(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定める軸線方向に伸縮可能なほぼ筒状のベローズと、
ベローズの軸線方向一端部に連結され、ベローズを囲んで配置され、ベローズの前記一端部を軸線方向に往復駆動する駆動手段と、
ベローズの軸線方向他端部が固定される基体と、
基体に設けられ、外部の空気をベローズの内部空間に導く給気逆止弁と、
基体に設けられ、ベローズの前記内部空間内の空気を患者の吸気として導く吐出逆止弁とを含み、
ベローズの前記一端部に連結される一端部を有し、前記ベローズの前記軸線方向に伸縮可能な呼気用ベローズと、
前記基体に設けられ、外部の空気を呼気用ベローズの内部空間に導く呼気用給気逆止弁と、
前記基体に設けられ、呼気用ベローズの前記内部空間内の空気を、呼気制御用空気として吐出する呼気用吐出逆止弁と、
患者の呼気に、呼気用吐出逆止弁からの呼気制御用空気によって大気圧よりも高い気道圧力を患者に加える呼気弁手段とを含むことを特徴とする人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項２】
予め定める軸線方向に伸縮可能なほぼ筒状のベローズと、
ベローズの軸線方向一端部に連結され、ベローズの内部空間に配置され、ベローズの前記一端部を軸線方向に往復駆動する駆動手段と、
ベローズの軸線方向他端部が固定される基体と、
基体に設けられ、外部の空気をベローズの内部空間に導く給気逆止弁と、
基体に設けられ、ベローズの前記内部空間内の空気を患者の吸気として導く吐出逆止弁とを含み、
ベローズの前記一端部に連結される一端部を有し、前記ベローズの前記軸線方向に伸縮可能な呼気用ベローズと、
前記基体に設けられ、外部の空気を呼気用ベローズの内部空間に導く呼気用給気逆止弁と、
前記基体に設けられ、呼気用ベローズの前記内部空間内の空気を、呼気制御用空気として吐出する呼気用吐出逆止弁と、
患者の呼気に、呼気用吐出逆止弁からの呼気制御用空気によって大気圧よりも高い気道圧力を患者に加える呼気弁手段とを含むことを特徴とする人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項３】
駆動手段は、
ベローズの前記一端部に固定されるコイルと、
コイルの移動領域内で、ベローズの軸線方向に垂直な磁界を発生し、これによってコイルに電磁力を発生する磁界発生手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項４】
ベローズの前記一端部を挿通する案内部材が、基体に立設され、
この案内部材は、ベローズの軸線上に軸線を有し、またはベローズの軸線を含む一仮想平面内でベローズの軸線に平行な軸線を有することを特徴とする請求項１または２記載の人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項５】
前記磁界発生手段とコイルとは対向して設けられ、
前記磁界発生手段とコイルとの対向する面には、摩擦係数の小さい材料から成る案内摺動部材が設けられることを特徴とする請求項２記載の人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項６】
前記磁界発生手段は略円筒状の永久磁石片であって、
永久磁石片は周方向に分割されていることを特徴とする請求項２〜４のうちの１つに記載の人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項７】
ベローズの軸線方向の速度を検出する速度検出手段と、
速度検出手段の出力に応答し、検出される速度が高くなるにつれて、駆動手段の駆動力を減少させる駆動制御手段とを含むことを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の人工呼吸器用空気ポンプ。
【請求項８】
ベローズの軸線方向の位置を検出する位置検出手段と、
ベローズの軸線方向の位置に対応した前記軸線方向のばね力を打消すように駆動手段の駆動力を発生する駆動制御手段とを含むことを特徴とする請求項１〜６のうちの１つに記載の人工呼吸器用空気ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、患者の肺の換気機能を支援するための人工呼吸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような患者のための人工呼吸装置は、病院での使用は言うまでもなく、在宅介護を行うためにも、必要になっている。典型的な先行技術は特許２７１４２８８に開示される。この先行技術では、シリンダ内で変位可能に設けられたピストンを往復駆動するリニア駆動モータを、ピストンに関してシリンダヘッドとは反対側に配置して構成される。したがってこのような先行技術では、全体が長くなり、大形化するという問題がある。特に在宅介護で用いられる人工呼吸装置は、小形化が要求される。
【０００３】
