| 【発明の名称】 |
呼吸用フィルタユニット |
| 【発明者】 |
【氏名】前田 直
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| 【要約】 |
【課題】物理的濾過と電気的補集とを組み合わせた濾過機能と安全性の高い濾材を使用し、しかも空気抵抗とデッドスペースを少なくした呼吸用フィルタユニットを提供する。
【解決手段】呼吸用フィルタユニットは、一対のケース２１と、物理的濾過と電気的捕集を組み合わせた高い濾過機能の、また安全性の高い、シート状の濾材２３から構成され拡開部で乱流が発生し難く、デッドスペースを最小にするようにした一対のケースと、濾過機能と安全性の高いシート状の濾材から構成される。又ケースの一方の筒部を延長してマウスピースの機能を合わせ持つようにした呼吸用フィルタユニットと、濾過機能と安全性の高いシート状の濾材から構成される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】両端を開口した筒状のケース（１１）の一端を拡開させ、その開口縁に嵌合部（１２）を形成した一対のケースを用い、間にシート状の濾材（１３）を介在させた状態で前記一対のケース（１１）を嵌合させて組み立てるようにした呼吸用フィルタユニットにおいて、前記濾材（１３）に，物理的濾過と電気的捕集の両機能を併せ持つ帯電性濾材を用いることを特長とする、呼吸用フィルタユニット。
【請求項２】両端を開口した筒状のケース（２１）の一端を拡開させ、その開口縁に嵌合部（２２）を形成した一対のケースを用い、間にシート状の濾材（２３）を介在させた状態で前記一対のケース（２１）を嵌合させて組み立てるようにした呼吸用フィルタユニットにおいて、前記ケース（２１）の拡開部の内面の形状を、空気抵抗とケース内容積が最小になるテーパ曲面に成形したことを特長とする、呼吸用フィルタユニット。
【請求項３】両端を開口した筒状のケース（３１）の一端を拡開させ、その開口縁に嵌合部（３２）を形成した一対のケースを用い、間にシート状の濾材（３３）を介在させた状態で前記一対のケース（３１）を嵌合させて組み立てるようにした呼吸用フィルタユニットにおいて、ケース（３１）の筒部の一方を口にくわえられる程度に延長して、マウスピースの機能を合わせ持つようにしたことを特長とする、請求項１または請求項２記載の呼吸用フィルタユニット。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、呼吸装置に接続して使用する呼吸用フィルタユニットの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】呼吸装置には、呼吸機能を測定する呼吸機能検査装置や、呼吸を制御する人工呼吸器などがある。本発明はいずれにも使用できるが、ここでは呼吸機能検査装置を例に述べる。呼吸機能検査は、図４（Ａ）のように、装置のセンサ部４１に接続したマウスヒース４２を被検者の口にくわえさせ、努力呼出などの指定の呼吸をおこなわせて、このときの呼吸気流量を測定し、必要なデータを求めるもので、呼吸機能を評価する際の補助として用いられる。
【０００３】この検査では呼吸を直接測定するので、唾や痰がセンサ部４１に入り、測定結果や装置自体に影響を及ぼすことがある。この唾や痰を濾過するために、図４（Ｂ）の呼吸用フィルタユニット４３を、生体とセンサ部４１の間に介在させて使用することが多い。しかし従来の濾材は目が粗く、サイズの大きな唾や痰しか濾過できないため、もしセンサ部４１にウイルスやバクテリアなどの細かい感染性物質があると濾過できず、感染する危険性がある。最近、特に感染の問題がクローズアップされており、呼吸の測定でもその対策の重要性が指摘され、より濾過機能の高い呼吸用フィルタユニットが開発され、使用されるようになってきた。
