を逆流し、高濃度酸素を生成する側のシーブベッドに流れ込むのを防止することが可能となる。なお、図３中、縦の破線は、上記制御部６０によって、上記各給気用バルブ７ａ，７ｂの電磁式パイロット弁２０に対する通電を交互にオン・オフするタイミング、すなわち、上記制御部６０によって、上記「第１のバルブ開閉パターン」と「第２のバルブ開閉パターン」とを交互に切り換えるタイミングを示している。
【００３７】
さらに、上記酸素生成部２における上記パイロット用チェック弁４０を含んだ空気圧回路の構成についてより具体的に説明すると、上記酸素生成部２の空気圧回路は、図１及び図４（ａ）〜図５に示すように、第１及び第２の給気用バルブ７ａ，７ｂと第１及び第２の排気用バルブ８ａ，８ｂとが単一のマニホールドベース３０上に搭載されて成るバルブ集合体により形成されている。すなわち、このマニホールドベース３０は、略直方体形状に一体成型されていて、その平面上に上記各給気用バルブ７ａ，７ｂと各排気用バルブ８ａ，８ｂとが、縦横２つずつ互いに隣接した状態で搭載されている。
【００３８】
上記マニホールドベース３０は、その平面上に上記給気流路５の本流路５ｃのコンプレッサ３側が接続された給気ポートＰを有し、その内部で該本流路５ｃが上記第１の分岐流路５ａと第２の分岐流路５ｂとに分岐されている。該マニホールドベース３０の正面には上記第１及び第２のシーブベッド４Ａ，４Ｂが接続される第１出力ポートＡ及び第２出力ポートＢが開設されており、該マニホールドベース３０の側面には、その内部に形成された上記各排気流路６ａ，６ｂからの排気を大気に排出するための排気ポートＥが開設されている。また、該マニホールドベース３０内において、上記第２の分岐流路５ｂから上記パイロット流路９が分岐されている。
【００３９】
そして、図５に示すように、該マニホールドベース３０の平面上には、上記給気ポートＰに連通されていて、上記第１及び第２の給気用バルブ７ａ，７ｂの第１ポート１４ａにそれぞれ接続される第１給気側開口３１ａ，３１ｂと、上記第１及び第２出力ポートＡ，Ｂにそれぞれ連通されていて、これらバルブの上記第２ポート１４ｂにそれぞれ接続される第２給気側開口３２ａ，３２ｂと、上記パイロット流路９に連通されていて、これらバルブの上記第３ポート１４ｃにそれぞれ接続される第３給気側開口３３ａ，３３ｂと、上記各出力ポートＡ，Ｂに隣接して開設された第１及び第２パイロット排気口Ｅｐ１，Ｅｐ２にそれぞれ連通されていて、これらバルブの第４ポート１４ｄにそれぞれ接続される第４給気側開口３４ａ，３４ｂとが、それぞれ同心円状に配設されている。
【００４０】
さらに、同平面上には、上記第１及び第２出力ポートＡ，Ｂにそれぞれ連通されていて、上記第１及び第２の排気用バルブ８ａ，８ｂの第１ポート１４ａにそれぞれ接続される第１排気側開口３５ａ，３５ｂと、上記排気ポートＥに連通されていて、これらバルブの上記第２ポート１４ｂにそれぞれ接続される第２排気側開口３６ａ，３６ｂと、上記パイロット流路９に連通されていて、これらバルブの上記第３ポート１４ｃにそれぞれ接続される第３排気側開口３７ａ，３７ｂと、上記第１及び第２パイロット排気口Ｅｐ１，Ｅｐ２にそれぞれ連通されていて、これらバルブの第４ポート１４ｄにそれぞれ接続される第４排気側開口３８ａ，３８ｂとが、それぞれ同心円状に配設されている。
【００４１】
上記マニホールドベース３０には、その外部から内部へと上記パイロット用チェック弁４０を挿入してパイロット流路９に装着するためのチェック弁装着孔３９ａが、上記排気ポートＥに隣接して開設されている。そして、図６に示すように、該マニホールドベース３０内において、上記パイロット流路９は、上記チェック弁４０を挟んで上流側の一次側流路孔９ａと下流側の二次側流路孔９ｂとにより形成されている。上記一次側流路孔９ａは、上記チェック弁装着孔３９ａの開口寄りの側壁に開設されていて、上記第２の分岐流路５ｂへと通じており、上記二次側流路孔９ｂは、上記チェック弁装着孔３９ａの奥側の底部に開設されていて、上記第３給気側開口３３ａ，３３ｂ及び第３排気側開口３７ａ，３７ｂを経て各バルブ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの電磁式パイロット弁２０へと通じている。なお、上記一次側流路孔９ａ及び二次側流路孔９ｂは、上記チェック弁装着孔３９ａよりも小径に形成されていて、これらチェック弁装着孔３９ａと二次側流路孔９ｂとの境界の段部３９ｂが、以下に詳述するパイロット用チェック弁４０の位置決め兼ストッパとしての役割を果たしている。