さらにこの先行技術では、シリンダの軸線とピストンの軸線とが一直線上に存在している状態でピストンが円滑に変位されなければならず、さもなければ患者の吸気を円滑に供給することができず、この目的を達成するためにピストンはシリンダの内周面に比較的長い距離を有して案内される。このことによってもまた全体の構成が長くなり、大形化するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、構成の小形化を図ることができるようにした人工呼吸装置を提供することである。
【０００５】
本発明の他の目的は、患者に吸気を安定して円滑に供給することができるようにした人工呼吸装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め定める軸線方向に伸縮可能なほぼ筒状のベローズと、
ベローズの軸線方向一端部に連結され、ベローズを囲んで配置され、ベローズの前記一端部を軸線方向に往復駆動する駆動手段と、
ベローズの軸線方向他端部が固定される基体と、
基体に設けられ、外部の空気をベローズの内部空間に導く給気逆止弁と、
基体に設けられ、ベローズの前記内部空間内の空気を患者の吸気として導く吐出逆止弁とを含み、
ベローズの前記一端部に連結される一端部を有し、前記ベローズの前記軸線方向に伸縮可能な呼気用ベローズと、
前記基体に設けられ、外部の空気を呼気用ベローズの内部空間に導く呼気用給気逆止弁と、
前記基体に設けられ、呼気用ベローズの前記内部空間内の空気を、呼気制御用空気として吐出する呼気用吐出逆止弁と、
患者の呼気に、呼気用吐出逆止弁からの呼気制御用空気によって大気圧よりも高い気道圧力を患者に加える呼気弁手段とを含むことを特徴とする人工呼吸器用空気ポンプである。
【０００７】
本発明に従えば、ほぼ筒状のベローズを、そのベローズを外方で囲む駆動手段によって、ベローズの軸線方向に往復駆動し、給気逆止弁と吐出逆止弁との働きによって患者に肺の換気機能を支援する空気を、吸気として供給することができる。
【０００８】
駆動手段は、上述のようにベローズを外方で囲む構成を有するので、ベローズと駆動手段とを組合わせたアセンブリの全体の構成を比較的短くすることができ、小形化が可能である。このような構成は、後述の図１に示される。
【０００９】
またベローズと駆動手段とを組合わせたアセンブリの構成を短くすることができるので、駆動手段によって駆動されるベローズの軸線方向に垂直な芯ずれを生じることが抑制される。これによってベローズは駆動手段によってその軸線方向に円滑に伸縮駆動されることができるようになる。
また後述の図４に示されるように、吸気を患者に供給するベローズに、呼気用ベローズを連結し、この呼気用ベローズによって供給される空気を利用して呼気弁手段によって患者の呼気に与えられる気道圧力を、大気圧よりもわずかに高い圧力とし、適切な呼気を得ることができる。患者に前記ベローズから吸気が供給される気管では、呼気用ベローズ内に外部の空気が吸入され、患者の呼気が患者から排出されるとき、前記ベローズが駆動手段によって伸長され、このとき呼気用ベローズが収縮し、呼気用ベローズから呼気制御用空気が供給されて呼気弁手段によって呼気が大気圧よりも高い気道圧力となるように圧力制御を行うことができる。
【００１０】
また本発明は、予め定める軸線方向に伸縮可能なほぼ筒状のベローズと、
ベローズの軸線方向一端部に連結され、ベローズの内部空間に配置され、ベローズの前記一端部を軸線方向に往復駆動する駆動手段と、
ベローズの軸線方向他端部が固定される基体と、
基体に設けられ、外部の空気をベローズの内部空間に導く給気逆止弁と、
基体に設けられ、ベローズの前記内部空間内の空気を患者の吸気として導く吐出逆止弁とを含み、
ベローズの前記一端部に連結される一端部を有し、前記ベローズの前記軸線方向に伸縮可能な呼気用ベローズと、
前記基体に設けられ、外部の空気を呼気用ベローズの内部空間に導く呼気用給気逆止弁と、
前記基体に設けられ、呼気用ベローズの前記内部空間内の空気を、呼気制御用空気として吐出する呼気用吐出逆止弁と、
患者の呼気に、呼気用吐出逆止弁からの呼気制御用空気によって大気圧よりも高い気道圧力を患者に加える呼気弁手段とを含むことを特徴とする人工呼吸器用空気ポンプである。
【００１１】
本発明に従えば、後述の図３に示されるように、駆動手段はベローズの内部空間に配置されており、したがってベローズと駆動手段とを組合わせたアセンブリの全体を、短く構成し、このことによってもまた小形化が可能である。
【００１３】
また、後述の図４に示されるように、吸気を患者に供給するベローズに、呼気用ベローズを連結し、この呼気用ベローズによって供給される空気を利用して呼気弁手段によって患者の呼気に与えられる気道圧力を、大気圧よりもわずかに高い圧力とし、適切な呼気を得ることができる。患者に前記ベローズから吸気が供給される気管では、呼気用ベローズ内に外部の空気が吸入され、患者の呼気が患者から排出されるとき、前記ベローズが駆動手段によって伸長され、このとき呼気用ベローズが収縮し、呼気用ベローズから呼気制御用空気が供給されて呼気弁手段によって呼気が大気圧よりも高い気道圧力となるように圧力制御を行うことができる。
【００１６】
また本発明は、駆動手段は、
ベローズの前記一端部に固定されるコイルと、