【０００４】このような呼吸用フィルタユニットの例を、図５と図６に示す。図５は現在市販されている、ある程度は感染性物質も濾過できるフィルタユニットの例である。図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、外観図、断面図、フィルタの図面である。フィルタユニットは、筒部５１の一部にフィルタ収納部５２を設け、その内部に濾材５３を収納している。濾材は数十ミクロン程度の物質を濾過できるもので、空気抵抗を低くするために、シート状の濾材を折り曲げてプリーツ状にしている。
【０００５】このようなフィルタユニットは現在、２〜３社から市販されている。その中のＡ社製について、ＭＩＬ規格（ＭＩＬ−Ｍ−３６９５４Ｃ）に基づく捕集効率を測定したところ、黄色ブドウ状球菌１００個のテストで９３．２％、１０万個のテストで３０．９％の捕集効率であった。測定したフィルタユニットは市販品の中では機能的に優れている方であるが、濾過機能はまだ十分ではない。
【０００６】一方図６は、図５のような呼吸用フィルタユニットをさらに改良するために開発された、特許願平成８−２１２６８記載の呼吸用フィルタユニットである。６１はフィルタユニットのケース、６２は嵌合部、６３はシート状の濾材である。これは薄いシート状の濾材を用いているので、図５のようなプリーツ状の濾材を用いたものよりもデッドスペースが少なくて済む。また、嵌合させて組み立てるので、嵌合部に接着剤を必要とせず、揮発性ガスが発生せず、安全で衛生的である。さらに、組立が簡単でコスト削減になる、などの特長を有する。しかし特許願平成８−２１２６８の発明では、嵌合で組立てることについては説明しているが、呼吸用フィルタユニットの機能として重要な濾過機能，空気抵抗，デッドスペースなどについては検討が十分ではない。また、拡開部の内壁面形状の最適化に付いては検討をおこなっていない。
【０００７】以上、濾過機能を中心に従来の技術に付いて述べたが、呼吸用フィルタユニットの設計では、空気抵抗とデッドスペースについても検討する必要がある。図４（Ａ）のようにセンサ部４１にマウスピース４２を接続して呼吸をおこなうと、呼吸に対する抵抗、つまり空気抵抗が発生する。図４（Ｂ）のようにフィルタユニット４４を接続すると空気抵抗はさらに高くなり、濾過機能を向上させようとしてより目の細かい濾材を用いると空気抵抗は一層高くなる。空気抵抗が高いと、生体および呼吸パターン等に影響を及ぼし、また空気抵抗のあるところで呼吸をおこなうと気体の圧縮や膨張も生じるので、測定が不正確になる。そのため米国ではＡＴＳ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｈｏｒａｃｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ）が空気抵抗の基準を定めており、日本もこれに準じている。
【０００８】デッドスペースとは、図４のようにして呼吸をおこなうときの、口元からセンサ部まで容積であり、その間を呼吸気が通過するのにある時間がかかり、またその間にガス温度が変化し、測定は不正確になる。そのためこの量はできるだけ小さい方がよい。このように、呼吸の測定では、呼吸用フィルタユニットの空気抵抗とデッドスペースはできるだけ少なくすることが望ましい。その上で、いかに濾過機能を向上させるかということが、呼吸用フィルタユニット設計のポイントとなる。もちろん、フィルタユニットの組立にも配慮が必要である。従来のように組立に接着剤を用いると、揮発性のガスや剥離片を吸入する可能性があり、安全性と清潔さが問題となる。組立に溶着法を用いているものもあるが、製造コストが高くつく。また、濾材をプリーツ状にすると、その成形にもコストがかかる。このような点を総合的に勘案し、コスト低減を計る必要もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、呼吸機能検査では感染防止の観点から、呼吸用フィルタの濾過機能を向上させることが重要である。また、測定精度を向上させるために、デッドスペースと空気抵抗は最小にしなければならない。さらに組立に使用するシール材等が生体に与える影響等の問題もあり、安全性と衛生面からの検討も重要である。当然組立等に要する労力を含めた総合的なコスト削減も課題である。これらの課題は、呼吸機能検査の分野だけでなく、呼吸の制御の分野でも同様である。
