コンプレッサ及びこれを用いた酸素濃縮装置
【課題】大幅な小型軽量化と低騒音化と低振動化を同時に達成できるコンプレッサ及び酸素濃縮装置の提供。
【解決手段】 １組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室、を備え、配管マニホルド、吸気フィルタ、排気マフラを一体構造とする。
【解決手段】 １組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室、を備え、配管マニホルド、吸気フィルタ、排気マフラを一体構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ及びこれを用いた酸素濃縮装置に係り、特に圧力スイング吸着方式による医療用の携帯式の酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の酸素を透過させて、窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いることで酸素を生成する圧力スイング吸着法による酸素濃縮装置が医療用として実用化されている。
【０００３】
この方式の酸素濃縮装置によれば、空気取入口から取り込んだ原料空気を圧縮手段であるコンプレッサで圧縮して圧縮空気を発生し、吸着剤を内蔵した吸着筒に対して圧縮空気を供給することで、酸素を生成し、生成された酸素をタンクに貯めておき、減圧弁や流量設定器を介してタンクから所定流量の酸素を供給可能な状態にすることで、鼻カニューラ等を介して患者に対する酸素吸入ができるように構成されている。
【０００４】
このように構成される酸素濃縮装置を、例えばＡＣ電源（商用電源）の備わっている場所に設置しておけば、例えば肺機能が低下した在宅酸素療法患者は、就寝中でも安全に酸素を吸うことができるようになり安眠できることとなる。特に、就寝中も使用する場合には、酸素濃縮装置は騒音発生が極めて少ないことが好ましい。可能であれば室内の空調設備から発生する騒音レベル以下となることが望ましい。
【０００５】
一方、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効となる長期酸素吸入療法に使用される酸素濃縮装置は、一般的には可搬型ではない。すなわち、患者が外出先に持ち出せるように構成されていない。そこで、患者がやむなく外出する場合には、酸素ボンベを搭載したカートを押しながら、その酸素ボンベから濃縮酸素を吸うようにしている。この酸素ボンベに対する酸素供給は専用設備にて行なわなければならず、患者のＱＯＬ（クオリティ・オブ・ライフ）を少なからず損なうものであった。
【０００６】
そこで、電池駆動されるコンプレッサを使用した可搬型や移動型の酸素濃縮装置が提案されている(特許文献１、特許文献２)。
【０００７】
また、圧縮空気を発生する圧縮手段と減圧空気を発生する減圧手段とを備えたコンプレッサを採用する場合には、特に一体化されたコンプレッサの振動、酸素濃縮プロセスにおける均圧工程時によって発生する振動を低減することを目的とし、減圧手段と切換弁との流路間に外気と連通する減圧空気破壊弁設け、更に均圧工程時と同期して減圧空気破壊弁を開状態にすることで、減圧手段と切換弁との流路内に外気が入り込むことによりコンプレッサの振動防止と低電力化を図る技術が提案されている（特許文献３）。
【０００８】
また、圧縮空気と減圧空気を発生するコンプレッサを、その入口側に夫々接続することで圧縮空気を筒体の内部に導入し、筒体内に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成し、その出口側から生成酸素を供給するとともに、吸着剤が窒素で飽和したときに減圧空気を導入して、窒素を吸着筒体の外部に排出させるための２本の吸着筒体と、２本の吸着筒体の入口側とコンプレッサとの間に接続されることで、圧縮空気流路と減圧空気流路と閉流路とに交互に切り換えるための２組の３方向切換弁と、２本の吸着筒体のいずれかが最高内圧値になったことを検出する圧力センサと、２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されるとともに、圧力センサで最高内圧値が検出されると２本の吸着筒体の間の均等圧化を行うように開状態にされる均等圧弁と、減圧空気発生部と３方向切換弁の減圧空気流路との間に接続されるとともに均等圧化を行うときに開状態にしされることで流路内の圧力を制御する減圧空気破壊弁とを備え、消音器を介して排気を行う空気破壊弁を備えた酸素濃縮装置が提案されている。
【０００９】
さらに、コンプレッサの小型軽量化を図るために１組の水平対向ピストンを設ける提案も成されている。また、配管マニホルドを用いた酸素濃縮装置も提案されている（特許文献４）。
【特許文献１】特開２００２−１２１０１０号公報
【特許文献２】特開２０００−７９１６５号公報
【特許文献３】特開２００５−１１１０１６号公報
【特許文献４】特表２００８−５１５５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように構成される酸素濃縮装置を小型軽量化するときに最も障害となる構成として、最も大きくかつ重いコンプレッサが挙げられる。このコンプレッサは圧縮空気と減圧空気とを発生しなければならない事情から、小型軽量化を図ることは非常に困難であるとされていた。さらに、通常コンプレッサは運転時に騒音と振動が発生する問題があることから、低騒音化と低振動化も重要となる。
【００１１】
したがって、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、大幅な小型軽量化と低騒音化と低振動化を同時に達成でき、省スペース化が可能なコンプレッサ及び酸素濃縮装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のコンプレッサは、１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室とを備え、配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとを一体化したことを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明の酸素濃縮装置は、圧縮空気となる原料空気を濾過するフィルタ組立体と、圧縮空気中から窒素を選択的に吸着して酸素を生成するゼオライトの吸着剤を収納した一対の吸着筒と、前記吸着筒に対してコンプレッサからの圧縮空気と減圧空気とを交互に供給するように流路を切り換えることで前記吸着剤による前記生成及び浄化を行う切換弁と、前記浄化後の減圧空気の排気時の消音を行う消音器と、前記生成された酸素を貯めておく容器と、前記モータの駆動を含む電力供給を行うための充電式電池と、を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサは、１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室とを備え、配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとを一体化したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コンプレッサを水平対向２筒式として、配管マニホルド、吸気フィルタ、排気マフラを一体構造とすることで、省スペース化が可能で小型軽量化を実現することができ、かつ運転時において各ピストンが互いに振動を打ち消すので低騒音化と低振動化を同時に達成できるコンプレッサ及びこれを用いた酸素濃縮装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の好適な一実施形態について添付の図面を参照して、特に携帯型の酸素濃縮装置を実施例の一例として述べる。ここで、本発明は様々な修正と変更が可能であり、その内の特定の事例が図面に図示されており、以下に詳細に記述されることになる。しかしながら、これらに限定されず請求の範囲に規定された範囲で種々の構成が可能であることは言うまでもない。
【００１６】
図１(ａ)は、酸素生成原理を説明する流路配管図、(ｂ)は圧縮空気による圧縮空気力変動吸着法（ＰＳＡ）と圧縮空気と減圧空気による正減圧空気力変動吸着法（ＶＰＳＡ）における圧力変動を時間経過とともに図示した図表、(ｃ)は、圧力変動吸着法（ＰＳＡ）と正減圧空気力変動吸着法（ＶＰＳＡ）における窒素吸着量を圧力とともに図示した図表である。
【００１７】
図１において、圧縮空気のみによる正圧変動吸着法（ＰＳＡ）と圧縮空気と減圧空気による正負圧変動吸着法（ＶＰＳＡ）について簡単に述べる。図１(ａ)において、外部空気を導入してコンプレッサ１で圧縮された原料空気は、一方の３方向切換弁１０９ａを経て第１吸着筒体１０８ａ中に導入される。第１吸着筒体１０８ａには触媒のゼオライトが内蔵されており、ゼオライトにより窒素が吸着され酸素が分離生成されることになる。
【００１８】
このようにして分離生成された酸素は、不図示の逆止弁を通り、製品タンクに流れる。この第１吸着筒体１０８ａの内圧が高まると、３方向切換弁１０９ａが排気側に切り換えられることで、排気が行われる。これに合い前後して均等圧弁１０７が開かれて、第１吸着筒体１０８ａ中で濃縮された一部の酸素を使用して、第２吸着筒体１０８ｂの洗浄を行う均圧工程に移行する。
【００１９】
次に、第１吸着筒体１０８ａの脱着工程（窒素や水分の排出）と第２吸着筒体１０８ｂへの圧縮空気の取入れを行うために３方切換弁１０９ｂが開かれて、第２吸着筒体１０８ｂに流れ込んだ圧縮空気により分離生成された酸素が不図示の逆止弁を介して製品タンク中に流れる。その後、所定の圧力となったことが不図示の圧力センサで検出されると均等圧弁１０７が所定時間開かれて、次に第２吸着筒体１０８ａの洗浄及び均圧工程が行われる。また均等圧弁１０７が開かれることで、第２の吸着筒体１０８ｂで分離生成された酸素が第１の吸着筒体１０８ａの出口部に送り込まれて、内蔵のゼオライトの浄化が行なわれる。以上のような各工程を所定タイミングで繰り返し行うことで、連続した酸素の安定供給を行う。
【００２０】
以上のように２本の各吸着筒体に対して圧縮空気を２個の３方切換弁を切り換えて供給するときに、図１(ｂ)で実線で図示した圧力変化となるように、圧縮空気のみを吸着筒体内に送り窒素を吸着させ、脱着操作を略大気圧下で行う方法は正圧変動吸着法（ＰＳＡ）と呼ばれている。一方、図１（ｂ）において破線で図示したように圧縮空気に加えて負圧（真空）まで減圧することで、より積極的に内蔵のゼオライトの洗浄を行う方法は正負圧変動吸着法（ＶＰＳＡ）と呼ばれている。この方法は積極的に内蔵のゼオライトの洗浄を行うことができるので、上記の正圧変動吸着法よりも優れている。
【００２１】
図１(ｃ)に示したように、正圧変動吸着法による窒素吸着量は、正負圧変動吸着法に比べ、同じ圧差でも窒素吸着量は減少する。このため、圧縮空気と減圧された減圧空気の双方を送気できるコンプレッサを使用すると良い。または、圧縮空気発生用と減圧空気発生専用のコンプレッサを２台設ける必要があるので大型化を回避できない。このため、例えば携帯用の小型酸素濃縮装置に組み入れることは到底不可能になる。
【００２２】
そこで、以下に上記の正負圧変動吸着法に基づいて構成された携帯用の小型の酸素濃縮装置３００を一例として述べる。
【００２３】
＜酸素濃縮装置３００の全体構成の説明＞
図２は、本発明の一実施形態である酸素濃縮装置３００の内部構成を図示するために要部を破断して示した正面図である。この装置３００は不図示の鼻カニューラとともに使用されるとともに、総重量が約２〜４ｋｇで２リットルのペットボトルに略近い上下方に細長い縦長の外観形状を備えている。
【００２４】
このように縦長構成とすることで、不図示の携帯用バッグ上方の開口部からに挿入できるようになり、挿入後にホックを設けた蓋が操作パネル３０５を覆うようにして固定することで脱落防止される状態となる。また、携帯用バッグに固定された吊り下げベルトを肩から掛けるようにして、例えば外出時に邪魔にならないようにして携帯できるように構成されている。また、吊り下げベルトには肩パッドが固定されており肩に負担とならないようにするとともに、携帯用バッグの正面にはチューブを接続した鼻カニューラを収納するパウチが設けられている。なお、携帯用バッグは、合成皮革乃至ウレタン引布製とすることができるとともに、後述する吸気口を塞がないように開口部が形成される。
