(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
睡眠疾患の治療のための持続的陽圧／非侵襲的陽圧喚起（ＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ）装置であって、
送風機（１００；２００；４００）を備え、
前記送風機は、
吸気部（１１８；２１８；４１８）と排気部（１２４；２２０；４４２）との間のガス流路（１１６；２１６；４５４）と、
１つのモータ（１５０；４０２）と、
前記モータ（１５０；４０２）に連絡され、前記モータの回転軸を規定して対向する第１シャフト端及び第２シャフト端を有するシャフト（１５２、４０４）と、
前記第１シャフト端に接続され、第１吸気口（１１８；４１８）を有する第１段インペラー（１１４；２１４；４１４）と、
前記第２シャフト端に接続され、第２吸気口（４２２）を有する第２段インペラー（１１５；２１４；４１４）と
を備え、
前記吸気部から前記排気部へ流れるガスを協同して圧縮すべく、前記第１段インペラー及び前記第２段インペラーが前記吸気部と前記排気部との間に配される持続的陽圧／非侵襲的陽圧喚起（ＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ）装置。
【請求項２】
前記第２吸気口（４２２）は、前記第２シャフト端を囲み、前記第１段インペラーと前記第２段インペラーとの間における前記回転軸に沿った位置にある
請求項１に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項３】
前記送風機は、
前記モータに近接して前記モータを支持し、前記第１段インペラーから前記第２段インペラーまでガスを導く前記ガス流路（１１６；２１６；４５４）を少なくとも部分的に形成するハウジング
をさらに備える請求項１又は２に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、互いに固定される第１ケーシング及び第２のケーシング（４２４、４２６）を有する
請求項３に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項５】
前記ハウジング（４２４、４２６）の内面は、前記ガス流路を少なくとも部分的に形成する
請求項３又は４に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項６】
前記ハウジング（４２４、４２６）の前記内面は、前記モータの静止部分に近接して配され、前記静止部分と前記内面との間に前記ガス流路が形成される
請求項５に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項７】
前記送風機は、
前記ハウジングに配置されたダンピング・スリーブ（４３８、４４０）
をさらに備える請求項３乃至６のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項８】
前記ダンピング・スリーブは、第１の部分及び第２の部分（４３８、４４０）
をさらに備える
請求項７に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項９】
前記ダンピング・スリーブ（４３８、４４０）は、シリコーン、フォームラバー及び／又はポリウレタンから作成される
請求項７又は８に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１０】
前記ガス流路は、前記第１段インペラーから前記第２段インペラーまで螺旋形状を有する
請求項３乃至９のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１１】
前記第１段インペラー及び前記第２段インペラーのそれぞれは、ヒトデ形状を有する
請求項３乃至１０のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１２】
前記第１段インペラーは、前記ハウジングの第１の端に配置される第１ボリュート（１１２；２１２；４０８）の内部を回転するよう配置される
請求項３乃至９のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１３】
前記第１段インペラーに近接する第１端部キャップ（１２０；４１６）と、
前記第２段インペラーに近接する第２端部キャップ（１６２；４２８）と
をさらに備え、
前記ガス流路は、前記第１端部キャップと前記第２端部キャップとの間で少なくとも部分的に形成されている
請求項３乃至１２のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１４】
前記第１端部キャップ（１２０；４１６）は、前記第１段インペラーに至る中央吸気口（１１８；４１８）の形態の前記第１吸気口を有する
請求項１３に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１５】
前記ハウジングは、前記第２段インペラーに実質的に接する流路に沿って前記ガスを導く排気部（１２０；２２０；４４２）を有する
請求項３乃至１４のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１６】
前記第１端部キャップ（１２０；４１６）及び前記モータの静止部分の一部は、第１ボリュートを形成する
請求項１３に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１７】
前記第２段インペラーは、第２ボリュート（１１３；２１３；４２０、４２８）の内部を回転するよう配置される
請求項１６に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１８】
前記第２ボリュートは、前記静止部分に配された起伏を有する板（４２０）と前記第２端部キャップ（４２８）の内面との間に形成される
請求項１７に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項１９】
前記ハウジングはアルミニウムから形成される
請求項３乃至１８のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２０】
前記第１段インペラー及び前記第２段インペラーは、前記ガスが流入する方向から見て同方向に回転する
請求項１乃至１９のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２１】
前記第１段インペラー及び前記第２段インペラーは、前記ガスが流入する方向から見て反対方向に回転する
請求項１乃至１９のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２２】
前記第１段インペラー及び前記第２段インペラーは、ガスを同一方向に導くよう配された複数のブレード（１５８）を有する
