(57)【要約】  呼吸ガス管（１２０）または対流加温ブランケット（４０）等のためのガスフローセンサ（１）は、圧電素子（１１）を支える剛性および可撓性を有する長方形の基板（１０）を備える。基板（１０）は、その下流端（１５）に装着し、ガス流路（２）上に並べ、その自由端（１６）がガスの流れによって上下振動する。これにより基板（１０）および圧電素子（１１）を屈曲させ、ガスの流量に応じた振幅を有する交流出力信号をプロセッサ（２０）に供給する。プロセッサ（２０）は、ガスの流量を示す出力信号をディスプレイ（３）で表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローセンサであって、該センサ（１、１’’）が、
可撓性を有する細長い圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）と、
該圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）を流路（２）における流れ方向とほぼ一致するように支持し、該圧電性部材の一端（１５）を他端（１６）の下流側に配置すると共に該他端を流れ内で振動自在とする支持体（２０、１２０）と、
前記圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）からの電気出力信号を受信し、前記圧電性部材の振動に応じて流れを代表する信号を出力するプロセッサ（２０、１２０）と、
を備えることを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）は、前記流路（２）に沿って流れる流体により振動するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項３】
前記プロセッサ（２０、１２０）は、前記圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）の出力信号により電力供給されることを特徴とする、請求項１または２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記プロセッサ（２０、１２０）は、前記圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）の出力信号により電力供給される付加的なセンサ（２３）を備えることを特徴とする、請求項３に記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）は、前記プロセッサ（２０、１２０）により駆動されて振動する構成とし、その振動は前記センサに沿う流体の流量に応じて変化すること特徴とする、請求項１に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記圧電性部材は、剛性および可撓性を有する基板（１０）と、該基板に取り付けられた圧電素子（１１）とを備え、前記基板（１０）が屈曲する際に前記圧電素子も屈曲することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項７】
前記圧電性部材（１０、１１、１１１、２１１）は、前記流路（２）の上流側に位置する鈍端部（１７）を有する長方形であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項８】
互いに逆向きに配置された２つの圧電性部材（１１１，２１１）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項９】
前記プロセッサ（２０、１２０）は、その出力信号（２２）を無線伝送することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項１０】
前記プロセッサ（２０、１２０）からの出力信号が供給されるディスプレイ（３）をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項１１】
前記プロセッサ（２０、１２０）の出力信号が供給されるフィードバック制御手段（３）をさらに備え、該制御手段により前記流路（２）に沿う流れの流量を実質的に一定に制御することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項１２】
呼吸ガス管（１２０）を備える医療用換気装置であって、該装置は請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフローセンサ（１）を備え、前記プロセッサ（２０、１２０）は、前記ガス管（１２０）に沿うガスの流れを示す信号を出力するよう構成されていることを特徴とする医療用換気装置。
【請求項１３】
制御温度下の空気源（４４）と、該空気源からの空気を患者に供給するダクト（４３）とを備える医療用温度管理装置であって、該装置は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフローセンサ（１’’）を前記ダクト（４３）内に備え、前記プロセッサ（２０）は、前記ダクトに沿う空気流量を代表する信号を出力するよう構成されていることを特徴とする、医療用温度管理装置。
【請求項１４】
前記空気源は、温風ブロワ（４４）を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の医療用温度管理装置。
【請求項１５】
前記ダクト（４３）と接続した膨張式のブランケット（４０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の医療用温度管理装置。