【００２５】
以上のようにペットボトルに略近い縦長の外観形状を備えているので、携帯用バッグのパウチ内に鼻カニューラと折り曲げたチューブを収納した未使用の状態では、他人が一瞥しただけでは酸素濃縮装置３００であることが簡単には知られないこととなる。
【００２６】
また、軽量化、省エネを徹底的に追求したことで電気代をさらに安くする一方で、付属の着脱可能かつ繰り返し充電可能な外部電池と、繰り返し充電可能な内蔵された充電電池２２８と家庭用商用（ＡＣ）電源の３系統で使用できるようにしている。また、特に内蔵電池２２８および外部電池は、停電時におけるバックアップ電源としても使用できるので安心して使えることになる。さらに、電池節約のために吸気に同調して酸素を送り出す「同調モード」に切り替えることができる機能を備えている。
【００２７】
また、上記の縦長の外観形状を有する密閉カバーを構成する主筐体３０２を射出成形樹脂部品である耐衝撃性を有する熱可塑性樹脂である例えばＡＢＳ樹脂製とすることでデザイン的な自由度を確保している。さらに吸着剤を充填した２本の吸着筒を含む他の構成部品についても極力軽量化するとともに、最も重量の大きなコンプレッサ１については、１組の第１のピストンと、第１のピストンの夫々を、気密状態で往復移動可能に案内する１組の第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと、第２のピストンの夫々を、気密状態で往復移動可能に案内する１組の第２のシリンダ室とをクランク軸体の端部から見て十字式に配列することで、大幅な小型軽量化を実現することで、総重量が約２ｋｇ程度の軽量化を達成している。また、図中の二点鎖線で示した防音室３０３も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製としている。
【００２８】
操作パネル３０５は、例えば約１０度の角度で斜め前方向に形成されており、その上に左から順に、電源スイッチ３０６と、この上の７セグメントの数字でＬＥＤまたは液晶表示を行う酸素流量他の表示部２０４と、樹脂製部品の酸素出口３０７と、樹脂製カバー付きまたはカバー無しの上下２個の酸素流用設定ボタン３０８、３０８が配置されている。また酸素出口３０７の上方には、酸素出口３０７に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられる樹脂製の不図示のカプラが設けられている。このカプラには鼻カニューラ等のフレキシブルなチューブの開口部が連通するようにセットされる。
【００２９】
上記の携帯用バッグに装置３００を装填したときに、日本人の標準身長（１６０〜１７０ｃｍ）の患者が起立状態で両手を下げた腰部分に略該当する高さ付近において、身体の外側となるように操作パネル３０５は斜めに形成される。よって、例えば、立ったままの姿勢で酸素濃縮装置３００の運転操作を無理なく行なうことができる。さらに、酸素出口３０７を中央に配置し、左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、左利きの人であっても何ら違和感なく操作できるように配慮されている。
【００３０】
なお、鼻カニューラに接続されたチューブの全長は、例えば６０ｃｍ以内とすることで特に携帯時に邪魔にならないようにできる。また、患者が生活する同じ部屋内で移動する範囲に略相当する全長としたものを別途準備しておけば、酸素濃縮装置３００を室内の片隅に固定した状態での使用が可能となる。なお、底面の四隅に４つのゴム足（不図示）を固定しておき、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止するとともに簡単には倒れないようにしても良い。
【００３１】
次に、主筐体３０２の背面側の上方には外気を内部に導入するために図示のように横長に形成された吸気口３０２ａが形成されている。また、主筐体３０２の右側面には、酸素を生成した後に、外部に排気を行う外部に開口した排気口３０２ｂが形成されている。
【００３２】
また、副筐体となる防音室３０３は、主筐体３０２と一体成形または別部材として設けられる壁部材３０９から形成されており、防音室３０３の内部の壁面に敷設される防音材３１１を設けることで、コンプレッサ１から発生する運転音を効果的に吸収するようにしている。この防音材３１１は、図示のように主筐体３０２の内部の壁面及び後述する各種電磁弁１０９、１１５、１１７を覆うように設けることで、オンオフ時の運転音を効果的に吸収できるようにしている。
【００３３】
この防音材３１１は、その繊維径が１〜４ミクロンのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）と、繊維径が２０〜３０ミクロンのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）とからなる不織布を用いることができる。このような不織布を用いて軽量に構成することができ、かつ防音吸音効果が飛躍的に上がることが確認された。
【００３４】
コンプレッサ１は、例えば０．５〜２ｍｍ厚のアルミニウム板部材をコの字状に曲げ加工して得られた不図示の取付板に固定した後に、ラバーブッシュを含む防振ゴムを介して防音室３０３の内部に固定される。このコンプレッサ１に一体的に設けられたフィルタ組立体に対して上記の吸気口３０２ａからの原料空気を導入するためのフレキシブルな配管２４が、防音室３０３に穿設された貫通孔を通過するように設けられている。
【００３５】
また、コンプレッサ１で圧縮されることで温度上昇した圧縮空気を冷却するための放熱管５５が配管２４を介して接続されている。この放熱管５５は、例えば銅製またはアルミニウム製の長尺の管を、図示のようにコイル状に巻いて表面積を大きくするように構成されており、温度上昇された圧縮空気が放熱管５５の管の内部を通過する過程で、近傍に配置された軸流ファンを含む放熱ファン３３０の送風により冷却されるように構成されている。
【００３６】
また、放熱ファン３３０の送風は上記の排気口３０２ｂへ向けて排気される。一方、放熱ファン３３０の送風は後述する消音器からの排気も同様に積極的に行うことから、不図示の別の貫通孔を介して防音室３０３内に外気を導入し、上記の放熱及び排気を行うように構成されている。
【００３７】
一方、外部電池コネクタ１３１、ＡＣアダプタコネクタ１３０、１３３が主筐体３０２の左側面に設けられており、図示のＡＣアダプタのＡＣケーブル端部のコネクタがＡＣアダプタコネクタ１３０に挿入されて酸素濃縮装置３００へのＡＣアダプタ（交流１００Ｖ）からの電力供給を行うようにしている。また、繰り返し充電可能な外部電池のコネクタを外部電池コネクタ１３１にセットすることで、外出時、室内（屋内）等での移動時などにおいて、最大で２時間程度の電池駆動を可能にしている。
【００３８】
さらに、繰り返し充電可能なリチウムイオン電池である内蔵電池２２８は、図示のように最下位置に配置されており、装置全体の重心位置を低くしている。以上のように、ＡＣ電源（商用電源）、外部電池、内蔵電池の３系統の電源とするとともに、使用する電源の優先順位をＡＣ電源、外部電池、内蔵電池に自動切り換えすることで、特に内蔵電池２２８の温存化を図れるようにしている。
【００３９】
一方、収納されたゼオライトの吸着剤中に圧縮空気を透過させ、吸着剤で窒素を選択的に吸着して酸素を生成するための一対の吸着筒１０８ａ、１０８ｂは、図示のように防音室３０３と主筐体３０２の間の空間に縦方向に並列に設けられている。さらに、生成された酸素を貯める製品タンク１１１は、防音室３０３の上方に配置されている。
【００４０】
上記の電源スイッチ３０６のオン位置に相当する位置には、緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した運転状態ランプ（不図示）が設けられている。また、電池残量モニタが設けられる機種もある。中央に位置する酸素出口３０７は、図示のように全ての囲い部分が操作パネル３０５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられている。この酸素出口３０７の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示を横に印刷した警報表示部が設けられる機種もある。さらに警報表示部の下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプが設けられる機種もある。
【００４１】
そして、上下の酸素流量設定ボタン３０８、３０８はフラットスイッチとして設けられており操作パネル３０５の操作面と略同一面となるように設けられている。この酸素流用設定ボタン３０８は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ(リットル)から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に、酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部３０９で表示するようにしている。
【００４２】
以上のように酸素生成能力を変えて運転することが可能である。また、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられる同調ランプを設ける機種もある。また、呼吸に同期して点滅表示することにより患者に知らせるために設けられる動作インジケータを設けた機種もある。
【００４３】
以上のように操作パネル３０５に配置された各操作部は使用上の安全性および高齢者の使用を前提として必要最小限度の操作で主な機能を全て操作できる。具体的には、表示部２０４の電池残量表示部は、電源オンで約２秒間全点灯する。その後に、内蔵電池２２８または外部充電式電池の残量が１００％であると、発光ＬＥＤを内蔵したランプが緑色に点灯（連続して光る）するとともに、複数段階（例えば、５段階）の表示部の全てが点灯表示される。また、電池残量が満充電に対して所定割合（例えば、２０％）減る度に、順次消灯するとともに点灯数が次第に少なくなり、残り１つの点灯状態になるとオレンジ色等の注意色で点灯して、内蔵のブザーまたは音声ガイドで警告できるように構成されている。
【００４４】
そして、充電式電池の残量が満充電に対して所定割合の例えば１０％以下になると発光ＬＥＤを内蔵したランプが赤色等の警報色に間欠的に光るように点滅するとともに、所定間隔、例えば、５分おきに内蔵のブザーまたは音声ガイドでその旨を警告するようにして、特に外出時や停電時における電池駆動モードでの使用上の安全性を確保している。なお、内蔵電池２２８と外部充電式電池の電池残量表示部を、内蔵電池２２８と外部充電式電池のそれぞれに対応するように別々に表示し、視認しやすいようにしてもよい。
【００４５】
また、警報表示部には「点検」の文字を印刷しておき、酸素濃度が低下したときに内蔵のランプが点灯して知らせるようにしても良い。また装置側の異常発生時にはブザーも鳴り音声ガイドとともに知らせるようにしても良い。また、停電で装置が停止したときには、点滅して知らせる一方で、ブザーおよび音声ガイドで特に視覚障害者に対して確実に知らせることができるようにしても良い。また、酸素ランプは、酸素が正常に酸素吸入されているときには内蔵のＬＥＤが緑色に点灯する。また、酸素が出ていないときあるいは酸素濃度が低下したときには消灯する。そして、同調モード（呼吸同調モード）で、一定時間、例えば３０秒程度呼吸状態を検出できなかった時に警報色である赤色に点灯し、ブザーを鳴らすとともに音声ガイドで知らせるようにしても良い。
【００４６】
また、吸気に同期して濃縮酸素供給を行う同調モードで運転中の場合にはその旨を患者に視認させるために呼吸パターン（酸素出力）に実質的に同期して緑色に点灯または点滅して知らせるようにして、患者は正常に濃縮酸素が供給されていることを確認できるようにしても良い。
【００４７】