請求項１乃至２０のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２３】
前記第１段インペラー及び前記第２段インペラーは、ガスを反対方向に導くように配された複数のブレード（１５８）を有する
請求項１乃至１９、及び請求項２１のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２４】
前記モータ（１５０；４０２）は、希望のＩＰＡＰ（吸気気道陽圧）及びＥＰＡＰ（呼気気道陽圧）の圧力を達成すべく駆動される
請求項１乃至２３のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２５】
マスクとしての患者とのインタフェース
をさらに備える請求項１乃至２４のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２６】
患者の呼吸サイクルにおける吸息フェーズの間に吸気気道陽圧（ＩＰＡＰ）を供給し、患者の呼吸サイクルにおける呼息の間に呼気気道陽圧（ＥＰＡＰ）を供給すべく予め設定されている
請求項１乃至２５のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２７】
前記ＩＰＡＰは前記ＥＰＡＰより大きい
請求項２６に記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２８】
前記送風機は、患者とのインタフェースにおける測定で約１８０Ｌ／ｍｉｎまでの流速でおよそ４ｃｍＨ２Ｏから２８ｃｍＨ２Ｏまでの範囲の圧力を生成する
請求項１乃至２７のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【請求項２９】
前記第１シャフト端及び前記第２シャフト端は、前記モータの対向する側から延伸する
請求項１乃至２８のいずれかに記載のＣＰＡＰ／ＮＩＰＰＶ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、睡眠時無呼吸症（ＯＳＡ）の持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ）治療、気腫などの他の呼吸器疾患及び障害、又は補助通気の適用の中で使用される、人間が呼吸可能なガスを供給する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非侵襲的用圧喚起法（ＮＩＰＰＶ）の形式によるＯＳＡのＣＰＡＰ治療は、導管とマスクを用いて、加圧された、通常は空気である、呼吸可能なガスを、患者の気道に届けることを必要とする。ＣＰＡＰに用いられるガスの圧力は、患者の必要条件に応じて、１８０Ｌ／ｍｉｎ（マスクにおいて測定）までの流量で、４ｃｍ水柱のＨ２Ｏから２８ｃｍ水柱のＨ２Ｏまでの範囲で変化することができる。加圧されたガスは、特に呼吸の吸息相において気道が虚脱することを防ぎ、患者の気道に対して空気式の副木の役割を果たす。
【０００３】
典型的には、患者がＣＰＡＰの間に換気の圧力は、患者の呼吸周期の段階によって変化する。例えば、換気装置は、呼吸の周期における吸息相の間における吸息性の陽性の気道圧力（ＩＰＡＰ）及び呼吸の周期における呼息相の間における呼息性の陽性の気道圧力（ＥＰＡＰ）の２つの圧力を、届けるために予め設定されてもよい。ＣＰＡＰの理想のシステムは、吸息相の初期の段階において、患者に最大の圧力のサポートを供給しつつ、速く、効率的に、そして静かにＩＰＡＰとＥＰＡＰとの間で圧力を切り替えることができるシステムである。
【０００４】
従来のＣＰＡＰシステムでは、患者への供給される空気は、単一のインペラーを有する送風機によって加圧された。インペラーは、回転するインペラーによって加圧されながら、入ったガスが遮られるボリュート、又はハウジング内に囲われる。加圧されたガスは徐々にボリュートから離れて、患者のマスクに移動する。
【０００５】
現在のところ、理想的なＣＰＡＰシステムで要求される２つの異なる圧力、ＩＰＡＰ及びＥＰＡＰを生じるように、送風機及びインペラーを構成することができる２つの共通の方法がある。第１の方法は、一定の高い圧力を生成するためにモータ／インペラーを設定し、次に、必要なＩＰＡＰ及びＥＰＡＰ圧力を達成するために高い圧力を調整するダイバーター・バルブ配置を使用する方法である。第1の方法によるＣＰＡＰシステムは、ダイバータを有する単一速度の二段式システムと呼ばれる。第２の方法は、直接ＩＰＡＰ及びＥＰＡＰの圧力を生成するために、インペラーを駆動するモータを加速する方法である。第２の方法によるＣＰＡＰシステムは、変速の二段式（ｂｉ−ｌｅｖｅｌ）システムと呼ばれる。なお、本出願に対応する米国出願に関して、下記の特許文献及び非特許文献が米国特許商標庁に通知されている。
【特許文献１】
米国特許第４５２３８９６号明細書
【特許文献２】
米国特許第４９４６３４８号明細書
【特許文献３】
米国特許第５１２７８００号明細書
【特許文献４】
米国特許第５８８８０５３号明細書
【特許文献５】
米国特許第６５１４０５３号明細書
【特許文献６】
米国特許出願公開第２００２／００５６４５３号明細書
【特許文献７】
米国特許出願公開第２００３／００８４９００号明細書
【特許文献８】
米国特許出願公開第２００３／０１６８０６４号明細書
【特許文献９】
米国特許出願公開第２００５／０１０３３３９号明細書
【特許文献１０】
独国特許発明第２７５６１２号明細書
【特許文献１１】
独国特許出願公開第３００５０９４号明細書
【特許文献１２】
欧州特許出願公開第１３１８３０７号明細書
【特許文献１３】
国際公開第００／４２３２４号パンフレット
【特許文献１４】
国際公開第９８／３１９３７号パンフレット
【特許文献１５】
国際公開第９８／３３４３３号パンフレット
【特許文献１６】
国際公開第９９／１３９３２号パンフレット
【特許文献１７】
米国特許出願公開第２００５／０２１７６７３号明細書
【特許文献１８】
米国特許第６９１０４８３号明細書
【特許文献１９】
米国特許第６３９７８４１号明細書
【特許文献２０】
米国特許出願公開第２００５／０００５９３７号明細書
【特許文献２１】
米国特許第６６２２７２４号明細書
【特許文献２２】
米国特許第４０３７９９４号明細書
【特許文献２３】
米国特許第６２１６６９１号明細書
【特許文献２４】
米国特許出願公開第２００７／００３６６６２号明細書
【特許文献２５】
米国特許第６８９６４７８号明細書
【特許文献２６】
米国特許第６８３７２６０号明細書
【特許文献２７】
米国特許第６３４９７２４号明細書
【特許文献２８】
米国特許第２９４５６１９号明細書
【特許文献２９】
米国特許第６２５７１７１号明細書
【非特許文献１】
International Search Report for PCT/AU2004/00771, mailed August 23, 2004, 6 pages.