【請求項１６】
前記プロセッサ（２０）からの出力信号に基づいて前記空気源（４４）を制御することにより、実質的に一定流量の空気を患者に供給可能としたことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の医療用温度管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フローセンサと、フローセンサを備える装置に係るものである。
【０００２】
本発明は、特に医療用のガスフローセンサに適用可能であるが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
フローセンサには多くの異なる種類があり、例えば、センサに沿うガス流の増加がワイヤにおける冷却効果を増大させる熱線風速計、流動ガスによりその流量に応じた速度で回転できるようにガス流路内に配置した回転ベーン器具、および、流動ガスの圧力に応じて変形するように、流れに対して直角に配置された可撓性センサ等が挙げられる。従来のフローセンサは、例えば米国特許第７３３７６７８号明細書、米国特許第４９８９４５６号明細書、韓国特許出願公開第２０１２−０１３５６６３号明細書および米国特許出願公開第２０１２／３１８３８３号明細書に開示されている。医療機器業界では多くの用途があり、例えば制御用、監視用、または警告目的用として安価なガスフロー測定器具を備えることで有用性を高めることができる。しかるに、現在利用可能なガスフローセンサは、特に単回使用の器具に適用するには高価すぎるという傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７３３７６７８号明細書
【特許文献２】米国特許第４９８９４５６号明細書
【特許文献３】韓国特許出願公開第２０１２−０１３５６６３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／３１８３８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、代替のフローセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係るフローセンサは、可撓性を有する細長い圧電性部材と、圧電性部材を流路における流れ方向とほぼ一致するように支持し、圧電性部材の一端を他端の下流側に配置すると共に他端を流れ内で振動自在とする支持体と、圧電性部材からの電気出力を受信し、圧電性部材の振動に応じて流れを代表する信号を出力するプロセッサとを備える。
【０００７】
圧電性部材は、流路に沿って流れる流体により振動するよう構成することができる。プロセッサには、圧電性部材の出力信号により電力供給することができる。プロセッサは、圧電性部材の出力信号により電力供給される付加的なセンサ（温度センサまたは圧力センサ等）を備えることができる。あるいは、圧電性部材は、プロセッサにより駆動されて振動する構成とし、その振動は、センサに沿う流体の流量に応じて変化する。圧電性部材は、剛性および可撓性を有する基板と、該基板に取り付けられた圧電素子を備え、基板が屈曲する際に圧電素子も屈曲する構成とすることができる。圧電素子は、流路の上流側に位置する鈍端部を有する長方形であってもよい。センサは、互いに逆向きに配置された２つの圧電性部材を備えてもよい。プロセッサは、出力信号を無線伝送することができる。センサは、プロセッサからの出力信号が供給されるディスプレイを備えてもよい。プロセッサからの出力信号が供給されるフィードバック制御手段を備えることができ、該制御手段により流路に沿う流れの流量を実質的に一定に制御する。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、呼吸ガス管を備える医療用換気装置が提供される。この医療用換気装置は、本発明の前述した実施形態に係るフローセンサを備え、プロセッサはガス管に沿うガスの流れを代表する信号を出力するよう構成されている。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、制御温度下の空気源と、該空気源からの空気を患者に供給するダクトとを備える医療用温度管理装置が提供される。この医療用温度管理装置は、本発明の前述した実施形態に係るフローセンサを前記ダクト内に備え、プロセッサはダクトに沿う空気流量を代表する信号を出力するよう構成されている。
【００１０】
空気源は、好ましくは温風ブロワを備えることができる。また、医療用温度管理装置はダクトと接続した膨張式のブランケットをさらに備えてもよい。プロセッサからの出力信号に基づいて空気源を制御して、実質的に一定流量の空気を患者に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】医療用換気装置の一部におけるセンサの概略図である。
【図２】対流加温システムにおけるセンサの概略図である。
【図３】互いに逆向きに配置した２つの圧電素子を有する代替センサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る空気フローセンサと、同フローセンサを適用した医療装置につき、添付図面を参照してさらに説明する。
【００１３】