コイルの移動領域内で、ベローズの軸線方向に垂直な磁界を発生し、これによってコイルに電磁力を発生する磁界発生手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、駆動手段は、磁界発生手段によって形成された直流磁界内で、コイルに流れる駆動電流に対応した電磁力が得られ、これによってベローズの前記一端部を、正確に変位駆動して、希望する正確な圧力の空気を吸気として供給することができる。このコイルに作用する電磁力は、フレミング左手の法則に従う。
【００１８】
また本発明は、ベローズの前記一端部を挿通する案内部材が、基体に立設され、
この案内部材は、ベローズの軸線上に軸線を有し、またはベローズの軸線を含む一仮想平面内でベローズの軸線に平行な軸線を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、ベローズが案内部材に沿って変位し、芯ずれを生じることが防がれ、こうして案内部材によってベローズがその軸線方向に円滑に変位することが可能である。
【００２０】
また本発明は、前記磁界発生手段とコイルとは対向して設けられ、
前記磁界発生手段とコイルとの対向する面には、摩擦係数の小さい材料から成る案内摺動部材が設けられることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、磁界発生手段とコイルとの対向する面には、案内摺動部材が設けられ、案内摺動部材は摩擦係数の小さい材料から成るので、コイルの芯ずれの発生を防止することができ、さらにコイルを円滑に変位させることができる。
【００２２】
また本発明は、前記磁界発生手段は略円筒状の永久磁石片であって、
永久磁石片は周方向に分割されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、永久磁石片が周方向に分割されているので、永久磁石片の半径方向に空気通路が形成される。これによって、空気の出入が可能となり、コイルの発熱による温度上昇を抑制することができる。
【００２４】
また本発明は、ベローズの軸線方向の速度を検出する速度検出手段と、
速度検出手段の出力に応答し、検出される速度が高くなるにつれて、駆動手段の駆動力を減少させる駆動制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、図１６および図１７に関連して後述されるように、速度検出手段によってベローズの軸線方向の速度を検出し、こうして検出された速度が高いときに、駆動制御手段による駆動手段の駆動力を減少し、これによってベローズの高速度変位時にベローズが自励振動を生じることを防ぐ。これによってベローズを含む可動部分の構成要素によって構成される発振系の安定化を図り、ベローズの軸線方向の変位の速度を、予め定める値に正確に追従させることができるようになる。
【００２６】
速度検出手段は、ベローズの軸線方向の位置を検出する位置検出器と、その位置検出器の出力の時間変化率を演算する演算器とを含む構成によって実現されてもよいけれども、本発明の実施の他の形態では、ベローズの速度を直接に検出する構成であってもよく、そのほかの構成であってもよい。
【００２７】
また本発明は、ベローズの軸線方向の位置を検出する位置検出手段と、
ベローズの軸線方向の位置に対応した前記軸線方向のばね力を打消すように駆動手段の駆動力を発生する駆動制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、図１８および図１９に関連して後述されるように、ベローズの有しているばね定数がほぼ零となるように、位置検出手段によって検出したベローズの軸線方向の位置に対応してベローズが発生するばね力を打消すように駆動手段の駆動力を調整して制御する。こうしてベローズの見かけのばね定数が零となり、こうして高速度の応答性で、駆動手段によってベローズの変位駆動を行うことができるようになる。位置検出手段は、ベローズの軸線方向の位置を検出する構成を有していてもよいけれども、ベローズの軸線方向の速度または加速度を検出する検出器と、その検出器の出力を時間に関して積分してベローズの位置を演算する演算器とを含む構成によって実現されてもよい。
【００２９】
また、見かけのばね定数は、零以外の予め定める値となるように、駆動手段の駆動力を、駆動制御手段によって発生するように構成してもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である人工呼吸器用空気ポンプ２の構成を簡略化して示す断面図である。この図１に示される人工呼吸器用空気ポンプ（以後、空気ポンプと略称する）２からの空気は、予め定める圧力で患者に吸気として供給される。
【００３１】
図２は、図１に示される空気ポンプ２を含む人工呼吸器１の全体の構成を示す系統図である。空気ポンプ２には、外部の空気が入口３から吸入され、管路４から管路５を経て矢符６で示されるように吸気が患者に供給される。患者の呼気は、矢符７で示されるように管路５に排出され、管路８から呼気弁手段９を経て大気放散される。
【００３２】