【００４２】
上記パイロット用チェック弁４０は、図６及び図７に示すように、上記二次側流路孔９ｂから一次側流路孔９ａへとパイロットエアが逆流するのを阻止して、下流側のパイロット圧力を維持するためのもので、上記チェック弁装着孔３９ａに嵌合され該チェック弁４０の外装を成す中空の外筒４１と、該外筒４１内に嵌合されパイロットエアの流路を形成する中空の中子４２と、同じく該外筒４１内に配されたチェック弁本体４３と、上記中子４２内に配されたエアフィルタ４４と、上記チェック弁装着孔３９ａを気密に閉塞する密閉キャップ４５とにより構成されている。
【００４３】
上記外筒４１は、その軸方向の第１端に第１開口４１ａが開設され、逆側の第２端に第２開口４１ｂが開設されていて、上記第１開口４１ａを奥側にして上記チェック弁装着孔３９ａ内に嵌合されている。そのとき、その第１端を上記段部３９ｂに当接させた状態で、上記第２開口４１ｂが上記密閉キャップ４５によって閉塞されており、上記第１開口４１ａが上記二次側流路孔９ｂに連通している。また、該外筒４１の軸方向における上記一次側流路孔９ａに対応する位置の側壁には、該チェック弁４０内にパイロットエアを導入するための第１のエア導入穴４１ｃが周方向に複数個開設されている。そして、上記第１のエア導入穴４１ｃよりも第１端寄りの外周には、上記チェック弁装着孔３９ａの側壁との間を気密にシールする環状のシール部材Ｓ１が装着されている。なお、該外筒４１は、その軸方向の略中央の内面に段部４１ｄが形成されていて、第２端側から第１端側に向けて内径が小さくなるように形成されている。この段部４１ｄは、以下に詳述する中子４２の位置決め兼ストッパとしての役割を果たしている。
【００４４】
上記中子４２は、外周に上記チェック弁本体４３が装着された軸状の弁装着部４２ａと、パイロットエアの流路を形成する流路形成部４２ｂと、上記エアフィルタ４４を内部に装着するための筒状部４２ｃとを、軸方向の第１端側からその逆側の第２端側に向けて順次配して一体成型したもので、その第１端側の上記弁装着部４２ａを奥側にして、上記外筒４１の第２開口４１ｂからその内部に嵌合されている。上記弁装着部４２ａの外周には溝４２ｄが形成されていて、該溝４２ｄに上記チェック弁本体４３が取り付けられている。
上記流路形成部４２ｂは、上記弁装着部４２ａよりも大径で、第２端側が開口した中空の筒状に形成されたもので、第２端側から内部に流入したパイロットエアを、該中子４２の外周と上記外筒４１の内周との間に導出するエア導出穴４２ｅが周方向に複数個開設されている。
【００４５】
上記筒状部４２ｃは、上記流路形成部４２ｂよりも大径で、軸方向の両端が開口した中空の筒状に形成されていて、上記外筒４１の内径とほぼ同じ外径を有している。そして、第１端側が上記流路形成部４２ｂに連通され、上記第１のエア導入穴４１ｃに対応する位置の側壁には、該中子４２内にパイロットエアを導入するための第２のエア導入穴４２ｆが周方向に複数開設されている。また、該筒状部４２ｃは、上記外筒４１内に装着した状態において、その第１端側の端部が上記外筒４１の段部４１ｄに当接していると共に、第２端が上記密閉キャップ４５によって閉塞されている。なお、この筒状部４２ｃの上記第２のエア導入穴４２ｆよりも第１端寄りの外周には、上記外筒４１の内面との間を気密にシールするシール部材Ｓ２が装着されている。
【００４６】
さらに、上記チェック弁本体４３は、図６に示すように、軸と平行を成し上記弁装着部４２ａの溝４２ｄに嵌め込まれた環状の基部４３ａと、該基部４３ａの外周から上記外筒４１の第１開口４１ａ方向に傾斜させて立設された環状のリップ部４３ｂとを有していて、ゴム等の弾性材によって一体成型されている。すなわち、該チェック弁本体４３は、環状で、その断面形状が上記外筒４１の第１開口４１ａ方向に拡開する略Ｖ字状に形成されたリップシールによって形成されており、上記中子４２を外筒４１内に装着した状態では、上記リップ部４３ｂの先端が上記外筒４１の内面に当接している。そうすることにより、上記一次側流路孔９ａ側からのパイロットエアの流れに対しては、リップ部４３ｂが倒れることにより外筒４１の内面との間に流路を形成して、二次側流路孔９ｂ方向への流れを許容し、二次側流路孔９ｂ側からの流れに対しては、リップ部４３ｂが起きることにより、その先端が外筒４１の内面に押し当てられて流路が遮断され、一次側流路孔９ａ方向への流れが阻止される。