【００１０】これを解決するために、図５に示すような呼吸用フィルタユニットが開発されているが、前述のように、濾過機能、空気抵抗、それにデッドスペースの点でまだ解決すべき課題がある。また、フィルタユニットの組立に接着剤を使用しているものでは衛生面と安全面に、溶着で組み立てているのものについてはコスト面で、それぞれ問題があった。
【００１１】これを解決しようとしたものが図６に示す呼吸用フィルタユニットであり、嵌合方式で組み立てるようにしているので、衛生面と安全面、それにコスト面ではある程度問題を解決している。しかもシート状の濾材を使用しているので、従来よりもデッドスペースを少なくすることができている。しかし前述のように、濾過機能については検討ができていないし、空気抵抗とデッドスペースの面でも検討が十分ではない。また、拡開部内壁のテーパの形状も検討していない。そこで本発明では、これらの先行技術を改良し、濾過機能を向上させ、デッドスペースと空気抵抗を低減した、安全で衛生的な、低コストの呼吸用フィルタユニットを提供することを目的とした。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、図１に示すように、両端を開口した筒状のケース１１の一端を拡開させ、その開口縁に嵌合部１２を形成した一対のケースを用い、間にシート状の濾材１３を介在させた状態で前記一対のケースを嵌合させて組み立てるようにした。その上で、１枚のシート状の濾材を使用して、バクテリアやウィルスを含む微細な物質を除去し、より空気抵抗とデッドスペースを少なくすることを検討した。微細な物質を物理的濾過だけで除去しようとすると空気抵抗が高くなり、実用化できない。そこで、物理的濾過と電気的捕集とを組み合わせた濾材を検討した。また生体への安全性を勘案し、濾材の一部が剥離し難いもの、万一剥離してその破片を吸入しても生体に害の無いものを選択した。さらに、本発明では１枚のシート状の濾材を使用するので、なんらかの原因で濾材がケース内面に密着すると有効面積が減少して空気抵抗が高くなるので、これを防止するために、嵌合部に濾材押さえ羽根１４と、濾材固定用のガイドピン１５を設けた。
【００１３】請求項２の発明では、請求項１記載の発明の呼吸用フィルタユニットをさらに改良し、空気抵抗とデッドスペースを最小にするように、フィルタユニットケースの内壁テーパの形状と寸法を設計した。
【００１４】請求項３の発明では、請求項２で追求したデッドスペースの削減をさらに進めるため、マウスピースとフィルタユニットを一体化させるようにした。
【００１５】
【作用】請求項１の発明により、図５に示すような従来品と比較して、ウィルスやバクテリアを含む微細な物質をより効率よく捕集することができ、また空気抵抗とデッドスペースもより少なくすることができる。さらに接着剤等を必要とせず、嵌合方式で組立てるようにしたので、より安全で衛生的であり、また組立も簡単で、コストを削減できる。請求項２の発明により、従来品や請求項１記載の呼吸用フィルタユニットと比較して、さらに空気抵抗とデッドスペースを少なくすることができる。請求項３により、従来品だけでなく，請求項１または請求項２記載の呼吸用フィルタユニットと比較して、さらにデッドスペースを少なくすることができる。また別途マウスピースを必要とせず、コストを低減することができる。
【００１６】