空気ポンプ２において、ほぼ直円筒状のベローズ１１は、軸線１２方向（図１の左右方向）に伸縮可能である。ベローズ１１は、たとえばゴムまたは合成樹脂などの材料から成り、可撓性を有する。ベローズ１１は、蛇腹状であり、その断面はジグザグに形成される。ベローズ１１の軸線方向一端部には、剛性の端板１３が固定される。ベローズ１１の軸線方向他端部は、固定位置に設けられる基体１４の基部１４ａに固定される。基体１４は、基部１４ａと後述の連結部材５５とを含んで構成される。外部からの空気の入口３とベローズ１１の内部空間１５との間には、給気逆止弁１６が介在される。この給気逆止弁１６は、弁座１７に着座し、また離間する弁体１８と、弁体１８を弁座１７に向けてばね力を与えるばね１９とを含む。基体１４の基部１４ａにはまた、吐出逆止弁２１が設けられる。この吐出逆止弁２１は、基部１４ａに形成された弁座２２とその弁座２２に着座することができる弁体２３と、弁体２３を弁座２２に向けてばね力を与えるばね２４とを含む。
【００３３】
ベローズ１１を伸縮駆動するために、駆動手段２６が設けられる。この駆動手段２６は、ベローズ１１の前記一端部の端板１３に取付部材２７を介して固定されるコイル２８と、このコイル２８に、ベローズ１１の軸線１２方向の移動範囲内で直流磁界を与える磁界発生手段である永久磁石片２９とを含む。コイル２８は、軸線１２と同一軸線を有する環状体であり、この実施の形態ではたとえば直円筒状に形成される。永久磁石片２９は、一方の磁極（たとえばＮ）を有する磁石部材３１と、他方の磁極（たとえばＳ）を有するもう１つの磁石部材３２と、これらの磁石部材３１，３２の前記軸線１２方向の一端部で連結する強磁性材料から成る連結片３３とを含む。磁石部材３１，３２は、直円筒状であり、磁石部材３１が磁石部材３２の半径方向外方に間隔をあけて同心円状に配置される。これらの磁石部材３１，３２間の空間３４には、半径方向に、均一な直流磁界が形成される。この磁界内に、コイル２８が存在する。したがって、コイル２８に直流電流が供給されることによって、コイル２８および端板１３には、軸線１２の方向の電磁力が、フレミング左手の法則に従って発生し、こうしてベローズ１１は、軸線１２方向の前後に往復駆動される。コイル２８および磁石部材３１，３２は、軸線１２を共通の軸線とする。
【００３４】
基体１４の基部１４ａには、直円柱状の案内部材３５の基端部が固定される。この案内部材３５は、端板１３を挿通し、軸線方向外方（図１の右方）に突出する。端板１３には、案内部材３５の外周面に低摩擦力で接触する軸受３７が設けられる。軸受３７は、アキシャルベアリングであり、端板１３を案内部材３５に沿って軸線１２の方向に案内する。案内部材３５は、前述の軸線１２と同一軸線を有する。これによってベローズ１１は、軸線１２の垂直な半径方向の芯ずれを生じることなく、ベローズ１１が円滑に伸縮変位することができるようになる。したがって、コイル２８と磁石部材３１，３２との接触を防止することができる。端板１３には、帽状のカバー３８が固定され、案内部材３５の遊端部３９を均一に覆う。
【００３５】
基体１４の基部１４ａには、端板１３の位置、すなわちベローズ１１の前記一端部の軸線１２に沿う位置を検出する位置検出器４１が設けられる。この位置検出器４１は、たとえば端板１３に固定された強磁性材料から成る可動片と、基部１４ａに連結部材５５を介して固定されるコイルとを含む差動トランスなどによって実現されてもよく、そのほかの構成によって実現されてもよい。
【００３６】
駆動手段２６のコイル２８には、図２に示される駆動制御手段４３から励磁電力が供給され、これによってコイル２８に電磁力が発生し、ベローズ１１の駆動力が得られる。この駆動力は、設定回路４４によって調整自在に設定することができる。コイル２８に励磁電流が与えられることによって、ベローズ１１は図１の縮小位置から、カバー３８の参照符４５で示される伸長位置まで変位することができ、またその逆方向に変位することができる。
【００３７】
患者が肺の換気機能を行うとき、吸気は、ベローズ１１の内部空間１５内の空気が、吐出逆止弁２１を経て管路４，５から矢符６で示されるように供給される。駆動手段２６のコイル２８に与えられる電流を、駆動制御手段４３によって適切に定めることによって、吸気の圧力を適切に設定することができる。患者の呼気が管路５，８を経て呼気弁手段９から大気放散されるとき、駆動手段２６は、駆動制御手段４３によって制御され、ベローズ１１が図１の右方に伸長される。これによって外部の空気は、入口３から給気逆止弁１６を経てベローズ１１の内部空間１５に吸入される。こうして患者の吸気と呼気との各期間に一致するようにして、空気ポンプ２から空気が間欠的に供給されることになる。
【００３８】
上述の実施の形態では案内部材３５は、ベローズ１１の軸線１２と同軸に配置されているけれども、本発明の実施の他の形態では、ベローズ１１の軸線１２を含む図１の紙面内である一仮想平面内で、軸線１２に平行な軸線を有する１または複数の案内部材３５が、端板１３を挿通して設けられるように構成されてもよい。また永久磁石片２９は、磁界発生手段を構成し、直流電力によって励磁される電磁石によって実現されてもよい。
【００３９】
図３は、本発明の実施の他の形態である空気ポンプ４６の断面図である。この空気ポンプ４６は、前述の図１に示される空気ポンプ２に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。特にこの実施の形態では、駆動手段４７は、ベローズ１１の内部空間１５内に設けられる。この駆動手段４７は、前述の駆動手段２６と同様な構成を有し、軸線１２と同一軸線を有する。このような構成によれば、空気ポンプ４６をさらに小形化することができる。