【非特許文献２】
J. H. Emerson Co., Cough Assist, "NON-INVASIVE REMOVAL OF BRONCHIAL SECRETIONS", 2 pages
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
変速二段ＣＰＡＰシステムは多数の特殊な欠点を有する。最初の欠点は、ＩＰＡＰ及びＥＰＡＰの間で急速に切り替えるために、インペラーを急速に加速及び減速させなければならないということである。これは、インペラー、モータ、及びベアリングに過剰な応力を起こさせる。しかしながら、インペラーがゆっくりと加速された場合、圧力の上昇が、不十分に遅くなる可能性がある。そのため、患者が適切な治療を受けることができなくなる可能性がある。
【０００７】
モータ及びインペラーの急速な加速及び減速は、過度の熱の発生及び望ましくない音響雑音の発生を生じる（ここで使用されている「望ましくない」音響雑音という用語は、その音量にかかわらず、過度に大きい音響雑音はもちろん、ユーザをイライラさせる周波数で生じる音響雑音をも指す）。更に、設計技師は、望ましい最適のピーク圧力を達成する方を選んで、最適の圧力及び流動特性を犠牲にする妥協をしばしば強いられる。
【０００８】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる両端送風機及び両端送風機のためのボリュートを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
一つの形態における本発明は、増加した信頼性及び少ない音響雑音を有し、より速い圧力上昇の時間を供給する変速送風機に関する。本発明の送風機は、吸気部及び排気部の間のガス流路、モータ、及びインペラー・アセンブリーを備える。
【００１０】
好ましくは、インペラー・アセンブリは、第１の軸の周囲を回転運動するモータに連絡されたシャフトと、結合、例えば軸に対して動かないように固定された第１及び第２のインペラーとを含む。第１及び第２のインペラーは、吸気部から排気部へと流れるガスを協同して圧縮するために両方のインペラーが吸気部及び排気部との間に配されるように、ガス流路によって互いに流体伝達されるよう配される。
【００１１】
一つの形態では、第１及び第２のインペラーは、吸気部及び排気部との間で直列に配置される。送風機は、ハウジングの一部が各第１及び第２のインペラーの周囲に配されたハウジングを更に備えてもよい。特に、ハウジングは、第１及び第２のボリュートを含み、第１のボリュートは、第１のインペラーの周囲に流れるガスを含み、第２のボリュートは、第２のインペラーの周囲に流れるガスを含んでもよい。吸気部は、第１のボリュート内に配され、排気部は、第２のボリュート内に配されてもよい。
【００１２】
第１及び第２のインペラーは、第１の軸に沿って互いに垂直に間隔をあけられて配されてもよい。特に、第１及び第２のインペラーは、送風機のハウジングの、それぞれ反対側の両端に配されてもよい。
【００１３】
本発明による送風機は、さまざまな構成を有してもよい。一つの形態では、２つのインペラ−が同じ方向に回転するよう設計されてもよい。他の形態では、２つのインペラ−が反対の方向に回転するよう設計されてもよい。
【００１４】
発明の他の形態は、両端部送風機に使用するための平面型移送用渦巻型ボリュートに関する。平面型移送用渦巻型ボリュートは、圧縮された空気を徐々に回転するインペラーから遠ざかる方向へ向ける。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の形態は、以下の好ましい実施形態の詳細な記載中に記載、又は実施形態の詳細な記載から明らかにされる。
【００１６】
ここで図を参照して、図１は、本発明の第１の実施例による両端送風機１００の斜視図である。送風機１００は、各端部に配されたインペラー・ハウジング又はボリュート１１２及び１１３を備えた、一般的に円筒状の形状を有する。従って、送風機１００は、図２の断面斜視図中において最もよく見られる２つのインペラー１１４及び１１５を収容する。
【００１７】
図１及び２を参照して、２つのインペラー１１４及び１１５は、流路１１６によって互いに流動伝達がされるように配される。送風機１００の流路１１６は、第１のボリュート１１２から第２のボリュート１１３へと延長する配管によって構成され、流路１１６の各終端は、曲線を描くように配され、単一の一体構造を形成するために、徐々にボリュート１１２及び１１３に近接する送風機１００の胴体に融合する。流路１１６は、送風機１００の他の部品に一体成型される剛性の配管により構成されてもよく、あるいはフレキシブル配管（例えば金属又はプラスチックのフレキシブルな配管）により構成されてもよい。
【００１８】