一方、電源スイッチ３０６をオンすると、ブザーが鳴り、全てのランプが２秒間緑色に点灯する初期セルフチェックを行い、電池駆動モードで使用するときには、その後に５段階の表示部において残量に応じて点灯表示しても良い。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン３０８の増減操作を行い、所定流量に設定すると酸素供給が開始されることとなる。なお、通常に酸素濃縮装置３００を停止させた場合には、一時記憶装置に前回の動作条件（酸素流量、同調モードの有無）が記憶されることとなる。このため、初期セルフチェックの後に、酸素流量設定ボタン３０８を押さない場合には、自動的に前回の動作条件で濃縮酸素の供給を行なうように構成されている。なお、その旨（前回と同一動作条件等）を音声ガイドで合わせて知らせるようにしても良い。停止時に電源スイッチ３０６をオフすると、酸素ランプも消灯し、しばらくの間、運転ランプが点滅した後に自動的に終了するようにしても良い。
【００４８】
＜酸素濃縮装置３００の流路配管およびブロック図の説明＞
図３は、酸素濃縮装置３００のブロック図を兼ねて図示した流路配管図、図４は、コンプレッサ１の配管系統の詳細の模式図、図５は、コンプレッサ１の上部ハウジング３、下部ハウジング４内のマニホルド（配管系統）の詳細図である。
【００４９】
図３〜図５において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路となる配管２４であり、概ね配管２４ａ〜２４ｌで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。なお、図４において破線で示している配管２４ｃ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌは、実際は、いずれも図５に示すようにマニホルドで形成されているため、チューブ、金属パイプ等は用いられていない。
【００５０】
ここで、以下の説明では、コンプレッサ１として圧縮空気発生部１ａと減圧空気発生部１ｂとフィルタ組立体７と消音器６とを一体化構成したものを用いる場合について述べる。また、外気を吸気口３０２ａ、フィルタ３２０を介して内部に導入し、排気口３０２ｂを介して外部に排出する主筐体３０２については密閉容器として図中において概ね破線で図示されている。
【００５１】
図３において、導入空気の流れに沿って順次述べる。主筐体３０２の内部に吸気口３０２ａ、フィルタ３２０を介して原料空気が導入された後にフィルタ組立体７を備えた加圧吸入タンク７ａに矢印Ｆ方向に導入される。濾過された原料空気は、マニホルドとして形成された配管２４ｉを経てコンプレッサ１の加圧室１ａに入る。
【００５２】
次に、原料空気はコンプレッサ１の加圧室１ａで加圧された圧縮空気となるが、このとき温度上昇した状態でマニホルドとして形成された配管２４ｊ、加圧バッファタンク７ｂを経て配管２４ｃに送り出されるので、好ましくはこの配管２４ｃを放熱効果に優れた上記の放熱管５５に接続し、コンプレッサ１全体を冷却するための送風ファン３３０からの送風を利用して冷却するように設けられている。このように圧縮空気を冷却することで、高温では機能低下してしまう吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として十分に機能できるようになるので、酸素を９０％程度以上にまで濃縮できることとなる。
【００５３】
次に、圧縮空気は、配管２４ｄを介して縦方向に並列に２本分が上記のように配置された第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂに対して交互に供給されることになる。また、減圧空気は配管２４ｈ、減圧バッファタンク６ｂ、マニホルドとして形成された配管２４ｋを介して減圧空気発生部１ｂに導入される。このため切換弁である３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるための浄化工程を行うために、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂに対して配管２４ｆが図示のように接続されている。また、配管２４ｆの下流側はコンプレッサ１の減圧空気発生部１ｂに接続されており、この減圧空気発生部１ｂには、マニホルドとして形成された配管２４ｌを経て、排気時の消音を行い排気口３０２ｂから外部への排気を行うための消音器６を備えた減圧排気タンク６ａが接続されている。
【００５４】
以上の第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤であるゼオライトは、Ｓｉ２０３／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やせるようにしている。特に１ｍｍ未満の顆粒測定値を有するとともに、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。
【００５５】
このようなゼオライトを使用することで、同じ酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる。この結果、圧縮空気と減圧空気とを発生するためのコンプレッサ１をより小型のタイプとすることができ、一層の低騒音化を図ることができる。
【００５６】
一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が図示のように分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側には、合流する配管２４ｗが接続されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が、図示のように配管２４に接続されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する不図示の圧力センサが配管されている。
【００５７】
この製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する所謂レギュレータである圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ１１４が配管２４ｅを介して接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定ボタン３０８に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６がさらに接続されている。またこのセンサ１１６の下流には呼吸同調制御のための減圧空気回路基板を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、酸素濃縮装置３００の酸素出口３０７対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ３１４等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になる。
【００５８】
次に、電源系統は、ＡＣ（商用交流）電源を所定直流電圧に整流するスイッチングレギュレータ式のＡＣアダプタ３１９に接続されたＡＣ電源のコネクタ１３０を中継して接続されるＡＣアダプタ３１９と、主筐体３０２の底部に内蔵される内蔵電池２２８と、上記のコネクタ１３１を介して着脱自在可能に設けられる外部電池２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵電池２２８および外部電池２２７は、繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵電池２２８は電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電される。なお、内蔵電池２２８は、少なくとも５００回（数１００回程度）程度の繰り返し充放電が可能で、電池残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、電池残量、残充電容量、充放電回数を外部の携帯端末などで確認可能なマネジメント機能を有するものが好ましい。また、外部電池２２７については、コネクタ１３１を介する接続状態において、電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電することもできるが、通常は別途準備される電池充電器を用いて繰り返し充電されることになる。または、専用設計された電池充電器を一体化した外部電池２２７として準備しても良い。
【００５９】
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置３００はＡＣアダプタ３１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵電池２２８からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態と、外部電池からの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態との３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えされて使用される。
【００６０】
この自動切換えのための優先順位は上記の第１電力供給状態、第３電力供給状態、第２電力供給状態の順序で自動決定するように中央制御部２００により電源制御回路２２６が制御される。また、電源制御回路２２６には、ＩＤタグコード識別回路がさらに接続される場合があり、携帯時に充電式電池切れとなる事態を防止できるようにしている。すなわち、携帯時に充電式電池切れとなる事態を防止するためには、複数の充電式電池２２８を接続すると良いが、このように複数の電池を接続すると電源切替の手段が複雑になるし、また個別に電力消費をモニタすることができなくなる。
【００６１】
そこで複数の充電式電池２２８、...２２８の内で、放電済の電池からフル充電された充電式電池に自動的に切り換える制御を可能にするために個別に識別ＩＤタグコード及び充電状態検出手段を設けておき、放電済の電池を確認可能にしてフル充電された電池に切り換えるようにしている。さらにまた、電池使用したい時間に合致させて、接続する電池の数を自由に選択し、利便性を高めるようにしている。
【００６２】
さらに内蔵の内蔵電池２２８については酸素濃縮装置３００の低重心化を図るために底面に配設される。一方、外部電池２２７は例えば患者の衣類のポケット内に収容しておき、適宜接続することで外出時などで使用することが可能になる。この外部電池２２７には上記の充電残量表示部が設けられているので残り使用時間を音声ガイドとともに知ることができる。
【００６３】
ＡＣアダプタ３１９は、周波数の違いの影響および電圧の変動を受けずに所定直流電圧を発生することが可能であり、かつまた小型軽量に構成できるスイッチングレギュレータ式が良いが、通常のシリーズ式でも良い。また、内蔵電池２２８および外部電池２２７は充電時のメモリ効果が少なく再充電時にも満杯充電できるリチウムイオン、リチウム水素イオン２次電池が良いが、従来からのニッカド電池やニッケル水素電池でも良い。さらに、緊急時に備えて、どこでも入手可能な単２乾電池のボックスとして外部電池を構成しても良いことになる。
【００６４】
また、中央制御部２００は、生成する酸素量に応じた、最適な動作モードに切り替えるプログラムが記憶されており、多くの酸素生成をする場合は自動的にコンプレッサ１、送風ファン３３０を高速駆動し、少ない酸素生成時の場合には低速に回転駆動する制御を行うモータ制御部２０１、ファンモータ制御部を介して夫々行うことで、特に、内蔵電池２２８を温存させるようにしている。この結果、外部電池２２７を充電し忘れた場合であっても突然の外出時や停電時等の対応が可能になる。
【００６５】
この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、外部記憶装置２１０と、揮発メモリと一時記憶装置とリアルタイムクロックからなる回路２０７がさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。
【００６６】
また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７とをオンオフ制御することで、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるように制御する制御回路と、上記の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７とを駆動制御する流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００６７】