【実施例】図１に請求項１記載の発明の実施例を示す。１１はフィルタユニットのケースで、その一部を拡開して嵌合部１２を設け、濾材１３を挟むようにして嵌合部を嵌合させるようにした。そして、濾材１３の選定およびフィルタユニット１１の形状を以下のように設計することにより、前述の課題を決定した。つまり本発明は先願特許願平８−２１２６８をベースにしたもので、この先願特許が解決できていなかった課題を解決し、改良をおこなうものである。まず、感染防止機能を向上させるために、物質捕集機能の面から検討した。バタテリアのサイズは数ミクロンで、ウィルスはそれ以下であるため、１ミクロン以下の捕集機能を目標にした。しかしこの程度になると、物理的な捕集のみでは空気抵抗が高くなり、実用化することはできない。そこで、ウイルスやバクテリアを含む微粒子は電気的に引き寄せられるという性質を利用し、常時帯電濾材を使用した。つまり物理的捕集と電気的捕集を併用することにした。ただし強い呼吸をおこなったとき、濾材の一部が剥離して吸入するするようなことがあってはならないので、剥離しにくいものを、しかも万一吸入しても人体に安全な材料を選定した。
【００１７】これらを総合的に勘案し、濾材に住友スリーエム社のＦｉｌｔｅｒｅｔｅＴＭタイプＧ−３００を選定した。これは常時帯電性であり、その特性は、流速５０ｃｍ／Ｓにおける圧力損失は２０ｍｍＨ２Ｏ、粒径０．３μｍの捕集効率は９８％であり、バクテリアと一部のウィルスを捕集できる。これを用いると、濾材をプリーツ状にしないで、平面シート状のまま使用しても、目的とする微細な物質を十分捕集することができるメドがついた。次に濾材のサイズの決定である。前述のＡＴＳ基準では、気流量が０〜１４Ｌ／Ｓの範囲で、空気抵抗は１５ｍｍＨ２Ｏ／Ｌ／Ｓ以下であることと規定されている。この基準を満たす大きさに濾材の面積を設計する。このようにしてシート状濾材の寸法が決定できるので、これを収納する呼吸用フィルタユニットの寸法も決定できる。呼吸用フィルタユニットの筒部の径は、センサ部のマウスピース装着部のサイズがＪＩＳで規定されているので、これをもとに決定できる。筒部の長さの規定はないので、使用し易い範囲で、デッドスペースを勘案した寸法に決定すればよい。
【００１８】濾材の固定は、ケースを嵌合させるとき、濾材を同時に締め付けるように固定する方式であり、これは先願の特許願平８−２１２６８と同様である。しかしこのままでは、なんらかの原因で濾材の一部がケースの内壁に密着すると、濾材の有効面積が減少し、空気抵抗が高くなる可能性がある。そこで本発明では、嵌合部に濾材押さえ羽根１４および濾材固定用のガイドピン１５を設けた。濾材押さえ羽根１４は濾材１３がたわまないように支えるもので、濾材固定ガイドピン１５は濾材を嵌合部で確実に固定するためのものである。ここでは濾材に住友スリーエム社のＦｉｌｔｅｒｅｔｅＴＭタイプＧ−３００を選択したが、捕集機能、空気抵抗、デッドスペース、それに安全性を勘案して同等またはそれ以上の機能があれば、他の濾材でもかまわない。またフィルタ収納部の形状は、図１の例では円形にしたが、他の形状にしてもよい。
【００１９】請求項２記載の呼吸用フィルタユニットの例を図２に示す。本発明は、請求項１記載の発明を、空気抵抗とデッドスペースの面から、さらに改良をおこなったもので、以下のようにしてケースの設計をおこなった。従来のケースは図５のように矩形に拡開したものや、図６のように三角形に拡開したものがある。特許願平８−２１２６８では拡開部の内壁のテーパ形状を曲線状にしたものも示しているが、その最適な形状については検討していない。拡開部の内面の形状が矩形や三角状であれば、その部分で乱流が発生し、空気抵抗が高くなる。そこで本発明では、拡開部内面を、特に筒部２１から拡開部に移行する部分の近傍と、嵌合部近傍の形状を、乱流が発生しにくい曲面状のテーパにし、しかも前述のサイズの濾材を挟んで嵌合させたときデッドスペースが最小になるように、設計した。このようにして空気抵抗が低くなると、その分だけ濾過機能を高くする、またはデッドスペースを小さくする、ということが可能になる。つまり空気抵抗が低くなった分だけ、目の細かい濾過機能の高い濾材を使用できるし、または、濾材のサイズを小さくしてデッドスペースを小さくすることができる。濾過機能、空気抵抗、およびデッドスペースを、目的に応じて組み合わせて濾材やその寸法、ケースの寸法を設計すればよい。