送風機１００は、空気、又は他の適当なガスが、第１のボリュート１１２へ直接流れて、第１のボリュート１１２内の回転するインペラー１１４によって引き寄せられることができるように配された単一の吸気部１１８を有する。一旦吸気部１１８に引き寄せられた空気は、徐々にボリュート１１２から出て流路１１６に入る前に、インペラー１１４の運動により循環されて加圧される。流路１１６中では、空気は、第２のボリュート１１３へ移動し、流出導管１２４を通って送風機１００から出る前に、第２のボリュート１１３のインペラー１１５によって更に循環され加圧される。送風機１００中の空気の経路は、図１の中の矢印によって示される。図１に示されるように、送風機１００内では、第１のボリュート１１２からの空気は、流路１１６の比較的直線の部分に沿って移動し、第２のボリュート１１３（図１に図示されない）の直上の吸気空洞を通って第２のボリュート１１３に入る。
【００１９】
インペラー１１４及び１１５が直列より、むしろ並列で機能するよう設計される場合、送風機１００は、各ボリュート１１２、１１３にそれぞれ１つずつ設けられた２つの吸気部１１８を有してもよい。高い流量が要求される低圧ＣＰＡＰ装置内に設置されるのであれば、この型の並列インペラー配置は有効であるかもしれない。しかしながら、低圧ＣＰＡＰ装置中で高い流量を生成する他の手段は、知られている。
【００２０】
流路１１６の設計は、送風機１００の全体的な性能に影響を与えることができる。一般的に、いくつかの設計上の考慮は、本発明による送風機に使用される流路の設計に影響を及ぼす。第１に、流路中の低い流体抵抗が送風機中の２つのボリュート１１２、１１３間の圧力降下を最小限にするので、本発明による送風機中で使用される流路は、低い流体抵抗を提供するために最も有利なように構成される。第２に、インペラー１１５のブレードが設計された方向から空気が第２のボリュート１１３に入るように、流路は最適に構成される（以下に更に詳細に記載されるように、本発明による送風機の２つのインペラーは、同じ又は異なる方向へ回転するように設計されてもよい）。最後に、本発明による送風機のための流路は、簡潔なデザインである点で最も有利である。
【００２１】
上記の設計上の考慮は、ベンドの周囲における圧力降下を最小限にするために長く、大きな曲線を描いて延びるベンドを有する流路において最も具体化される。
【００２２】
更に、ベンドの後の比較的直線の部分により、ボリュートに入る前に、ガスの流れが、より完全に発達するようになることが許容されるので、流路中のベンドの後に比較的直線の部分を有することは有益である。ベンドに続く直線流路部分の適切な長さは、流路の直径の約３倍である。比較的直線な部分は、更に第２のボリュート１１３に入る流れが、多くのインペラーがそのために設計された流れの方位である、軸方向であることを保証する。付加的な流れの形状が望まれる場合、静翼又は他の同様な流れを案内する構造を送風機に加えてもよい。しかし、静翼は、流れのインピーダンス及び圧力降下の点から高価かもしれない。
【００２３】
上記の３つの主な流路の設計上の考慮から見て、比較的直線の部分は、２つのボリュート１１２及び１１３の間において、最短の最も可能な経路のうちの１つなので、図１中に記載された実施形態の流路１１６は、長く、比較的直線の部分を有する。当業者は、流路１１６が全く直線である必要がないことを理解するであろう。
【００２４】
流路１１６及び他の部品の設計を最適化するために、試作品の中で試作品及び気流と圧力の実験の測定値を用いることにより、本発明による送風機は、手動で設計されてもよい。代わりに、送風機は、計算流体力学コンピューター・シミュレーション・プログラムを用いて全体として又は部分的に設計されてもよい。様々な計算流体力学プログラムが知られている。発明による送風機の設計に特に適した計算流体力学プログラムは、ＦＬＯＷＯＲＫＳ（ＮＩＫＡ有限会社、ソットラム（Ｓｏｔｔｒｕｍ）、ドイツ）、ＡＮＳＹＳ／ＦＬＯＴＲＡＮ（アンシス（Ａｎｓｙｓ）社、キャノンズバーグ、ペンシルバニア、アメリカ）及びＣＦＸ（ＡＢＡテクノロジ・エンジニアリング・ソフトウェア社、エルドラド・ヒル、カリフォルニア、アメリカ）を含む。このようなシミュレーション・プログラムは、シミュレートされたガスの流れに対する流路の設計変更による影響を見る能力を、ユーザに与える。
【００２５】
本発明による両端送風機において、２つのボリュート１１２及び１１３、及び流路１１６のために、多くの異なる型の構成が可能である。一般的に、各ボリュートは、短期間、インペラーの周囲のガスを保持して、流路へガスを徐々に流出させることを許容するために設計されている。流路の正確な構成は、各インペラーの周囲における、ボリュート及び回転方向の構成、又は気流の方向を含む多くの要因に依存する。
【００２６】
不適切に設計されたボリュートは、ノイズを発生するかもしれず、望ましい圧力及び流れの特性の生成を妨げるかもしれないので、ボリュートのデザインは、それ自体技術である。ボリュートの設計に伴う、いくつかの変数は、完全にコンピューターにより設計されたボリュートを通常排除するが、上記の計算流体力学コンピュータ・プログラムは、更にボリュートの設計に有用であるかもしれない。
【００２７】