総重量が約４００ｇのコンプレッサ１は、モータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御部により正弦波駆動波形でアウターロータ式の電動モータ２を含む直流モータの駆動制御が行われることで運転音を低くしている。このコンプレッサ１は、各速度で運転可能であって、必要な圧縮空気の圧力レベルと流量を発生でき、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であって僅かな電力消費で運転できるように構成されている。
【００６８】
また、可変速度制御手段である可変速度制御器をモータ制御部２０１に備えることにより、患者の活動レベル、環境条件に基づいてコンプレッサ１の回転駆動速度を自在に変化させることができる。この結果、患者が座ったり、寝たりしている等、患者の酸素要求が比較的低いことがデマンド弁１１７によって呼吸同調に基づき判断されると、コンプレッサ１の駆動回転速度を自動的に落とすことができる。また、患者が立ったり、活動的であったり、後述するように酸素濃度の低い高地にいることがＧＰＳで判断されたときなど、患者の酸素要求が比較的高く、酸素要求量が高まったと判断されると、回転速度を自動的に高めることができるように構成されている。
【００６９】
以上のようなモータ制御によって装置３００全体の消費電力が低減され、充電式電池での駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式電池の重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１の摩耗度を低めて寿命を延ばすことで信頼性を向上できる二次的効果を得ることも可能になる。
【００７０】
このコンプレッサ１は、上記のように圧縮空気発生と減圧空気発生の機能を備えるものであり、取り出される酸素流量に応じて回転数が自動制御され、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御される。また、このコンプレッサ１は、空気を最大で１５０ｋＰａ程度にまで圧縮する性能を備えている。
【００７１】
このコンプレッサ１を取り巻く操作温度は、０℃〜４０℃であり、コンプレッサ１の駆動電圧は、自動車やトラックなどのシガーライターアダプタから得られる電源である直流１２Ｖまたは２４Ｖであって、電力使用量は、約３０Ｗ程度である。このため、最悪の場合にはコネクタ１３１に接続して電源供給することもできる。また、上記の送風ファン３３０は、消費電力約３Ｗ程度であり、濃縮酸素流量に応じて回転数が変動し、騒音の低下、電力の低減に貢献するように構成されている。
【００７２】
３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂとしては、一般的に直動式と呼ばれる弁の動作を通電時の磁力で行う電磁弁が使用可能である。この種の電磁弁は電気の力だけで主弁を動作させるため消費電力が高いという問題点がある。そこで、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂとしてパイロット式３方向切換弁を使用することもできる。このパイロット式３方向切換弁によれば、僅かな消費電力とコンプレッサ１からの空気圧を有効利用して動作させることが出来るために、従来の８Ｗから０．５Ｗにまで低減されるので大幅な電力低減が図れることになる。
【００７３】
以上の各構成部品は、低騒音化された酸素濃縮装置３００の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して図２に図示したように一方向から主に主筐体３０２をその取り付け部として固定できるように設計されている。すなわち、各種制御基板と、上記のように酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２と、圧力調整器１１２の下流側の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、酸素流量センサ１１６と呼吸同調制御のための減圧空気回路基板１１８に接続されるデマンド弁１１７を、全て一方向から固定できるように構成されている。特に振動または騒音発生の伴う構成部品は防音室３０３の内部において防音状態かつ防振状態で設けることで、圧縮空気の供給音と、外部空気の導入音と、原料空気を作るための濾過空気の導入音と周期的に発生する排気音が外部に漏れないようにして騒音低減を図っている。また、３方向切換弁の作動音は上記のように防音シート３１１で覆うことで防音している。さらに主筐体３０２は、その吸気口３０２ａを介して内部に導入し、排気口３０２ｂを介して外部に排出する必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成されることから、さらなる騒音低減を図ることが可能になる。
【００７４】
＜コンプレッサ１の構成＞
図６は、コンプレッサ１の外観斜視図である。本図において、上面左側にフィルタ組立体７を備えた加圧吸入タンク７ａ、その右側には真空ヘッド９が通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。下面左側には加圧タンク７ｂが上部ハウジング３、下部ハウジング４を挟んで加圧吸入タンク７ａと対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。下面右側には真空ヘッド９が上部ハウジング３、下部ハウジング４を挟んで上部の真空ヘッド９と対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。
【００７５】
また、手前側面左側には加圧ヘッド８、手前側面右側には排気マフラ（消音器）６を備えた真空排気タンク６ａが通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。向こう側面左側には加圧ヘッド８が手前側面左側には加圧ヘッド８と対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。また、向こう側面右側には真空吸入タンク６ｂが真空排気タンク６ａと対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。こうして、コンプレッサを水平対向２筒式として、配管マニホルドと吸気フィルタと排気マフラとを一体化した構造となっている。
【００７６】
コンプレッサ１は、減圧空気を発生する減圧室１ｂと、圧縮空気を発生する加圧室１ａと、モータ２で回転駆動される破線図示のクランク軸体１１とを備えている。また、クランク軸体１１の長手方向に沿う寸法Ｈを極限まで小さくするとともに、その横断面形状が図示のような正四角形となる上下面と左右面とを有する上部ハウジング３、下部ハウジング４に対して後述の構成部品を取り付けるように構成されている。フィルタ組立体７の内部にはコイル状の焼結体または特殊繊維から形成されたフィルタ部（不図示）を設けられている。
【００７７】
次に、図７のコンプレッサ１を破線図示の減圧空気ヘッド８とともに示したアイソメトリック図法に基づくスケルトン図を参照して述べる。クランク軸体１１の長手方向に直交する両側面となる上部ハウジング３、下部ハウジング４においてラジアル玉軸受の第１の軸受１３と第２の軸受１４とが固定されており、これらの第１の軸受１３と第２の軸受１４によりクランク軸体１１が回転可能に軸支されている。また、ハウジングの一方の側面でモータ２が固定されており、クランク軸体１１の第１の軸受１３で軸支された一部をハウジングの外側に延設しており、モータ２の出力軸２ａに継手１２を介して接続している。また、第２の軸受１４の近傍のハウジングの内部には、慣性モーメント部１９ｆを形成したフライホイール１９がクランク軸体１１に固定されて設けられている。
【００７８】
以上の構成により、モータ２への通電に伴いトルク変動がフライホイール１９で吸収されつつ、クランク軸体１１が例えば時計回転方向に連続的に回転駆動される。
【００７９】
第１のピストン２５は、クランク軸体１１に設けられた第１の偏心カム（不図示）で第１のコンロッド２６で前後方向に往復運動（図で左右方向）し、第１のシリンダ室（不図示）内で案内される。第１のコンロッド２６の中心軸（動作軸）はＣＬ２で示している。また、第２のピストン２７は、クランク軸体１１に設けられた第２の偏心カム（不図示）で第２のコンロッド２８で前後方向に往復運動（図で左右方向）し、第２のシリンダ室４１ｃ内で案内される。第２のコンロッド２８の中心軸（動作軸）はＣＬ３で示している。第１のコンロッド２６の中心軸（動作軸）ＣＬ２と第２のコンロッド２８の中心軸（動作軸）は僅かにずれているが、第１のピストン２５と第２のピストン２７の中心軸（動作軸）は、共通する第１の中心軸（同一の中心軸）ＣＬ１を有している。
【００８０】
第３のピストン２９は、クランク軸体１１に設けられた第３の偏心カム（不図示）で第３のコンロッド３０で上下方向に往復運動し、第３のシリンダ室（不図示）内で案内される。第４のピストン３１は、クランク軸体１１に設けられた第４の偏心カム（不図示）で第４のコンロッド３２で上下方向に往復運動し、第４のシリンダ室（不図示）内で案内される。第３のコンロッド３０と第４のコンロッド３２の中心軸（動作軸）は僅かにずれているが、第３のピストン２９と第４のピストン３１の中心軸（動作軸）は、共通する第２の中心軸（同一の中心軸）ＣＬ７を持っている。
【００８１】
以上の第１のピストン２５、第２のピストン２７、第３のピストン２９、第４のピストン３１は、同時に圧縮工程、吸気工程を行うようにすることで振動防止を図るようにしている。第１のピストンと一体形成された第１のコンロッド２６はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１５を介して軸支されている。第２のピストンと一体形成された第２のコンロッド２８はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１６を介して軸支されている。第３のピストンと一体形成された第３のコンロッド３０はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１８を介して軸支されている。
【００８２】
第４のピストンと一体形成された第４のコンロッド３２はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１７を介して軸支されている。そして第１のコンロッド２６、第２のコンロッド２８は、中心軸ＣＬ２、中心軸ＣＬ３が上記の第１の中心軸ＣＬ１から距離Ａ１ａ分が図示のようにオフセットされている。
【００８３】
以上の構成により、各第１のピストン２５、第２のピストン２７の駆動時に発生する第１の中心軸ＣＬ１回りの回転モーメントは一切発生しないようにできる。なお、第１のピストン２５、第２のピストン２７、第３のピストン２９、第４のピストン３１のストロークは２〜５ｍｍ程度であるが、酸素出口３０７から２〜３Ｌ／分の９０％以上の高濃度酸素が流れるようにできる。
【００８４】
一方、第３のピストン２９、第４のピストン３１の夫々は上下方向に同じ軸方向に往復運動するようにシリンダ室（不図示）で案内され、第３のピストン２９、第４のピストン３１が同時に圧縮工程、吸気工程を行うようにしている。第３のピストン２９、第４のピストン３１に対応するシリンダ室（不図示）のそして第３のコンロッド３０の中心軸ＣＬ５、第４のコンロッド３２の中心軸ＣＬ６が上記の共通する第２の中心軸ＣＬ７から距離Ａ１ｂ分が図示のようにオフセットされている。このため、第３のピストン２９、第４のピストン３１の駆動時に発生する共通する第２の中心軸ＣＬ７回りの回転モーメントも一切発生しないこととなる。さらに、共通する第１の中心軸ＣＬ１と共通する第２の中心軸ＣＬ７は９０度ずらせて交差している。このため、回転モーメントが水平面の回転モーメントが相殺されることとなる。
【００８５】
図８は、加圧ヘッド８の要部の立体分解図である。真空ヘッド９についても各リード弁５０、５１の開閉方向以外には同様に構成される。本図において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、下方からシリンダブロック４１には、シリンダブロック４１と同じ形状にプレス加工された第１のガスケット（不図示）が設けられている。第１のガスケットの上方には、この第１のガスケットと同じ外形形状と同じ穴部を穿設した下方部材４３が設けられる。この下方部材４３は、板厚１ｍｍ前後のステンレス板またはアルミニウム板からプレス加工することができる。この下方部材４３には、小穴部４３ｋと大穴部４３ｇが設けられている。