図１は、ガス流路２上に位置し、例えばディスプレイまたは制御ユニット等の利用手段３へ出力信号を供給するフローセンサ１を示す。ガス流路２は、呼吸ガス管１２０内に存在してもよい。フローセンサ１は、例えばポリカーボネート等で構成された、剛性および可撓性を有する細長い平面基板１０と、基板１０の上面に接合し、または取り付けた圧電膜１１とを含む圧電性部材を備える。圧電膜１１は、基板１０よりわずかに小さい長方形状であり、比較的に薄肉であって基板１０よりも可撓性に富んでいる。圧電膜１１は、圧電素子から、または圧電素子に電気信号を供給するため、一端部１４に２つの電極１２，１３を有する。基板１０は、プロセシングユニット２０として支持体を有する一端１５に装着している。したがって、基板１０はその長手方向でプロセシングユニット２０から離れるように延び、反対端１６は自由で非支持な状態となる。この自由端１６は、ガスフローに面する鈍端部１７を有する。圧電膜１１の端部１４は、基板１０の支持端１５上に位置し、２つの電極１２，１３は、プロセシングユニット２０との電気的接続を行う。圧電膜１１は、基板１０の自由端１６が上下に変位するときに、圧電素子が、素子平面に対して直角の面内で屈曲できるように配置する。これにより圧電膜１１を伸縮させ、それによって２つの電極１２，１３間に交流出力電圧を生成する。この出力電圧は、プロセシングユニット２０に供給される。
【００１４】
圧電膜１１およびプロセシングユニット２０を有する基板１０は、ガスの流れ方向とほぼ一致するようにガス流路２に装着されている。基板１０の支持端１５は、非支持端１６に対して下流側に位置する。基板１０の鈍端部１７、特にその厚み、材料、長さおよび幅を適切に選択することにより鈍端部１７に所望の屈曲性をもたせ、自由端１６を積層圧電膜１１との併用で上下にフラッタさせ、またはセンサ１に沿うガス流によってフラッタさせることができるように構成する。ガスの流量変化によって、フラッタリングの振幅に対応する変化が生じ、圧電素子１１からの出力電圧にも対応する変化が生じる。出力電圧は、基板の振動数と等しい振動数と、基板の振幅に応じて変化する振幅を有する交流信号である。プロセシングユニット２０は、好ましくは、圧電膜１１からの電圧で電力供給される。これにより、センサ１を自己電力供給式とすることができる。プロセシングユニット２０は、付加的なセンサ２３（温度センサまたは圧力センサ等）を備えてもよく、圧電膜１１から電力供給される。プロセシングユニット２０は、ガス流量を代表する出力信号を生成し、ケーブル２１を介して、または、ブルートゥース無線周波数プロトコル等の無線リンク２２によって、利用手段３へ供給する。利用手段３は、ディスプレイ、流量が設定範囲外となるときに信号を生成するアラーム、レコーダ、または一定のレベルを維持するようガス流源を制御するフィードバック制御ユニットで構成することができる。
【００１５】
上述した装置において、圧電素子は、素子に沿って流れる空気または他のガスによって振動する。代替装置においては、圧電素子は電気的に駆動することにより振動させることができ、プロセシングユニットは圧電素子の振動において圧電素子に沿う空気流の効果を監視するよう配置する。このような装置は、電源が必要となるが、低流量等、特定の状況において有利な場合がある。
【００１６】
センサを両方向のガスフローに反応させる必要がある場合、支持プロセシングユニット１２０から互いに逆方向に突出する２つの圧電素子１１１および２１１を備えることができる。この場合、一方向「Ａ」へのガスフローにより一方の圧電素子１１１をフラッタさせ、反対方向「Ｂ」へのガスフローにより他方の素子２１１をフラッタさせる。
【００１７】
本発明に係るガスフローセンサは、非常に安価に生産することができるので、以前は不可能視されていた、使い捨て可能な単回使用型の医療器具等の製品への適用が可能である。特に、センサは、医療用換気装置における呼吸ガス管１２０に組み込んだ場合に、ガス管１２０に沿うガスの流れを代表する出力信号を供給することができる。また、センサは、外部との電気接続が不要な自己電力供給式の無線センサとして構成することができる。
【００１８】
図２は、患者側の側面上に空気入口４１と、複数の小さい空気出口開口部４２とを設けた加温ブランケット４０を備える患者用対流加温装置を示す。加温ブランケットは、本出願人の販売に係る加温ブランケット“Snuggle Warm”（商標）で構成することができる。入口４１に供給される温風は、ブランケット４０を膨張させ、所望の体温を維持するために開口部４２から徐々に流出する。温風は、一端で空気入口４１と、他端で温風ブロワ４４と接続する可撓性ダクト４３を介してブランケット４０に供給される。この温風ブロワは、例えば、本出願人の販売に係る“Equator”（商標）ブロワで構成することができる。本空気フローセンサ１’’は、ブランケット端に向かうダクト４３の孔に装着する。センサ１’’は、上流に面する圧電素子１１’’の自由端とともに、ブロワ４４に方向付ける。本装置におけるセンサ１’’は、電子ケーブル２１’’（無線送信手段でも可）を有し、ダクト４３内に沿ってセンサから延在し、ブロワ４４内に配置した修正型の制御ユニット４５と接続し、設定流量を維持するアラーム機能またはフィードバック機能を発揮する。便宜的に、本実施形態では、フローセンサが温度センサを内蔵しており、ブランケットで維持する温度を適正化するための対流加温装置において現在使用されている種類のひとつである。このような用途に使用する場合、従来の空気フローセンサは非常に高価であったが、本発明のセンサはより低コストで提供することができる。
【００１９】
以上、本発明に係るフローセンサをガスフロー測定用として記述したが、同様のセンサを液体等、他の流体のフローの監視用として使用することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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