ボリュート１１２及び１１３に関する１つの共通の問題点は、ボリュート１１２及び１１３が、流路１１６中に急激な遷移を与えるかもしれないということである。ボリュート１１２及び１１３と、流路１１６との間の急な遷移は、開口部の周囲に通常枝分かれした経路又は「リップ」を残す。インペラーのブレードが、このリップを通過するときに、翼通過周波数と呼ばれるノイズが発生する。本発明の両端送風機は、翼通過周波数及び他のノイズの発生を減少するために構成されたボリュートを伴う使用に特に適する。
【００２８】
図６は、本発明における送風機用の平面型移送用渦巻型ボリュート３００の斜視図である。ボリュート３００は、任意の従来の送風機装置に使用されてもよい。図６において、ボリュート３００はモータ３０２を内部に備える。ボリュート３００は、２個のボリュート内のインペラーを駆動する１個のモータを備えた両端送風機で使用するようになされてもよい。図示されるように、ボリュート３００は、ボリュート３００を２等分した上側部分３０４及び下側部分３０６を備える。ボリュート３０８の吸気部は、上側部分３０４の中心に位置する。上側部分３０４及び下側部分３０６は、インペラーと共に回転する気体からゆっくりと剥離する気体の進路を確定する。上側部分３０４及び下側部分３０６によって確定された進路上には、従来のボリュートにおいて発生するような急激な「リップ」又は「流れの分岐」が発生せず、したがって、「翼通過周波数」は低減するか、完全に除去される。図６に記載されたボリュート３００は、比較的短くて広幅なモータに特に適している。
【００２９】
もしくは、送風機に取り付けられたモータの寸法に応じて、任意の一般のタイプのボリュートを使用してもよい。他の適するタイプのボリュートは、２０００年７月２１日に出願された米国特許出願公開０９／６００７３８号明細書に開示されている軸方向のボリュートである。それらの内容の全部が、参照によって本出願に組み込まれる。
【００３０】
本発明における両端送風機のための重要な設計要件は、各インペラーのまわりの気流の方向、即ち、「回転方向」である。「回転方向」は、インペラーが回る方向によって決定されてもよい。あるいは、インペラーの個々のブレードやベーンの配向及び配置によって決定されてもよい。例えば、１個のインペラーが時計回りに回転するか、ブレードが気体を時計まわりに回転させるように配向され、他のインペラーが反時計回りに回転するか、ブレードが気体を反時計まわり回転させるように配向されてもよい（「反対方向回転」タイプの両端送風機）。もしくは、両方のインペラーが同じ方向に駆動され得る、「同一方向回転」タイプの両端送風機であってもよい。図１に示された送風機１００は、「反対方向回転」タイプの両端送風機の例である。
【００３１】
「同一方向回転」送風機は、２個のインペラーを同一のものできるので、送風機の部品点数及びコストを削減すると言う点で有利である。しかしながら、それぞれのボリュート内の気流が最適化されるように、２つのインペラーが個別に設計された「同一方向回転」送風機を設計してもよいことに注目するべきである。
【００３２】
「反対方向回転」送風機は、インペラーが取り付けられるシャフトの長さを縮小することを可能にする。シャフトの長さを縮小することによって、高速で回転する長い片持ちシャフトの不安定性に関する問題を低減するので、シャフト自体の安定性を増加させ得る。
【００３３】
図３は、本発明における「同一方向回転」送風機２００を示す。送風機２００は、送風機１００と同様に、２個のボリュート２１２、２１３、流路２１６、吸気部２１８及び排気部２２０を備える。しかしながら、図３に示すように、流路２１６は螺旋形状を有する。即ち、モータ１５０と、送風機２００の吸気部として機能するアーチ型のフランジ１６０の間に配置された吸込空洞に漸次結合される前に、流路２１６は、第１のボリュート２１２から分岐し、送風機２００の周縁部に添いながら下方へ傾斜する。送風機２００を貫流する気流は、図５中の矢印によって示される。
【００３４】
送風機２００の内部構造は、部分断面図である図４に示される。送風機１００及び２００の内部構造は実質的に同様であり、適用可能な範囲については、両方の送風機の構成要素について以下に記載される。図４に示されるように、電動モータ１５０は、送風機２００の中心に設置される。説明を簡単にするために図４には図示されていないが、様々なタイプの公知のブラケット及び取付具が、モータを支持し、送風機２００の内部に固定するために使用されてもよい
【００３５】
モータ１５０は単一のシャフト１５２を駆動する。シャフト１５２は、送風機１００、２００の実質的に全長にわたりその中心に沿って横切り、各端部でインペラー１１４、１１５、２１４に固定される。シャフト１５２は、丸、角、又は鍵状の形状を有するか、もしくは２個のインペラー１１４、１１５、２１４に動力を伝達する形状に成形されていてもよい。インペラー１１４、１１５、２１４及びシャフト１５２の結合は、２つの部品間の締りばめ、溶接、接着剤、又はネジのようなファスナーによってなされてもよい。送風機１００及び２００において、シャフト１５２とインペラー１１４、１１５、２１４の連結は、インペラー１１４、１１５、２１４の中心に形成され、垂直に配向させられた（つまり、シャフト１５２の軸に沿って配向させられた）環状のフランジ１５４によってなされている。図３及び図４では、インペラー１１４と１１５、２１４及びシャフト１５２の連結は、締りばめとして示される。