【００８６】
下方部材４３の上には、リード弁部材４４が設けられている。このリード弁部材４４は、板厚０．３ｍｍ以下のステンレス板部材または燐青銅板部材からプレス加工されるとともに、各リード弁５０、５１はＵ字形状にその外形が打ち抜かれており破線図示の基部から弾性変形するように形成される。挿通する長ボルト４９で組立時に、下方部材４３の小穴部４３ｋとリード弁５０が同じ位置に、下方部材４３の大穴部４３ｇが同じ位置になるように形成されている。
【００８７】
このリード弁部材４４の上の上方部材４５は上記の下方部材４３とともにリード弁部材４４を上下から挟持するとともに、リード弁５１がそれ以上上方に移動することを規制する規制部４５ｋと穴部４５ｇが形成及び穿設されている。挿通するネジで組立時に、上方部材４５の小穴部４５ｇとリード弁５０が同じ位置に、上方部材４５の規制部４５ｋとリード弁５１が同じ位置になるように形成されている。
【００８８】
こうして、小穴部４３ｋ、リード弁５１、規制部４５ｋが１つの弁として作用する。また、大穴部４３ｇ、リード弁５０、穴部４５ｇが１つの弁として作用する。上方部材４５の上には第２のガスケット（不図示）、さらにその上にヘッドブロック４７が設けられ、これらは、それぞれネジ穴４１ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂ、４７ｂが設けられており、これらを挿通する長ボルト４９を用いて組立てられる。こうして、リード弁、リード弁部材はヘッド独立型の複数のシート弁構造とされている。
【００８９】
図９は、第１のピストン２９、３１が吸気工程にある状態と、第１のピストン２９、３１が圧縮・排気工程にある状態を図示した模式図である。吸気工程においては弾性を有するリード弁５０が撓み（リード弁５１は撓まない）、圧縮・排気工程においては弾性を有するリード弁５１が撓む（リード弁５０は撓まない）。こうして、第１のピストン２９、３１が吸気工程にある状態では、リード弁５０、５１が規制部４５ｋで移動規制されて動作できるようになり圧縮空気と減圧空気を発生できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】(ａ)は、酸素生成原理を説明する配管図、(ｂ)は、圧縮空気による正圧変動吸着（ＰＳＡ）と圧縮空気と減圧空気による正負圧変動吸着（ＶＰＳＡ）における圧力変動を時間経過とともに図示した図表、(ｃ)は、正圧変動吸着と正負圧変動吸着における窒素吸着量を時間経過とともに図示した図表である。
【図２】コンプレッサ１を内蔵した小型酸素濃縮装置３００の内部構成を図示するために要部を破断して示した正面図である。
【図３】酸素濃縮装置３００のブロック図及びマニホルドの模式図である。
【図４】コンプレッサ１の配管系統の詳細の模式図である。
【図５】コンプレッサ１の上部ハウジング３、下部ハウジング４内のマニホルド（配管系統）の詳細図である。
【図６】コンプレッサ１の外観斜視図である。
【図７】コンプレッサ１を減圧空気ヘッド８とともに図示したアイソメトリック図法に基づくスケルトン図である。
【図８】加圧ヘッド８の要部の立体分解図である。
【図９】(ａ)は、吸気工程である状態を図示した模式図、(ｂ）は圧縮・排気工程である状態を図示した模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ コンプレッサ
２ モータ
３ 上部ハウジング
４ 下部ハウジング
５ 蓋部材
６ 排気マフラ（消音器）
７ フィルタ組立体
８ 加圧ヘッド
９ 真空ヘッド
１０ Ｔ字管
１１ クランク軸体
１２ 継手
１３、１４、１５、１６、１７、１８ ラジアル玉軸受
１９ フライホイール
２０ 偏心部材
２２ 配管継手
２４ 配管
２５ 第１のピストン
２６ 第１のコンロッド
２７ 第２のピストン
２８ 第２のコンロッド
２９ 第３のピストン
３０ 第３のコンロッド
３１ 第４のピストン
３２ 第４のコンロッド
４０ 通しボルト
４１ シリンダブロック
４３ 下方部材
４４ リード弁部材
４５ 上方部材
４７ ヘッドブロック
４８ 皿ネジ
４９ 通しボルト
５０、５１ リード弁
５２ 隔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ及びこれを用いた酸素濃縮装置に係り、特に圧力スイング吸着方式による医療用の携帯式の酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の酸素を透過させて、窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いることで酸素を生成する圧力スイング吸着法による酸素濃縮装置が医療用として実用化されている。
【０００３】
この方式の酸素濃縮装置によれば、空気取入口から取り込んだ原料空気を圧縮手段であるコンプレッサで圧縮して圧縮空気を発生し、吸着剤を内蔵した吸着筒に対して圧縮空気を供給することで、酸素を生成し、生成された酸素をタンクに貯めておき、減圧弁や流量設定器を介してタンクから所定流量の酸素を供給可能な状態にすることで、鼻カニューラ等を介して患者に対する酸素吸入ができるように構成されている。
【０００４】
このように構成される酸素濃縮装置を、例えばＡＣ電源（商用電源）の備わっている場所に設置しておけば、例えば肺機能が低下した在宅酸素療法患者は、就寝中でも安全に酸素を吸うことができるようになり安眠できることとなる。特に、就寝中も使用する場合には、酸素濃縮装置は騒音発生が極めて少ないことが好ましい。可能であれば室内の空調設備から発生する騒音レベル以下となることが望ましい。
【０００５】
一方、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効となる長期酸素吸入療法に使用される酸素濃縮装置は、一般的には可搬型ではない。すなわち、患者が外出先に持ち出せるように構成されていない。そこで、患者がやむなく外出する場合には、酸素ボンベを搭載したカートを押しながら、その酸素ボンベから濃縮酸素を吸うようにしている。この酸素ボンベに対する酸素供給は専用設備にて行なわなければならず、患者のＱＯＬ（クオリティ・オブ・ライフ）を少なからず損なうものであった。
【０００６】
そこで、電池駆動されるコンプレッサを使用した可搬型や移動型の酸素濃縮装置が提案されている(特許文献１、特許文献２)。
【０００７】
また、圧縮空気を発生する圧縮手段と減圧空気を発生する減圧手段とを備えたコンプレッサを採用する場合には、特に一体化されたコンプレッサの振動、酸素濃縮プロセスにおける均圧工程時によって発生する振動を低減することを目的とし、減圧手段と切換弁との流路間に外気と連通する減圧空気破壊弁設け、更に均圧工程時と同期して減圧空気破壊弁を開状態にすることで、減圧手段と切換弁との流路内に外気が入り込むことによりコンプレッサの振動防止と低電力化を図る技術が提案されている（特許文献３）。
【０００８】
また、圧縮空気と減圧空気を発生するコンプレッサを、その入口側に夫々接続することで圧縮空気を筒体の内部に導入し、筒体内に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成し、その出口側から生成酸素を供給するとともに、吸着剤が窒素で飽和したときに減圧空気を導入して、窒素を吸着筒体の外部に排出させるための２本の吸着筒体と、２本の吸着筒体の入口側とコンプレッサとの間に接続されることで、圧縮空気流路と減圧空気流路と閉流路とに交互に切り換えるための２組の３方向切換弁と、２本の吸着筒体のいずれかが最高内圧値になったことを検出する圧力センサと、２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されるとともに、圧力センサで最高内圧値が検出されると２本の吸着筒体の間の均等圧化を行うように開状態にされる均等圧弁と、減圧空気発生部と３方向切換弁の減圧空気流路との間に接続されるとともに均等圧化を行うときに開状態にしされることで流路内の圧力を制御する減圧空気破壊弁とを備え、消音器を介して排気を行う空気破壊弁を備えた酸素濃縮装置が提案されている。
【０００９】
さらに、コンプレッサの小型軽量化を図るために１組の水平対向ピストンを設ける提案も成されている。また、配管マニホルドを用いた酸素濃縮装置も提案されている（特許文献４）。
【特許文献１】特開２００２−１２１０１０号公報
【特許文献２】特開２０００−７９１６５号公報
【特許文献３】特開２００５−１１１０１６号公報
【特許文献４】特表２００８−５１５５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように構成される酸素濃縮装置を小型軽量化するときに最も障害となる構成として、最も大きくかつ重いコンプレッサが挙げられる。このコンプレッサは圧縮空気と減圧空気とを発生しなければならない事情から、小型軽量化を図ることは非常に困難であるとされていた。さらに、通常コンプレッサは運転時に騒音と振動が発生する問題があることから、低騒音化と低振動化も重要となる。
【００１１】
したがって、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、大幅な小型軽量化と低騒音化と低振動化を同時に達成でき、省スペース化が可能なコンプレッサ及び酸素濃縮装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のコンプレッサは、１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室とを備え、配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとを一体化したことを特徴としている。
【００１３】
さらに、本発明の酸素濃縮装置は、圧縮空気となる原料空気を濾過するフィルタ組立体と、圧縮空気中から窒素を選択的に吸着して酸素を生成するゼオライトの吸着剤を収納した一対の吸着筒と、前記吸着筒に対してコンプレッサからの圧縮空気と減圧空気とを交互に供給するように流路を切り換えることで前記吸着剤による前記生成及び浄化を行う切換弁と、前記浄化後の減圧空気の排気時の消音を行う消音器と、前記生成された酸素を貯めておく容器と、前記モータの駆動を含む電力供給を行うための充電式電池と、を備えた酸素濃縮装置であって、前記コンプレッサは、１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室とを備え、配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとを一体化したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コンプレッサを水平対向２筒式として、配管マニホルド、吸気フィルタ、排気マフラを一体構造とすることで、省スペース化が可能で小型軽量化を実現することができ、かつ運転時において各ピストンが互いに振動を打ち消すので低騒音化と低振動化を同時に達成できるコンプレッサ及びこれを用いた酸素濃縮装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の好適な一実施形態について添付の図面を参照して、特に携帯型の酸素濃縮装置を実施例の一例として述べる。ここで、本発明は様々な修正と変更が可能であり、その内の特定の事例が図面に図示されており、以下に詳細に記述されることになる。しかしながら、これらに限定されず請求の範囲に規定された範囲で種々の構成が可能であることは言うまでもない。
【００１６】
図１(ａ)は、酸素生成原理を説明する流路配管図、(ｂ)は圧縮空気による圧縮空気力変動吸着法（ＰＳＡ）と圧縮空気と減圧空気による正減圧空気力変動吸着法（ＶＰＳＡ）における圧力変動を時間経過とともに図示した図表、(ｃ)は、圧力変動吸着法（ＰＳＡ）と正減圧空気力変動吸着法（ＶＰＳＡ）における窒素吸着量を圧力とともに図示した図表である。
【００１７】
図１において、圧縮空気のみによる正圧変動吸着法（ＰＳＡ）と圧縮空気と減圧空気による正負圧変動吸着法（ＶＰＳＡ）について簡単に述べる。図１(ａ)において、外部空気を導入してコンプレッサ１で圧縮された原料空気は、一方の３方向切換弁１０９ａを経て第１吸着筒体１０８ａ中に導入される。第１吸着筒体１０８ａには触媒のゼオライトが内蔵されており、ゼオライトにより窒素が吸着され酸素が分離生成されることになる。