【００４７】
なお、上記エアフィルタ４４は、その形状が上記筒状部４２ｃ内の流路室４２ｇの形状とほぼ同じ径と軸方向長さを有する円柱状に形成されていて、該筒状部４２ｃの第２端側から該流路室４２ｇに挿入して装着することができるようになっている。そして、該エアフィルタ４４は、該流路室４２ｇ内に装着された状態において、上記第２のエア導入穴４２ｆの全体を覆っている。
また、上記密閉キャップ４５は、軸方向に中実の円板状に形成されていて、その外周には、上記外筒４１の内面との間を気密にシールするシール部材Ｓ３が装着されている。このとき、この密閉キャップ４５を上記チェック弁装着孔３９ａに対し着脱可能なものとし、必要に応じてチェック弁４０のメンテナンスをすることができるようにしても良い。
【００４８】
このようなパイロット用チェック弁４０を備えた上記パイロット流路９においては、上記一次側流路孔９ａからのパイロットエアは、上記外筒４１の側壁及び中子４２の筒状部４２ｃの側壁にそれぞれ開設された第１及び第２のエア導入穴４１ｃ、４２ｆを通じて該筒状部４２ｃ内に導入される。そして、該筒状部４２ｃ内に装着されたエアフィルタ４４で濾過された後、該中子４２の流路形成部４２ｂ内へと流入し、上記エア導出穴４２ｅを通じて、該中子４２の外面と上記外筒４１の内面との間に導出され、上記チェック弁本体４３の周囲を経て、上記二次側流路孔９ｂに連通された上記外筒４１の第１開口４１ａへと導かれる。その一方で、上記二次側流路孔９ｂから上記一次側流路孔９ａ方向の流れは、上記チェック弁本体４３によって阻止される。
したがって、たとえ給気流路５の給気圧力が降下したとしても、上記パイロット流路９のパイロット圧力を維持することができる。また、そればかりでなく、上記パイロット用チェック弁４０を、マニホールドベース３０の外部から該マニホールドベース３０内に形成されたパイロット流路９に対し容易に装着することが可能となる。
【００４９】
図８は上記パイロット用チェック弁の一変形例４０Ａを示している。ここでは説明の重複を避けるため、主として図６に示すパイロット用チェック弁４０と異なる構成部分について説明し、同様の構成部分については図６に示すものと同じ符号を付して説明を省略することとする。
この変形例に係るパイロット用チェック弁４０Ａにおいては、中子４６が、上記チェック弁４０の中子４２から弁装着部４２ａと流路形成部４２ｂとを省いたもの、すなわち上記筒状部４２ｃと同様の形態を有している。この中子４６は、上記外筒４１の第１開口４１ａ側に位置する端面に、該中子４６の内部からパイロットエアを外筒４１内へと導出するエア導出穴４６ａと、該エア導出穴４６ａの周囲に該エア導出穴４６ａを取り囲むように形成された弁座４６ｂとを備えている。
【００５０】
そして、上記外筒４１内には、その軸方向において上記中子４６と隣接させてポペット弁から成るチェック弁本体４７が設けられている。該チェック弁本体４７は、上記中子４６よりも上記第１開口４１ａ側に同軸に配されていて、外筒４１内に軸に沿って往復摺動自在に挿入されており、軸方向の上記第１開口側の第１端とそれと逆側（中子４６側）の第２端が第１及び第２受圧面４７ａ，４７ｂをそれぞれ形成している。上記中子４６側の第２受圧面４７ｂにおける上記弁座４６ｂと対向する位置には、上記チェック弁本体４７の往復動に伴って該弁座４６ｂに対し接離する環状のシール用リブ４７ｃが凸設されている。また、該チェック弁本体４７は、その外周にバネ座４７ｄを有していて、該バネ座４７ｄと上記チェック弁装着孔３９ａの段部３９ｂとの間に設けられた付勢部材としてのコイルバネ４８によって、上記中子４６方向に付勢されており、その付勢力によって、上記シール用リブ４７ｃが上記弁座４６ｂに当接している。
【００５１】
そうすることにより、上記一次側流路孔９ａ側からのパイロットエアの流れに対しては、上記チェック弁本体４７の第２受圧面４７ｂに作用する圧力によって該チェック弁本体４７が軸方向に沿って上記第１開口側に摺動して、上記シール用リブ４７ｃが上記弁座４６ｂから離間することにより、パイロットエアが、上記中子４６のエア導出穴４６ａからチェック弁本体４７の外周面と外筒４１の内周面との間隙を通じて、上記第１開口へと流れることを許容する。逆に、二次側流路孔９ｂ側からの流れに対しては、上記第１受圧面４７ａに作用する圧力によって該チェック弁本体４７が軸方向に沿って上記中子４６側に摺動して、上記シール用リブ４７ｃが上記弁座４６ｂに押し当てられることにより流路が遮断され、一次側流路孔９ａ方向への流れが阻止される。