【００３６】
インペラー１１４、１１５、２１４は、実質的に環状の形状を有する。インペラー１１４、１１５、２１４の中央部１５６は反り曲がった薄い板であり、シャフト１５２からブレード１５８に向かって半径方向に外側に延長し、上向きに反っており、シャフト１５２からブレード１５８に向かって外側に延長するにつれて徐々に下方に湾曲している。各インペラー１１４、１１５、２１４の実際の直径は、単一のインペラーを有する従来の送風機のインペラーの直径より小さくてもよい。送風機の昇圧時間を速くする為には、直径の４乗に比例して変化する慣性モーメントを小さくする必要がある。慣性モーメントは、送風機１００及び２００のインペラー１１４及び２１４の直径は、従来のインペラーの直径より小さいので、インペラー１１４及び２１４は、小さい慣性モーメントを有し、従って昇圧時間を速くすることができる。より小さい慣性モーメントを得るために、直径に加えて、インペラー１１４、２１４の他の設計パラメータを修正してもよい。慣性モーメントを減少させる他の方法は、「ヒトデ形」インペラー製作のためのシュラウドの「扇型」への成形、インターナル・ロータ型モータの使用、及び、より薄い壁断面の成形を可能にし、それによってインペラーのブレードをくり抜き、リブによって補強することを可能にする液晶ポリマーのような材料の使用等の方法を含む。
【００３７】
同一方向回転の両端送風機を示す図４及び図５を参照して、第１のボリュート２１２の頂部は開放され、吸気部１１８を形成する。吸気部１１８において、送風機１００の上面１２０はアーチ形に内側に湾曲しており、インペラー２１４の頂部にリップ１２２を形成する。インペラー中央部１５６の反り曲がった形状と、上面１２０のリップ１２２によって、第１のボリュート２１２内部における送風機内への気体の流入が制限され、運転中の空気漏れを防止する。アーチ形の上面１２０に相似のアーチ形のフランジ１６０が、送風機２００の下側の内部表面から延長し、第２のボリュート２１３の頂部を形成する。起伏がつけられた底板１６２、２６２は、各送風機１００、２００の第２のボリュート１１３、２１３の底部を形成する。送風機１００の底板１６２は中心に穴を備え、流路１１６が進入できるのに対し、送風機２００の底板２６２はそのような穴を備えない。上記のように、アーチ形のフランジ１６０は、送風機２００の第２のボリュート２１３用の吸気部として作用する。一方向から優先的に気体が流入するのでは無く、全ての方向から第２のボリュート２１３に気体が流入するように、送風機２００において、流入した空気を分散させることを補助するために、静翼及び流れ整形部材が、モータ１５０とアーチ形のフランジ１６０との間の空洞へ更に付け加えられてもよい。
【００３８】
図２及び図４から明らかなように、本発明における送風機は、複雑で起伏のつけられた表面を有してもよい。アーチ形の上面１２０及びアーチ形のフランジ１６０の場合のように、そのような起伏は、ガスの流れを方向づけ、ガス漏れを防ぐことのために用いられる。送風機１００、２００を貫流するガスが高濃度の酸素ガスを含んでいる場合、ガス漏れが無いということは特に重要である。高濃度酸素が使用される場合、ガス漏れは安全上の障害を引き起こし得る。更に、各種の安全対策とは別に、ガス漏れは望まれないノイズを引き起こし、送風機の性能を減少させ得る。
【００３９】
本発明における送風機は、複雑で起伏の有る表面を有するので、インベストメント鋳造のような生産方式で製造されることに特に適する。インベストメント鋳造は、比較的高コストではあるが、隠された部分や凹んだ部分を数多く有する単一の部品を製造することができる。それに対し、他の生産方法では、同等の機能を達成するために、多くの部品に分割する設計が必要となり得る。しかしながら、部品点数が多い事は一般に望ましくなく、ガス漏れの可能性を最小限にするために部分の点数は最小限に抑えられることが望ましく、また、部品間の継ぎ目の数も最小に抑えられることが望ましい。
【００４０】
更に、本発明における送風機の材料として数々のものが考慮され得る。インベストメント鋳造においては、金属材料が一般に使用される。しかし、いくつかの金属は特に酸化しやすく、本発明における送風機内では、医療用の品質の酸素ガスを使用する可能性があるので、金属が酸化することは問題となる。送風機１００、２００の特に適切な材料として、アルミニウムがある。鉄鋼材料は高濃度酸素との接触により錆びる可能性があるのに対し、アルミニウムは素早く酸化し、酸化した部分は不浸透性の膜を表面に形成する。使用される材料が金属材料であるにせよ、他の材料であるにせよ、高温による酸素の点火を防ぐために、材料は高い熱伝導率を有し、熱が流路より拡散されることが重要である。
【００４１】