【００１８】
このようにして分離生成された酸素は、不図示の逆止弁を通り、製品タンクに流れる。この第１吸着筒体１０８ａの内圧が高まると、３方向切換弁１０９ａが排気側に切り換えられることで、排気が行われる。これに合い前後して均等圧弁１０７が開かれて、第１吸着筒体１０８ａ中で濃縮された一部の酸素を使用して、第２吸着筒体１０８ｂの洗浄を行う均圧工程に移行する。
【００１９】
次に、第１吸着筒体１０８ａの脱着工程（窒素や水分の排出）と第２吸着筒体１０８ｂへの圧縮空気の取入れを行うために３方切換弁１０９ｂが開かれて、第２吸着筒体１０８ｂに流れ込んだ圧縮空気により分離生成された酸素が不図示の逆止弁を介して製品タンク中に流れる。その後、所定の圧力となったことが不図示の圧力センサで検出されると均等圧弁１０７が所定時間開かれて、次に第２吸着筒体１０８ａの洗浄及び均圧工程が行われる。また均等圧弁１０７が開かれることで、第２の吸着筒体１０８ｂで分離生成された酸素が第１の吸着筒体１０８ａの出口部に送り込まれて、内蔵のゼオライトの浄化が行なわれる。以上のような各工程を所定タイミングで繰り返し行うことで、連続した酸素の安定供給を行う。
【００２０】
以上のように２本の各吸着筒体に対して圧縮空気を２個の３方切換弁を切り換えて供給するときに、図１(ｂ)で実線で図示した圧力変化となるように、圧縮空気のみを吸着筒体内に送り窒素を吸着させ、脱着操作を略大気圧下で行う方法は正圧変動吸着法（ＰＳＡ）と呼ばれている。一方、図１（ｂ）において破線で図示したように圧縮空気に加えて負圧（真空）まで減圧することで、より積極的に内蔵のゼオライトの洗浄を行う方法は正負圧変動吸着法（ＶＰＳＡ）と呼ばれている。この方法は積極的に内蔵のゼオライトの洗浄を行うことができるので、上記の正圧変動吸着法よりも優れている。
【００２１】
図１(ｃ)に示したように、正圧変動吸着法による窒素吸着量は、正負圧変動吸着法に比べ、同じ圧差でも窒素吸着量は減少する。このため、圧縮空気と減圧された減圧空気の双方を送気できるコンプレッサを使用すると良い。または、圧縮空気発生用と減圧空気発生専用のコンプレッサを２台設ける必要があるので大型化を回避できない。このため、例えば携帯用の小型酸素濃縮装置に組み入れることは到底不可能になる。
【００２２】
そこで、以下に上記の正負圧変動吸着法に基づいて構成された携帯用の小型の酸素濃縮装置３００を一例として述べる。
【００２３】
＜酸素濃縮装置３００の全体構成の説明＞
図２は、本発明の一実施形態である酸素濃縮装置３００の内部構成を図示するために要部を破断して示した正面図である。この装置３００は不図示の鼻カニューラとともに使用されるとともに、総重量が約２〜４ｋｇで２リットルのペットボトルに略近い上下方に細長い縦長の外観形状を備えている。
【００２４】
このように縦長構成とすることで、不図示の携帯用バッグ上方の開口部からに挿入できるようになり、挿入後にホックを設けた蓋が操作パネル３０５を覆うようにして固定することで脱落防止される状態となる。また、携帯用バッグに固定された吊り下げベルトを肩から掛けるようにして、例えば外出時に邪魔にならないようにして携帯できるように構成されている。また、吊り下げベルトには肩パッドが固定されており肩に負担とならないようにするとともに、携帯用バッグの正面にはチューブを接続した鼻カニューラを収納するパウチが設けられている。なお、携帯用バッグは、合成皮革乃至ウレタン引布製とすることができるとともに、後述する吸気口を塞がないように開口部が形成される。
【００２５】
以上のようにペットボトルに略近い縦長の外観形状を備えているので、携帯用バッグのパウチ内に鼻カニューラと折り曲げたチューブを収納した未使用の状態では、他人が一瞥しただけでは酸素濃縮装置３００であることが簡単には知られないこととなる。
【００２６】
また、軽量化、省エネを徹底的に追求したことで電気代をさらに安くする一方で、付属の着脱可能かつ繰り返し充電可能な外部電池と、繰り返し充電可能な内蔵された充電電池２２８と家庭用商用（ＡＣ）電源の３系統で使用できるようにしている。また、特に内蔵電池２２８および外部電池は、停電時におけるバックアップ電源としても使用できるので安心して使えることになる。さらに、電池節約のために吸気に同調して酸素を送り出す「同調モード」に切り替えることができる機能を備えている。
【００２７】
また、上記の縦長の外観形状を有する密閉カバーを構成する主筐体３０２を射出成形樹脂部品である耐衝撃性を有する熱可塑性樹脂である例えばＡＢＳ樹脂製とすることでデザイン的な自由度を確保している。さらに吸着剤を充填した２本の吸着筒を含む他の構成部品についても極力軽量化するとともに、最も重量の大きなコンプレッサ１については、１組の第１のピストンと、第１のピストンの夫々を、気密状態で往復移動可能に案内する１組の第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと、第２のピストンの夫々を、気密状態で往復移動可能に案内する１組の第２のシリンダ室とをクランク軸体の端部から見て十字式に配列することで、大幅な小型軽量化を実現することで、総重量が約２ｋｇ程度の軽量化を達成している。また、図中の二点鎖線で示した防音室３０３も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製としている。
【００２８】
操作パネル３０５は、例えば約１０度の角度で斜め前方向に形成されており、その上に左から順に、電源スイッチ３０６と、この上の７セグメントの数字でＬＥＤまたは液晶表示を行う酸素流量他の表示部２０４と、樹脂製部品の酸素出口３０７と、樹脂製カバー付きまたはカバー無しの上下２個の酸素流用設定ボタン３０８、３０８が配置されている。また酸素出口３０７の上方には、酸素出口３０７に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられる樹脂製の不図示のカプラが設けられている。このカプラには鼻カニューラ等のフレキシブルなチューブの開口部が連通するようにセットされる。
【００２９】
上記の携帯用バッグに装置３００を装填したときに、日本人の標準身長（１６０〜１７０ｃｍ）の患者が起立状態で両手を下げた腰部分に略該当する高さ付近において、身体の外側となるように操作パネル３０５は斜めに形成される。よって、例えば、立ったままの姿勢で酸素濃縮装置３００の運転操作を無理なく行なうことができる。さらに、酸素出口３０７を中央に配置し、左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、左利きの人であっても何ら違和感なく操作できるように配慮されている。
【００３０】
なお、鼻カニューラに接続されたチューブの全長は、例えば６０ｃｍ以内とすることで特に携帯時に邪魔にならないようにできる。また、患者が生活する同じ部屋内で移動する範囲に略相当する全長としたものを別途準備しておけば、酸素濃縮装置３００を室内の片隅に固定した状態での使用が可能となる。なお、底面の四隅に４つのゴム足（不図示）を固定しておき、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止するとともに簡単には倒れないようにしても良い。
【００３１】
次に、主筐体３０２の背面側の上方には外気を内部に導入するために図示のように横長に形成された吸気口３０２ａが形成されている。また、主筐体３０２の右側面には、酸素を生成した後に、外部に排気を行う外部に開口した排気口３０２ｂが形成されている。
【００３２】
また、副筐体となる防音室３０３は、主筐体３０２と一体成形または別部材として設けられる壁部材３０９から形成されており、防音室３０３の内部の壁面に敷設される防音材３１１を設けることで、コンプレッサ１から発生する運転音を効果的に吸収するようにしている。この防音材３１１は、図示のように主筐体３０２の内部の壁面及び後述する各種電磁弁１０９、１１５、１１７を覆うように設けることで、オンオフ時の運転音を効果的に吸収できるようにしている。
【００３３】
この防音材３１１は、その繊維径が１〜４ミクロンのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）と、繊維径が２０〜３０ミクロンのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）とからなる不織布を用いることができる。このような不織布を用いて軽量に構成することができ、かつ防音吸音効果が飛躍的に上がることが確認された。
【００３４】
コンプレッサ１は、例えば０．５〜２ｍｍ厚のアルミニウム板部材をコの字状に曲げ加工して得られた不図示の取付板に固定した後に、ラバーブッシュを含む防振ゴムを介して防音室３０３の内部に固定される。このコンプレッサ１に一体的に設けられたフィルタ組立体に対して上記の吸気口３０２ａからの原料空気を導入するためのフレキシブルな配管２４が、防音室３０３に穿設された貫通孔を通過するように設けられている。
【００３５】
また、コンプレッサ１で圧縮されることで温度上昇した圧縮空気を冷却するための放熱管５５が配管２４を介して接続されている。この放熱管５５は、例えば銅製またはアルミニウム製の長尺の管を、図示のようにコイル状に巻いて表面積を大きくするように構成されており、温度上昇された圧縮空気が放熱管５５の管の内部を通過する過程で、近傍に配置された軸流ファンを含む放熱ファン３３０の送風により冷却されるように構成されている。
【００３６】
また、放熱ファン３３０の送風は上記の排気口３０２ｂへ向けて排気される。一方、放熱ファン３３０の送風は後述する消音器からの排気も同様に積極的に行うことから、不図示の別の貫通孔を介して防音室３０３内に外気を導入し、上記の放熱及び排気を行うように構成されている。
【００３７】
一方、外部電池コネクタ１３１、ＡＣアダプタコネクタ１３０、１３３が主筐体３０２の左側面に設けられており、図示のＡＣアダプタのＡＣケーブル端部のコネクタがＡＣアダプタコネクタ１３０に挿入されて酸素濃縮装置３００へのＡＣアダプタ（交流１００Ｖ）からの電力供給を行うようにしている。また、繰り返し充電可能な外部電池のコネクタを外部電池コネクタ１３１にセットすることで、外出時、室内（屋内）等での移動時などにおいて、最大で２時間程度の電池駆動を可能にしている。
【００３８】
さらに、繰り返し充電可能なリチウムイオン電池である内蔵電池２２８は、図示のように最下位置に配置されており、装置全体の重心位置を低くしている。以上のように、ＡＣ電源（商用電源）、外部電池、内蔵電池の３系統の電源とするとともに、使用する電源の優先順位をＡＣ電源、外部電池、内蔵電池に自動切り換えすることで、特に内蔵電池２２８の温存化を図れるようにしている。
【００３９】
一方、収納されたゼオライトの吸着剤中に圧縮空気を透過させ、吸着剤で窒素を選択的に吸着して酸素を生成するための一対の吸着筒１０８ａ、１０８ｂは、図示のように防音室３０３と主筐体３０２の間の空間に縦方向に並列に設けられている。さらに、生成された酸素を貯める製品タンク１１１は、防音室３０３の上方に配置されている。
【００４０】
上記の電源スイッチ３０６のオン位置に相当する位置には、緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した運転状態ランプ（不図示）が設けられている。また、電池残量モニタが設けられる機種もある。中央に位置する酸素出口３０７は、図示のように全ての囲い部分が操作パネル３０５の操作面から奥側（図面の裏面側）に引っ込むように設けられている。この酸素出口３０７の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示を横に印刷した警報表示部が設けられる機種もある。さらに警報表示部の下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプが設けられる機種もある。
【００４１】
そして、上下の酸素流量設定ボタン３０８、３０８はフラットスイッチとして設けられており操作パネル３０５の操作面と略同一面となるように設けられている。この酸素流用設定ボタン３０８は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ(リットル)から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に、酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部３０９で表示するようにしている。