【００４０】
図４は、本発明の実施のさらに他の形態である空気ポンプ５０の断面図である。この実施の形態は、前述の図１に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態ではベローズ１１の端板１３にさらに、呼気制御用空気源５１が設けられる。
【００４１】
この呼気制御用空気源５１の管路５２から供給される呼気制御用空気は、前述の図２に示される呼気弁手段９に与えられ、患者の呼気に、大気圧よりも高い気道圧力を加える働きをする。呼気制御用空気源５１は、前述の空気ポンプ２と類似の構成を有し、呼気用ベローズ５３と基部４ｂとを備える。この呼気用ベローズ５３は、ほぼ直円筒状に構成され、その軸線５４方向の一端部は、端板１３に連結される。ベローズ５３の他端部は、基部１４ｂに固定される。この基部１４ｂは、連結部材５５ａによって、前述の基部１４ａに固定される。こうして基部１４ａ，１４ｂ，連結部材５５ａは、一体的に構成されて基体１１０を形成する。基体１１０の基部１４ｂには、給気逆止弁５７と吐出逆止弁５８とが設けられる。給気逆止弁５７は、基部１４ｂに形成された弁座６１に着座することができる弁体６２と、その弁体６２を弁座６１に向けてばね力を与えるばね６３とを含む。吐出逆止弁５８は、基部１４ｂに形成された弁座６４と、この弁座６４に着座することができる弁体６５と、弁体６５を弁座６４に向けてばね力を与えるばね６６とを含む。
【００４２】
図５は、図４に示される空気ポンプ５０の動作を説明するための図である。図５（１）は患者の吸気と呼気の肺の換気機能を示す図である。図５（２）は基部１４ａの給気逆止弁１６と基部１４ｂの吐出逆止弁５８との開閉動作を示す図である。さらに図５（３）は基部１４ａの吐出逆止弁２１と基部１４ｂの給気逆止弁５７との開閉動作を示す図である。図５（４）は、呼気弁手段９の開閉動作を示す図である。吐出逆止弁２１から管路４を経て吸気が供給される時刻ｔ１〜ｔ２では、ベローズ１１は縮小し、このとき呼気制御用空気源５１のベローズ５３は伸長し、したがってそのベローズ５３の内部空間６８には、給気逆止弁５７を介して外部の空気が導入される。患者の呼気の時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、ベローズ１１が伸長され、このときベローズ５３が縮小され、ベローズ５３の内部空間６８内の空気は、吐出逆止弁５８から管路５２を経て呼気弁手段９に与えられ、これによって患者には、大気圧よりも高い気道圧力、いわゆる呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）が加えられる。
【００４３】
図６は、本発明の実施の他の形態である空気ポンプ７１の簡略化した断面図である。この実施の形態は前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、ベローズ１１の端板１３は、連結接続部材７２を介して、このベローズ１１の軸線１２の延長線上に配置された駆動手段２６のコイル２８に連結される。ベローズ１１を軸線１２に沿って芯ずれを生じることなく伸縮変位するために、１または複数（この実施の形態では２）の案内部材３５が設けられる。そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。このような実施の形態によってもまた、ベローズ１１を軸線１２に沿って円滑に変位して駆動手段２６によって駆動することができる。
【００４４】
図７は、本発明の実施の他の形態の断面図である。この実施の形態は、前述の図１〜図６に示される実施の形態、特に図６の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。ベローズ１１の軸線１２の延長線上に、駆動手段２６が配置される。
【００４５】
図８は、図７に示される空気ポンプ７１のベローズ１１の一部拡大断面図である。ベローズ１１は、薄いゴムまたは合成樹脂などの材料から成る円筒状の膜７３と、この膜７３の内周面に形成された無端環状のリング７４と、膜７３の外周面に配置されるリング７４よりも小径のリング７５とが、軸線１２方向に交互に間隔をあけて配置して構成される。この結果、ベローズ内の圧力が大きく正圧または負圧になってもベローズ１１の断面積の変化を最小に保つことができる。こうしてベローズ１１には、軸線１２方向のばね力を生じないようにし、したがってばね定数をほぼ零とすることができる。これによって駆動手段２６によって吸気に正確な圧力を与えることができるようになり、ベローズ１１のばね力によって吸気圧力に誤差が生じることがなく、正確な吸気圧力を達成することができる。
【００４６】
図９は、本発明の実施の他の形態のベローズ１１の一部の断面図である。この実施の形態は、前述の図７および図８に示される実施の形態に類似する。注目すべきはこの実施の形態では、円筒状薄膜７３には、リング７４，７５が埋設して成形されて構成される。また、円筒状薄膜７３、リング７４，７５は一体化されたものでもよい。これによってリング７４，７５の位置が、膜７３から軸線１２方向にずれる恐れがない。
【００４７】