アルミニウムの使用は多くの利点を有するが、送風機の運転中に共鳴するという傾向を有する。したがって、アルミニウム材の振動の強度を減少するために、ダンピング材料がアルミニウム送風機に取り付けられてもよい。
【００４２】
送風機１００及び２００では、希望のＩＰＡＰ及びＥＰＡＰ圧力を得るために、電動モータ１５０は可変速度で駆動される。送風機の両端形の（つまり２段式の）設計は、２つのＩＰＡＰ及びＥＰＡＰ圧力を達成するためのモータ速度の可変範囲を減少することができることを意味する。モータ速度の可変範囲を狭くすることにより、同等の出力及び駆動特性を有する単段の送風機と比べて、圧力応答時間を速くすることができる。更に、速度の可変範囲を狭くすることによって、回転システム部材に加わる応力が低減され、その結果信頼性が向上し、音響雑音が低減する。
【００４３】
送風機１００及び２００の性能は、２個のインペラー／ボリュートの組み合わせの性能の合計から、２個のボリュート１１２及び１１３と、２１２及び２１３との間の流路１１６及び２１６の圧力／流量曲線を除したものとほぼ等しい。数々の公知の理由により、送風機１００、２００の実際の性能は、送風機１００、２００の瞬間流量、及びその他多くの要因にも依存する。一般的に、流量が増加するに従って、流路１１６、２１６中の圧力降下がより顕著になる。
【００４４】
本発明における両端送風機は、従来の送風機と同じ方法でＣＰＡＰ装置に設置されてもよい。典型的に、送風機は、振動を低減するために、スプリング又は他の衝撃を吸収する構造物に取り付けられる。
【００４５】
本発明の更なる実施例が、図７に示される。図７は、本発明における両端送風機４００の分解斜視図である。分解図の中心に位置するモータ及び静翼部分４０２は、本実施形態においてはアルミニウムからのインベストメント鋳造であるが、後述する他の製造方法も可能である。アルミニウムは、良好な熱の伝導体であるので、加速及び減速するモータによって発生する熱の拡散を促進する。シャフト４０４の各端は図７に示されるが、モーター巻線、ベアリング及びカバーは図示されていない。モータの電気コード４０６は、モータ及び静翼部分４０２から突出し、密封されたオリフィス４５０を通って送風機４００から出る。モータ及び静翼部分４０２は、頂部において、上側ボリュート４０８の底部を有する。
【００４６】
図７に示された設計の変形例として、モータ及び静翼部分４０２は、上側ボリュート４０８の底部分と別々に形成されてもよい。２つの部分が別々に形成される場合、インベストメント鋳造の必要性は無い。例えば、モータ本体はダイカストで製造され、上側ボリュート４０８の底部分は射出成形で製造されてもよい。
【００４７】
シャフト４０４が貫通するための穴４１２が設けられた円形の板４１０が、ボルトあるいは他のファスナーによって、モータ及び静翼部分４０２に固定される。インペラー４１４は円形の板の上に休止する。インペラー４１４の慣性モーメントを低減するために、インペラー４１４は、その周囲に沿って扇型に形成され、「ヒトデ」の外観形状を有する。
【００４８】
上部キャップ４１６はインペラー４１４上に固定され、上側ボリュート４０８の頂部を形成する。本実施形態における上側及び下側ボリュートは、図６に示された平面型移送用渦巻型ボリュート３００の変形例である。上部キャップ４１６の中心にある開口４１８は、送風機４００の吸気部として機能する。
【００４９】
送風機４００の底部においては、起伏を有する板４２０が、下側ボリュートの頂部を形成する。起伏を有する板４２０の頂部は隆起しており、穴４２２の方向に向かって、アーチ形かつ下方へ湾曲する。上記のように、起伏を有する板４２０は、一方向から優先的に気体が流入するよりも、むしろ全ての方向からインペラー空洞に気流が流入されることを確実にするために気流を形成することを助ける。起伏を有する板４２０の下側において、下側インペラー４１４が、下部キャップ４２８に隣接して回転する。２個の端部キャップ４１６、４２８は例えばアルミニウム又はマグネシウム合金によりダイカストで製造されてもよいし、適切な金属の射出成形によって成型されてもよい。
【００５０】
上側及び下側ボリュート間の流路４５４は、左側面ケーシング４２４及び右側面ケーシング４２６が統合される部分であり、他の要素はその上に固定される。左側面ケーシング４２４は、更に送風機４００のための排気部４４２を与える。左側面ケーシング４２４及び右側面ケーシング４２６はボルトあるいは他の着脱可能なファスナーによって互いに固定される。側面ケーシング４２４、４２６の上面に、送風機４００をＣＰＡＰ装置の内部のスプリングに載置することを許容する突起４３４、４３６を有する正方形フランジ４３０、４３２が設けられる。図７に示される突起４３４、４３６は異なるサイズ及び形状を有するが、図８及び図９に示される突起４３４は同じ形状を有する。送風機４００が載置されるスプリングの性質及び配置によって、突起４３４、４３６は図示された形状、あるいは他の任意の形状をとり得ることを理解するべきである。
【００５１】