【００４２】
以上のように酸素生成能力を変えて運転することが可能である。また、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられる同調ランプを設ける機種もある。また、呼吸に同期して点滅表示することにより患者に知らせるために設けられる動作インジケータを設けた機種もある。
【００４３】
以上のように操作パネル３０５に配置された各操作部は使用上の安全性および高齢者の使用を前提として必要最小限度の操作で主な機能を全て操作できる。具体的には、表示部２０４の電池残量表示部は、電源オンで約２秒間全点灯する。その後に、内蔵電池２２８または外部充電式電池の残量が１００％であると、発光ＬＥＤを内蔵したランプが緑色に点灯（連続して光る）するとともに、複数段階（例えば、５段階）の表示部の全てが点灯表示される。また、電池残量が満充電に対して所定割合（例えば、２０％）減る度に、順次消灯するとともに点灯数が次第に少なくなり、残り１つの点灯状態になるとオレンジ色等の注意色で点灯して、内蔵のブザーまたは音声ガイドで警告できるように構成されている。
【００４４】
そして、充電式電池の残量が満充電に対して所定割合の例えば１０％以下になると発光ＬＥＤを内蔵したランプが赤色等の警報色に間欠的に光るように点滅するとともに、所定間隔、例えば、５分おきに内蔵のブザーまたは音声ガイドでその旨を警告するようにして、特に外出時や停電時における電池駆動モードでの使用上の安全性を確保している。なお、内蔵電池２２８と外部充電式電池の電池残量表示部を、内蔵電池２２８と外部充電式電池のそれぞれに対応するように別々に表示し、視認しやすいようにしてもよい。
【００４５】
また、警報表示部には「点検」の文字を印刷しておき、酸素濃度が低下したときに内蔵のランプが点灯して知らせるようにしても良い。また装置側の異常発生時にはブザーも鳴り音声ガイドとともに知らせるようにしても良い。また、停電で装置が停止したときには、点滅して知らせる一方で、ブザーおよび音声ガイドで特に視覚障害者に対して確実に知らせることができるようにしても良い。また、酸素ランプは、酸素が正常に酸素吸入されているときには内蔵のＬＥＤが緑色に点灯する。また、酸素が出ていないときあるいは酸素濃度が低下したときには消灯する。そして、同調モード（呼吸同調モード）で、一定時間、例えば３０秒程度呼吸状態を検出できなかった時に警報色である赤色に点灯し、ブザーを鳴らすとともに音声ガイドで知らせるようにしても良い。
【００４６】
また、吸気に同期して濃縮酸素供給を行う同調モードで運転中の場合にはその旨を患者に視認させるために呼吸パターン（酸素出力）に実質的に同期して緑色に点灯または点滅して知らせるようにして、患者は正常に濃縮酸素が供給されていることを確認できるようにしても良い。
【００４７】
一方、電源スイッチ３０６をオンすると、ブザーが鳴り、全てのランプが２秒間緑色に点灯する初期セルフチェックを行い、電池駆動モードで使用するときには、その後に５段階の表示部において残量に応じて点灯表示しても良い。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン３０８の増減操作を行い、所定流量に設定すると酸素供給が開始されることとなる。なお、通常に酸素濃縮装置３００を停止させた場合には、一時記憶装置に前回の動作条件（酸素流量、同調モードの有無）が記憶されることとなる。このため、初期セルフチェックの後に、酸素流量設定ボタン３０８を押さない場合には、自動的に前回の動作条件で濃縮酸素の供給を行なうように構成されている。なお、その旨（前回と同一動作条件等）を音声ガイドで合わせて知らせるようにしても良い。停止時に電源スイッチ３０６をオフすると、酸素ランプも消灯し、しばらくの間、運転ランプが点滅した後に自動的に終了するようにしても良い。
【００４８】
＜酸素濃縮装置３００の流路配管およびブロック図の説明＞
図３は、酸素濃縮装置３００のブロック図を兼ねて図示した流路配管図、図４は、コンプレッサ１の配管系統の詳細の模式図、図５は、コンプレッサ１の上部ハウジング３、下部ハウジング４内のマニホルド（配管系統）の詳細図である。
【００４９】
図３〜図５において、既に説明済みの構成部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路となる配管２４であり、概ね配管２４ａ〜２４ｌで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。なお、図４において破線で示している配管２４ｃ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、２４ｋ、２４ｌは、実際は、いずれも図５に示すようにマニホルドで形成されているため、チューブ、金属パイプ等は用いられていない。
【００５０】
ここで、以下の説明では、コンプレッサ１として圧縮空気発生部１ａと減圧空気発生部１ｂとフィルタ組立体７と消音器６とを一体化構成したものを用いる場合について述べる。また、外気を吸気口３０２ａ、フィルタ３２０を介して内部に導入し、排気口３０２ｂを介して外部に排出する主筐体３０２については密閉容器として図中において概ね破線で図示されている。
【００５１】
図３において、導入空気の流れに沿って順次述べる。主筐体３０２の内部に吸気口３０２ａ、フィルタ３２０を介して原料空気が導入された後にフィルタ組立体７を備えた加圧吸入タンク７ａに矢印Ｆ方向に導入される。濾過された原料空気は、マニホルドとして形成された配管２４ｉを経てコンプレッサ１の加圧室１ａに入る。
【００５２】
次に、原料空気はコンプレッサ１の加圧室１ａで加圧された圧縮空気となるが、このとき温度上昇した状態でマニホルドとして形成された配管２４ｊ、加圧バッファタンク７ｂを経て配管２４ｃに送り出されるので、好ましくはこの配管２４ｃを放熱効果に優れた上記の放熱管５５に接続し、コンプレッサ１全体を冷却するための送風ファン３３０からの送風を利用して冷却するように設けられている。このように圧縮空気を冷却することで、高温では機能低下してしまう吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として十分に機能できるようになるので、酸素を９０％程度以上にまで濃縮できることとなる。
【００５３】
次に、圧縮空気は、配管２４ｄを介して縦方向に並列に２本分が上記のように配置された第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂに対して交互に供給されることになる。また、減圧空気は配管２４ｈ、減圧バッファタンク６ｂ、マニホルドとして形成された配管２４ｋを介して減圧空気発生部１ｂに導入される。このため切換弁である３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるための浄化工程を行うために、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂに対して配管２４ｆが図示のように接続されている。また、配管２４ｆの下流側はコンプレッサ１の減圧空気発生部１ｂに接続されており、この減圧空気発生部１ｂには、マニホルドとして形成された配管２４ｌを経て、排気時の消音を行い排気口３０２ｂから外部への排気を行うための消音器６を備えた減圧排気タンク６ａが接続されている。
【００５４】
以上の第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤であるゼオライトは、Ｓｉ２０３／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やせるようにしている。特に１ｍｍ未満の顆粒測定値を有するとともに、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。
【００５５】
このようなゼオライトを使用することで、同じ酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる。この結果、圧縮空気と減圧空気とを発生するためのコンプレッサ１をより小型のタイプとすることができ、一層の低騒音化を図ることができる。
【００５６】
一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が図示のように分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側には、合流する配管２４ｗが接続されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が、図示のように配管２４に接続されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する不図示の圧力センサが配管されている。
【００５７】
この製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する所謂レギュレータである圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ１１４が配管２４ｅを介して接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定ボタン３０８に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６がさらに接続されている。またこのセンサ１１６の下流には呼吸同調制御のための減圧空気回路基板を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、酸素濃縮装置３００の酸素出口３０７対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ３１４等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になる。
【００５８】
次に、電源系統は、ＡＣ（商用交流）電源を所定直流電圧に整流するスイッチングレギュレータ式のＡＣアダプタ３１９に接続されたＡＣ電源のコネクタ１３０を中継して接続されるＡＣアダプタ３１９と、主筐体３０２の底部に内蔵される内蔵電池２２８と、上記のコネクタ１３１を介して着脱自在可能に設けられる外部電池２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵電池２２８および外部電池２２７は、繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵電池２２８は電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電される。なお、内蔵電池２２８は、少なくとも５００回（数１００回程度）程度の繰り返し充放電が可能で、電池残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、電池残量、残充電容量、充放電回数を外部の携帯端末などで確認可能なマネジメント機能を有するものが好ましい。また、外部電池２２７については、コネクタ１３１を介する接続状態において、電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電することもできるが、通常は別途準備される電池充電器を用いて繰り返し充電されることになる。または、専用設計された電池充電器を一体化した外部電池２２７として準備しても良い。
【００５９】
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置３００はＡＣアダプタ３１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵電池２２８からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態と、外部電池からの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態との３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えされて使用される。