図１０は、本発明の実施の他の形態の空気ポンプ７６の断面図である。この空気ポンプ７６は、前述の図１〜図９の実施の形態に類似し、特に図６〜図９の実施の形態に類似する。注目すべきはこの実施の形態では、ベローズ７７は、軸線１２方向に厚みが変化されて構成される。
【００４８】
図１１は、図１０に示されるベローズ７７の一部の拡大断面図である。ベローズ７７は、可撓性を有する環状の膜部分７８，７９と、これらの膜部分７８，７９間に連なる剛性の中空円錐台部８１，８２とを含む。さらにベローズ７７は、基体１４に連なる剛性の筒部８３と、端板１３に連なる筒部８４とを含む。このような構成を有するベローズ７７によってもまた、吸気の圧送を実現することができる。
【００４９】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態の空気ポンプ８７の断面図である。この実施の形態では、基体１１１に形成された凹所が内部空間１５とされ、環状の可撓性部分８８が剛性のリング８８ａと端板１３との間に介在されてダイヤフラム８９が構成される。そのほかの実施の形態は、前述の実施の形態と同様である。
【００５０】
図１３は、本発明の実施のさらに他の形態の空気ポンプ９１の断面図である。この実施の形態は、特に図６〜図１２の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。基体６０に固定された筒部９２と軸線方向に交互に配置された大径筒部９３と小径筒部９４との間に、可撓性を有する筒状膜９５が介在して固定され、こうしてベローズ９６が構成される。
【００５１】
図１４は、図１３に示されるベローズ９６の一部の拡大断面図である。ベローズ９６は、筒部９２〜９４と筒状の膜９５とが個別的に構成されて連結されてもよく、または立体的に成形されて構成されてもよい。
【００５２】
図１５は、本発明の実施の他の形態のベローズ１１の軸線に垂直な断面図である。図１に示されるベローズ１１は、円形の軸直角断面を有するけれども、本発明の実施の他の形態では、図１５（１）に示されるように正方形または長方形などの矩形であってもよく、図１５（２）に示されるように楕円形または卵形であってもよく、さらに図１５（３）に示されるように六角形およびその他の多角形であってもよく、本発明の実施のさらに他の形態では、他の断面形状を有していてもよい。
【００５３】
図１６は、図２に示される駆動制御回路４３の具体的な電気的構成を示すブロック図である。設定回路４４からは、駆動手段２６によってコイル２８、すなわちベローズ１１に与えられる駆動力に対応する電圧が与えられ、駆動制御手段４３の加算回路１０１に与えられる。ベローズ１１の軸線１２方向の位置を検出する位置検出器４１の出力は、演算器１０２に与えられ、ベローズ１１の軸線１２方向の時間変化率が演算して求められ、こうしてベローズ１１の速度を表す信号が、関数発生回路１０３に与えられる。
【００５４】
図１７は、図１６に示される関数発生回路１０３の特性を示す図である。演算器１０２から与えられるベローズ１１の速度を表す信号が増大するにつれて、加算器１０１に与えられる出力電圧が、たとえば１次関数で増大される。これによってベローズ１１の高速度時における自励振動を抑制し、その速度を、設定回路４４で設定した正確な速度にもたらすことができ、ベローズ１１、端板１３、取付部材２７およびコイル２８等の移動する構成要素の発振系の安定化を図ることができるようになる。
【００５５】
加算回路１０１の出力は、増幅器１０４によって増幅され、コイル２８に励磁電流が与えられ、コイル２８が駆動される。
【００５６】
図１８は、本発明の実施のさらに他の形態の駆動制御手段４３の具体的な電気的構成を示すブロック図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似する。特にこの実施の形態では、関数発生回路１０６は、位置検出器４１の出力に応答し、ベローズ１１の軸線１２に沿う伸縮の位置に対応した不所望なばね力を打消すための信号を導出して加算回路１０１に与える。
【００５７】
図１９は、関数発生回路１０６の特性を示す図である。位置検出器４１から与えられるベローズ１１の軸線１２に沿う位置に対応して、関数発生回路１０６は、ベローズ１１が有する位置に対応するばね力を打消す力をコイル２８に与えるための出力電圧を、導出して加算回路１０１に与える。こうしてベローズ１１が有するばね力を常に零とし、したがってベローズ１１のばね定数を零とし、たとえば非線形のばね定数を有するベローズ１１のばね定数を、見かけ上、零とすることができ、または希望する一定の値に設定することができる。したがってベローズ１１を駆動手段２６によって高い応答速度で制御することができるようになる。
【００５８】
図２０は本発明の実施のさらに他の形態である空気ポンプ１１３の構成を簡略化して示す断面図であり、図２１は図２０の切断面線ＸＸＩ−ＸＸＩから見た断面図である。空気ポンプ１１３は図１に示す空気ポンプ２に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付し説明を省略する。
【００５９】
注目すべきは、空気ポンプ１１３では永久磁石片２９の磁石部材３２の外周面およびコイル２８の内周面に案内摺動部材１１４が設けられ、図１に示す空気ポンプ２の案内部材３５、軸受３７およびカバー３８が省略されている点である。