両端送風機４００は２個のダンピング・スリーブ４３８、４４０を更に備える。ダンピング・スリーブ４３８、４４０は、それぞれ左側面ケーシング４２４及び右側面ケーシング４２６の内部の起伏に密着するように、射出成形によって成型されるゴム又はフォームラバー部材である。ある適用例において、ダンピング・スリーブ４３８及び４４０は、急速プロトタイプ・シリコーン鋳型により成形された、４０ＨＳのショアー硬さを有するポリウレタンである。もしくは、ダンピング・スリーブ４３８、４４０は、モータによって発生する高温の状態において安定状態にあるシリコーン又は他のエラストマーであってもよい。
【００５２】
ダンピング・スリーブ４３８、４４０は、送風機４００の３つの主要な目的のために供される。即ち、ダンピング・スリーブ４３８、４４０は、実際の流路４５４を形成し、他の部材間のシールの役割を果たし、他の部分の振動を減衰させる。ダンピング・スリーブ４３８、４４０のゴム又はフォームラバー材料は、凹部の成形（つまりアンダカット）が可能なので、流路４５４に特に適している。ダンピング・スリーブ４３８、４４０の減衰特性は、ダンピング・スリーブ４３８、４４０を備えない場合に発生するアルミニウム部品の共鳴を低減する。
【００５３】
図８は、一方向からの送風機４００の組立斜視図である。組み立てられた排気部４４２が、左側面ケーシング４２４と右側面ケーシング４２６の間に設けられたシーム４４４と同様に、図８に示される。図８と、図８を回転して送風機４００を別の方向から見た斜視図である図９に示されるように、フランジ４４６、４４８は、各側面ケーシング４２４、４２６の端部より横方向に突出し、互いに密着してシーム４４４を形成する。２個の側面ケーシング４２４、４２６は、右側面ケーシング４２６に設けられたフランジ４４６中を貫通し、左側面ケーシング４２４のフランジ４４８中に設けられたネジ穴に装着されるボルト４５２によって互いに締結される。
【００５４】
送風機４００はいくつかの長所を有する。最初に、送風機４００を製造するためにインベストメント鋳造を必要とせず、送風機のコストを減少させる。更に、送風機４００の構成要素は隠された部分や複雑な部分が少ないので、キャスティングを容易に検査及び清掃することができる。最後に、送風機４００の構成要素は２つの側面ケーシング４２４、４２６を用いて、簡単なファスナーによって締結することができるので、送風機４００は、他の実施例よりも組み立てが容易である。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５６】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば高い信頼性及び低い音響ノイズを有する送風機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例による両端送風機の斜視図である。
【図２】図２は、図１の両端送風機の部分的に断面が示された透視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施例による両端送風機の背面透視図である。
【図４】図４は、図３の両端送風機の断面斜視図である。
【図５】図５は、両端送風機を貫通する流れを示した、図３の両端送風機の背面透視図である。
【図６】図６は、本発明による送風機に使用するのに適した平面型移送用渦巻型ボリュートの斜視図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施例による両端送風機の分解斜視図である。
【図８】図８は、一方の側から見た図７の両端送風機の組立斜視図である。
【図９】図９は、他方の側から見た図７の両端送風機の組立斜視図である。
【符号の説明】
１００、２００、４００  送風機、１１２、１１３、２１２、２１３、３００、３０８  ボリュート、１１４、１１５、２１４、４１４  インペラー、１１６、２１６、４５４  流路、１１８、２１８  吸気部、１２０  上面、１２４、２２０  流出導管、１５０、３０２  モータ、３０４  上側部分、３０６  下側部分、２２０  排気部、１６０  フランジ、１５２、４０４  シャフト、１５４  フランジ、１５６  中央部、１５８  ブレード、１２２  リップ、１６２  底板、４０６  電気コード、４０２  静翼部分、４５０  オリフィス、４０８  上側ボリュート、４１２、４２２  穴、４１０  円形の板、４１６  上部キャップ、４２０  起伏を有する板、４２８  下部キャップ、４２４  左側面ケーシング、４２６  右側面ケーシング、４４２  排気部、４３４、４３６  突起、４３０、４３２  正方形フランジ、４３８、４４０  ダンピング・スリーブ、４４４  シーム、４２４、４２６  側面ケーシング、４４６、４４８  フランジ、４５２  ボルト
【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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