【００５２】
図９は、本発明に係る酸素濃縮器１の他の実施形態を示している。ここでは説明の重複を避けるため、主として図１に示す酸素濃縮器１と異なる構成部分について説明し、同様の構成部分については図１に示すものと同じ符号を付して説明を省略することとする。
この実施形態においては、給気流路５の本流路５ｃをマニホールドベース３０よりも上流側で第１の分岐流路５ａと第２の分岐流路５ｂとに分岐し、該マニホールドベース３０に、これら各分岐流路５ａ，５ｂを接続するための第１給気ポートＰａと第２給気ポートＰｂが設けられている。
【００５３】
そして、上記第１の給気用バルブ７ａ及び第１の排気用バルブ８ａの電磁式パイロット弁２０に対しパイロットエアを供給する第１のパイロット流路１９が、マニホールドベース３０内において上記第１の分岐流路５ａから分岐されていて、該パイロット流路１９における上記給気用バルブ７ａよりも上流側の位置に、パイロットエアの逆流を阻止する第１のパイロット用チェック弁４０ａが設けられている。
また同様に、上記第２の給気用バルブ７ｂ及び第２の排気用バルブ８ｂの電磁式パイロット弁２０に対しパイロットエアを供給する第２のパイロット流路２９が、マニホールドベース３０内において上記第１の分岐流路５ｂから分岐されていて、該パイロット流路２９における上記給気用バルブ７ｂよりも上流側の位置に、パイロットエアの逆流を阻止する第２のパイロット用チェック弁４０ｂが設けられている。
【００５４】
具体的には、上記マニホールドベース３０内において、上記第１及び第２のパイロット流路１９，２９はそれぞれ、図６，図８に示すものと同様に、上記チェック弁４０ａ，４０ｂを挟んで上流側の一次側流路孔１９ａ，２９ａと下流側の二次側流路孔１９ｂ，２９ｂとにより構成されていて、これらチェック弁４０ａ，４０ｂがそれぞれ、パイロットエアの一次側流路孔１９ａ，２９ａから二次側流路孔１９ｂ，２９ｂへの流れは許容し、二次側流路孔１９ｂ，２９ｂから一次側流路孔１９ａ，２９ａへの流れは遮断している。
そうすることにより、図３に示すように、上記「第１のバルブ開閉パターン」と「第２のバルブ開閉パターン」とを相互に切り換えた直後に、給気圧力の降下に伴ってパイロット圧力も降下してしまうのを防止することができ、必要なパイロット圧力を維持することが可能となる。
【００５５】
以上、本発明に係る酸素濃縮器の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な設計変更が可能である。例えば、図１の実施形態では第２の分岐流路５ｂからパイロット流路９を分岐させているが、第１の分岐流路５ａから分岐させたり、図９の実施形態と同様に、双方の分岐流路５ａ，５ｂからそれぞれ分岐させたりしても良い。また、図１の実施形態において図９の実施形態と同様に、マニホールドベース３０の上流側で本流路５ｃを第１及び第２の分岐流路５ａ，５ｂに分岐しても良い。さらに、図１及び図９の実施形態において、上記パイロット流路９，１９，２９を分岐流路５ａ，５ｂからではなく本流路５ｃから分岐させても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１      酸素濃縮器
２      酸素生成部
３      コンプレッサ（圧縮空気供給源）
４Ａ    第１のシーブベッド
４Ｂ    第２のシーブベッド
５      給気流路
５ａ    第１の分岐流路
５ｂ    第２の分岐流路
５ｃ    本流路
６      排気流路
７ａ      第１の給気用バルブ
７ｂ      第２の給気用バルブ
８ａ      第１の排気用バルブ
８ｂ      第２の排気用バルブ
９，１９，２９    パイロット流路
１０      ダイヤフラム弁
２０      電磁式パイロット弁
３０      マニホールドベース
４０，４０Ａ，４０ａ，４０ｂ      パイロット用チェック弁（チェック弁）
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015136565.tif 000001