【００２０】このようにして設計したフィルタユニットを用いて、前述のＭＩＬ−Ｍ−３６９５４Ｃ規格に基づき、黄色ブドウ状球菌の捕集効率を測定した。その結果、菌１００個で９６．３％、菌１０万個で７６．６％の捕集効率であった。前述のＡ社の製品と比較して、大幅に捕集効率が向上している。粒子径が０．３μｍの大気塵を対象に、パーティクルカウンタによる捕集粒子数測定試験もおこなった。フィルタ総合指数は、本発明のフィルタの方が、従来品に比し、１桁高い数値を示し、その有効性を確認している。本発明のフィルタユニットの空気抵抗は、流量が１４Ｌ／Ｓの時、７．５ｍｍＨ２Ｏであり、ＡＴＳ基準以内に納めることができた。従来品では空気抵抗は１０ｍｍＨ２Ｏ以上あったので、空気抵抗の面でも改良することができた。また、デッドスペースは４９ｍＬで、従来品の８０〜１００ｍＬに比較して、大幅に減少させることができた。このように、本発明により、濾過機能、空気抵抗、およびデッドスペースが少ないフィルタユニットを実現することができた。ここで設計した呼吸用フィルタユニットの形状とサイズはそのままでも、空気抵抗を基準の上限まで認めるなら、そのぶん目の細かい濾材を使用でき、濾過機能を向上させることができる。逆に、濾過機能を落として、空気抵抗を大幅に低くすることもできる。
【００２１】図３に請求項３記載のマウスピース一体型の呼吸用フィルタユニットの例を示す。これは、フィルタユニットの一方の筒をマウスピースの機能を合わせ持つ程度に延長したものである。これにより、従来のように呼吸用フィルタユニットとマウスヒースを組み合わせて使用する場合に比べて、さらにデッドスペースを少なくすることができた。また、本発明のフィルタユニットを使用すると、従来のマウスピースは使用しなくてよいので、そのコストを低減でき、またセンサ部に接続する手間を省略できる。
【００２２】
【発明の効果】請求項１記載の発明により、従来のフィルタユニットと比較して、濾過機能が大幅に向上し、バクテリアや一部のウィルスを含めて微細な物質を濾過できるようになったので、感染の危険性を低下させることができる。また、空気抵抗とデッドスペースを共に小さくすることができるので、呼吸機能検査ではその測定精度を向上させることができ、また呼吸管理ではより精度の高い制御を可能にする。さらに、本発明では嵌合方式でケースを組み立てるので、組立作業が簡単になりコストダウンになる、接着剤等を使用しないので安全かつ清潔に使用できるという効果もある。なお嵌合方式という点では先願の特許願平８−２１２６８と同様であるが、これをさらに改善し、嵌合部に濾材押さえ羽根１４と、固定ガイドピン１５を設けて、より確実に濾材を保持できるようにした。
【００２３】請求項２記載の発明によると、従来のフィルタユニットはもちろん、請求項１記載の発明によるフィルタユニットと比較しても、呼吸抵抗とデッドスペースをさらに小さくすることができるので、より精度の高い呼吸機能検査をおこなうことができるようになった。また、空気抵抗を低くすることができた分だけ一層、濾過機能を向上させることができ、安全性を一段と向上させることができる。
【００２４】請求項３記載の発明によると、従来のものや、請求項１および請求項２の発明と比較して、デッドスペースを一層の低減することができ、測定精度を一段と向上させることができる。また本発明によると、別途マウスピースを必要としないため、マウスピースのコストを削減できるし、またマウスピースを接続する手間も省力化できる。
【００２５】
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１４１９０
【氏名又は名称】ミナト医科学株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月２２日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３３０１５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）２月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２３０１８８ |
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