【００６０】
さらに詳しく述べると、磁石部材３２の外周面には、被覆によって実現される膜状部材１１４ａが設けられ、コイル２８の内周面にはベローズ１１の軸線１２方向に延びる棒状部材１１４ｂが周方向に等間隔をあけて複数（３以上本実施の形態では４）設けられる。棒状部材１１４ｂの軸線に垂直な断面形状は略台形である。棒状部材１１４ｂは、たとえば接着剤によって固定される。膜状部材１１４ａおよび棒状部材１１４ｂは案内摺動部材１１４を構成する。案内摺動部材１１４は摩擦係数の小さい材料、たとえばテトラフルオロエチレン樹脂（商品名テフロン）からなる。膜状部材１１４ａおよび棒状部材１１４ｂの半径方向厚さはコイル２８が前記空間３４の中心に存在するように配置される。
【００６１】
これによってコイル２８は、偏心することなく円滑にベローズ１１の軸線１２方向に往復変位駆動することができ、コイル２８には変動の少ない電磁力が安定して発生する。また摺動部分の摩擦係数が小さいので、ベローズ１１を応答性よく往復変位駆動することができる。本実施の形態のその他の構成は、図１に示す空気ポンプ２の構成と同一である。
【００６２】
本実施の形態では、案内摺動部材１１４が磁石部材３２の外周面およびコイル２８の内周面に設けられているけれども、案内摺動部材１１４は永久磁石片２９とコイル２８との対向する面に設けられればよい。したがって、案内摺動部材１１４を磁石部材３１の内周面およびコイル２８の外周面に同様にして設けるように構成してもよい。また、磁石部材３１または磁石部材３２に膜状部材１１４ａが設けられ、コイル２８に棒状部材１１４ｂが設けられるように構成されているけれども、磁石部材３１または磁石部材３２に棒状部材１１４ｂを設け、コイル２８に膜状部材１１４ａを設けるように構成してもよい。また、案内摺動部材１１４を構成する膜状部材１１４ａおよび棒状部材１１４ｂは２つ１組として設けられているけれども、それらのいずれか一方を前記対向面である磁石部材３１の内周面、磁石部材３２の外周面、コイル２８の内周面および外周面のいずれか１面にのみ設けるように構成してもよい。また棒状部材１１４ｂに代わって、円筒状の部材を設けるように構成してもよい。また、本実施の形態の案内摺動部材１１４を図１に示す実施の形態ばかりでなく、図３，４，６〜１５に示す実施の形態に対しても同様に適用してもよい。
【００６３】
図２２は、本発明の実施のさらに他の形態である空気ポンプ１１８の構成を簡略化して示す断面図であり、図２３は図２２の切断面線ＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩから見た断面図である。空気ポンプ１１８は、図２０に示す空気ポンプ１１３に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、磁界を発生する永久磁石片１１９の磁石部材１２０，１２１が周方向にそれぞれ分割されている点である。磁石部材１２０，１２１は、複数（本実施の形態では４）の分割片１２０ａ〜１２０ｄ，１２１ａ〜１２１ｄをそれぞれ含み、各分割片は周方向に間隔をあけて設けられる。磁石部材１２０，１２１の全体形状はともに大略的に円筒形であり、磁石部材１２０は磁石部材１２１の半径方向外方に間隔をあけて同心円状に配置される。磁石部材１２０，１２１は、ベローズ１１の軸線１２の一端部で連結片３３を介して連結される。
【００６４】
このように、磁石部材１２０，１２１がともに分割され、かつ分割片１２０ａ〜１２０ｄ，１２１ａ〜１２１ｄが相互に周方向に間隔をあけて配置されているので、磁石部材１２０，１２１の半径方向に空気通路が形成される。これによって、図２３に示すように矢符１２２方向への空気の出入が可能となり、コイル２８の発熱による温度上昇を抑制することができる。
【００６５】
本実施の形態のその他の構成は、図２０に示す空気ポンプ１１３の構成と同一である。また、本実施の形態の永久磁石片１１９を図２０に示す実施の形態ばかりでなく、図１，３，４，６〜１５に示す実施の形態に対して同様に適用してもよい。
【００６６】
本発明の実施の他の形態では、駆動手段２６は、たとえばリニアモータおよびトルクモータなどによって、またはそのほかの構成によってベローズ１１を伸縮駆動する構成を有してもよい。図１６〜図１９の駆動制御手段４３は、図３〜図１５および図２０〜図２３の各実施の形態に関連してもまた実施することができる。図７〜図１５に関連して述べたベローズの各構成は、呼気制御用空気ポンプ５１に関連してもまた同様に実施することができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１，２の本発明によれば、ベローズの外方または内方に、そのベローズを軸線方向に駆動する駆動手段が設けられ、これによってベローズと駆動手段とを組合わせたアセンブリをできるだけ短くすることができ、構成を小形化することができる。このことは特に在宅介護を行う人工呼吸装置において重要なことであり、取扱いが容易になる。
【００６８】
また、患者に吸気を供給するベローズには、患者の呼気に大気圧よりも高い気道圧力を与える呼気制御用空気を発生する呼気用ベローズが連結され、これによって駆動手段は呼気制御用空気を得るためにもまた、用いられ、構成の簡略化が図られる。
【００７０】
請求項３の本発明によれば、ベローズに固定されたコイルに、磁界発生手段によって得られる磁界中で電磁力が作用し、こうしてコイルに供給される電流によってベローズでの駆動力を制御することができるようになり、ベローズの駆動制御が正確であり、容易に可能になる。
【００７１】
請求項４の本発明によれば、ベローズはその軸線方向に、案内部材によって案内され、これによってベローズがその軸線方向に垂直に芯ずれを生じることが防がれ、円滑に変位される。これによって患者に呼気を円滑に安定して供給することができるようになる。
【００７２】
請求項５の本発明によれば、磁界発生手段とコイルとの対向する面には、案内摺動部材が設けられ、案内摺動部材は摩擦係数の小さい材料から成るので、コイルの芯ずれの発生を防止することができ、さらにコイルを円滑に変位させることができる。
【００７３】
請求項６の本発明によれば、永久磁石片が周方向に分割されているので、永久磁石片の半径方向に空気通路が形成される。これによって、空気の出入が可能となり、コイルの発熱による温度上昇を抑制することができる。
【００７４】
請求項７の本発明によれば、ベローズの軸線方向の移動速度が高いとき、駆動手段による駆動力を減少させ、これによってベローズと駆動手段との移動部分の構成要素の自励振動を抑制し、発振系の安定化を図り、希望する速度で正確にベローズを変位駆動することが容易に可能になる。
【００７５】
請求項８の本発明によれば、ベローズの見かけのばね定数を零などの予め定める値に設定し、これによってベローズを高い応答速度で駆動制御することができるようになり、適切な吸気を患者に与えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である人工呼吸器用ポンプ２の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２】図１に示される空気ポンプ２を含む人工呼吸器１の全体の構成を示す系統図である。
【図３】本発明の実施の他の形態の空気ポンプ４６の断面図である。
【図４】本発明の実施のさらに他の形態である空気ポンプ５０の断面図である。
【図５】図４に示される空気ポンプ５０の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の他の形態である空気ポンプ７１の簡略化した断面図である。
【図７】本発明の実施の他の形態の断面図である。
【図８】図７に示される空気ポンプ７１のベローズ１１の一部拡大断面図である。
【図９】本発明の実施の他の形態のベローズ１１の一部の断面図である。
【図１０】本発明の実施の他の形態の空気ポンプ７６の断面図である。
【図１１】図１０に示されるベローズ７７の一部の拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施のさらに他の形態の空気ポンプ８７の断面図である。
【図１３】本発明の実施のさらに他の形態の空気ポンプ９１の断面図である。
【図１４】図１３に示されるベローズ９６の一部の拡大断面図である。
【図１５】本発明の実施の他の形態のベローズ１１の軸線に垂直な断面図である。
【図１６】図２に示される駆動制御回路４３の具体的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示される関数発生回路１０３の特性を示す図である。
【図１８】本発明の実施のさらに他の形態の駆動制御手段４３の具体的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１９】関数発生回路１０６の特性を示す図である。
【図２０】本発明の実施のさらに他の形態である空気ポンプ１１３の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２１】図２０の切断面線ＸＸＩ−ＸＸＩから見た切断図である。
【図２２】本発明の実施のさらに他の形態である空気ポンプ１１８の構成を簡略化して示す断面図である。
【図２３】図２２の切断面線ＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩから見た切断面である。
【符号の説明】
１  人工呼吸器
２，４６，５０，７１，７６，８７，９１，１１３，１１８  人工呼吸器用空気ポンプ
９  呼気弁手段
１１，５３，７７，９６  ベローズ
１３  端板
１４，１１０  基体
１４ａ，１４ｂ  基部
１６，５７  給気逆止弁
２１，５８  吐出逆止弁
２６，４７  駆動手段
２７  取付部材
２８  コイル
２９，１１９  永久磁石片
３３  連結片
３５  案内部材
３７  軸受
３８  カバー
４１  位置検出器
４３  駆動制御手段
４４  設定回路
５５，５５ａ  連結部材
１０１  加算回路
１０２  演算器
１０３，１０６  関数発生回路
１０４  増幅器
１１４  案内摺動部材
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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