【００６０】
この自動切換えのための優先順位は上記の第１電力供給状態、第３電力供給状態、第２電力供給状態の順序で自動決定するように中央制御部２００により電源制御回路２２６が制御される。また、電源制御回路２２６には、ＩＤタグコード識別回路がさらに接続される場合があり、携帯時に充電式電池切れとなる事態を防止できるようにしている。すなわち、携帯時に充電式電池切れとなる事態を防止するためには、複数の充電式電池２２８を接続すると良いが、このように複数の電池を接続すると電源切替の手段が複雑になるし、また個別に電力消費をモニタすることができなくなる。
【００６１】
そこで複数の充電式電池２２８、...２２８の内で、放電済の電池からフル充電された充電式電池に自動的に切り換える制御を可能にするために個別に識別ＩＤタグコード及び充電状態検出手段を設けておき、放電済の電池を確認可能にしてフル充電された電池に切り換えるようにしている。さらにまた、電池使用したい時間に合致させて、接続する電池の数を自由に選択し、利便性を高めるようにしている。
【００６２】
さらに内蔵の内蔵電池２２８については酸素濃縮装置３００の低重心化を図るために底面に配設される。一方、外部電池２２７は例えば患者の衣類のポケット内に収容しておき、適宜接続することで外出時などで使用することが可能になる。この外部電池２２７には上記の充電残量表示部が設けられているので残り使用時間を音声ガイドとともに知ることができる。
【００６３】
ＡＣアダプタ３１９は、周波数の違いの影響および電圧の変動を受けずに所定直流電圧を発生することが可能であり、かつまた小型軽量に構成できるスイッチングレギュレータ式が良いが、通常のシリーズ式でも良い。また、内蔵電池２２８および外部電池２２７は充電時のメモリ効果が少なく再充電時にも満杯充電できるリチウムイオン、リチウム水素イオン２次電池が良いが、従来からのニッカド電池やニッケル水素電池でも良い。さらに、緊急時に備えて、どこでも入手可能な単２乾電池のボックスとして外部電池を構成しても良いことになる。
【００６４】
また、中央制御部２００は、生成する酸素量に応じた、最適な動作モードに切り替えるプログラムが記憶されており、多くの酸素生成をする場合は自動的にコンプレッサ１、送風ファン３３０を高速駆動し、少ない酸素生成時の場合には低速に回転駆動する制御を行うモータ制御部２０１、ファンモータ制御部を介して夫々行うことで、特に、内蔵電池２２８を温存させるようにしている。この結果、外部電池２２７を充電し忘れた場合であっても突然の外出時や停電時等の対応が可能になる。
【００６５】
この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、外部記憶装置２１０と、揮発メモリと一時記憶装置とリアルタイムクロックからなる回路２０７がさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。
【００６６】
また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７とをオンオフ制御することで、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるように制御する制御回路と、上記の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７とを駆動制御する流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００６７】
総重量が約４００ｇのコンプレッサ１は、モータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御部により正弦波駆動波形でアウターロータ式の電動モータ２を含む直流モータの駆動制御が行われることで運転音を低くしている。このコンプレッサ１は、各速度で運転可能であって、必要な圧縮空気の圧力レベルと流量を発生でき、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であって僅かな電力消費で運転できるように構成されている。
【００６８】
また、可変速度制御手段である可変速度制御器をモータ制御部２０１に備えることにより、患者の活動レベル、環境条件に基づいてコンプレッサ１の回転駆動速度を自在に変化させることができる。この結果、患者が座ったり、寝たりしている等、患者の酸素要求が比較的低いことがデマンド弁１１７によって呼吸同調に基づき判断されると、コンプレッサ１の駆動回転速度を自動的に落とすことができる。また、患者が立ったり、活動的であったり、後述するように酸素濃度の低い高地にいることがＧＰＳで判断されたときなど、患者の酸素要求が比較的高く、酸素要求量が高まったと判断されると、回転速度を自動的に高めることができるように構成されている。
【００６９】
以上のようなモータ制御によって装置３００全体の消費電力が低減され、充電式電池での駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式電池の重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１の摩耗度を低めて寿命を延ばすことで信頼性を向上できる二次的効果を得ることも可能になる。
【００７０】
このコンプレッサ１は、上記のように圧縮空気発生と減圧空気発生の機能を備えるものであり、取り出される酸素流量に応じて回転数が自動制御され、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御される。また、このコンプレッサ１は、空気を最大で１５０ｋＰａ程度にまで圧縮する性能を備えている。
【００７１】
このコンプレッサ１を取り巻く操作温度は、０℃〜４０℃であり、コンプレッサ１の駆動電圧は、自動車やトラックなどのシガーライターアダプタから得られる電源である直流１２Ｖまたは２４Ｖであって、電力使用量は、約３０Ｗ程度である。このため、最悪の場合にはコネクタ１３１に接続して電源供給することもできる。また、上記の送風ファン３３０は、消費電力約３Ｗ程度であり、濃縮酸素流量に応じて回転数が変動し、騒音の低下、電力の低減に貢献するように構成されている。
【００７２】
３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂとしては、一般的に直動式と呼ばれる弁の動作を通電時の磁力で行う電磁弁が使用可能である。この種の電磁弁は電気の力だけで主弁を動作させるため消費電力が高いという問題点がある。そこで、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂとしてパイロット式３方向切換弁を使用することもできる。このパイロット式３方向切換弁によれば、僅かな消費電力とコンプレッサ１からの空気圧を有効利用して動作させることが出来るために、従来の８Ｗから０．５Ｗにまで低減されるので大幅な電力低減が図れることになる。
【００７３】
以上の各構成部品は、低騒音化された酸素濃縮装置３００の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して図２に図示したように一方向から主に主筐体３０２をその取り付け部として固定できるように設計されている。すなわち、各種制御基板と、上記のように酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２と、圧力調整器１１２の下流側の酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、酸素流量センサ１１６と呼吸同調制御のための減圧空気回路基板１１８に接続されるデマンド弁１１７を、全て一方向から固定できるように構成されている。特に振動または騒音発生の伴う構成部品は防音室３０３の内部において防音状態かつ防振状態で設けることで、圧縮空気の供給音と、外部空気の導入音と、原料空気を作るための濾過空気の導入音と周期的に発生する排気音が外部に漏れないようにして騒音低減を図っている。また、３方向切換弁の作動音は上記のように防音シート３１１で覆うことで防音している。さらに主筐体３０２は、その吸気口３０２ａを介して内部に導入し、排気口３０２ｂを介して外部に排出する必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成されることから、さらなる騒音低減を図ることが可能になる。
【００７４】
＜コンプレッサ１の構成＞
図６は、コンプレッサ１の外観斜視図である。本図において、上面左側にフィルタ組立体７を備えた加圧吸入タンク７ａ、その右側には真空ヘッド９が通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。下面左側には加圧タンク７ｂが上部ハウジング３、下部ハウジング４を挟んで加圧吸入タンク７ａと対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。下面右側には真空ヘッド９が上部ハウジング３、下部ハウジング４を挟んで上部の真空ヘッド９と対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。
【００７５】
また、手前側面左側には加圧ヘッド８、手前側面右側には排気マフラ（消音器）６を備えた真空排気タンク６ａが通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。向こう側面左側には加圧ヘッド８が手前側面左側には加圧ヘッド８と対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。また、向こう側面右側には真空吸入タンク６ｂが真空排気タンク６ａと対向して通しボルト４０、４０及び不図示のナットとネジを用いて固定されている。こうして、コンプレッサを水平対向２筒式として、配管マニホルドと吸気フィルタと排気マフラとを一体化した構造となっている。
【００７６】
コンプレッサ１は、減圧空気を発生する減圧室１ｂと、圧縮空気を発生する加圧室１ａと、モータ２で回転駆動される破線図示のクランク軸体１１とを備えている。また、クランク軸体１１の長手方向に沿う寸法Ｈを極限まで小さくするとともに、その横断面形状が図示のような正四角形となる上下面と左右面とを有する上部ハウジング３、下部ハウジング４に対して後述の構成部品を取り付けるように構成されている。フィルタ組立体７の内部にはコイル状の焼結体または特殊繊維から形成されたフィルタ部（不図示）を設けられている。
【００７７】
次に、図７のコンプレッサ１を破線図示の減圧空気ヘッド８とともに示したアイソメトリック図法に基づくスケルトン図を参照して述べる。クランク軸体１１の長手方向に直交する両側面となる上部ハウジング３、下部ハウジング４においてラジアル玉軸受の第１の軸受１３と第２の軸受１４とが固定されており、これらの第１の軸受１３と第２の軸受１４によりクランク軸体１１が回転可能に軸支されている。また、ハウジングの一方の側面でモータ２が固定されており、クランク軸体１１の第１の軸受１３で軸支された一部をハウジングの外側に延設しており、モータ２の出力軸２ａに継手１２を介して接続している。また、第２の軸受１４の近傍のハウジングの内部には、慣性モーメント部１９ｆを形成したフライホイール１９がクランク軸体１１に固定されて設けられている。
【００７８】
以上の構成により、モータ２への通電に伴いトルク変動がフライホイール１９で吸収されつつ、クランク軸体１１が例えば時計回転方向に連続的に回転駆動される。
【００７９】
第１のピストン２５は、クランク軸体１１に設けられた第１の偏心カム（不図示）で第１のコンロッド２６で前後方向に往復運動（図で左右方向）し、第１のシリンダ室（不図示）内で案内される。第１のコンロッド２６の中心軸（動作軸）はＣＬ２で示している。また、第２のピストン２７は、クランク軸体１１に設けられた第２の偏心カム（不図示）で第２のコンロッド２８で前後方向に往復運動（図で左右方向）し、第２のシリンダ室４１ｃ内で案内される。第２のコンロッド２８の中心軸（動作軸）はＣＬ３で示している。第１のコンロッド２６の中心軸（動作軸）ＣＬ２と第２のコンロッド２８の中心軸（動作軸）は僅かにずれているが、第１のピストン２５と第２のピストン２７の中心軸（動作軸）は、共通する第１の中心軸（同一の中心軸）ＣＬ１を有している。
【００８０】
第３のピストン２９は、クランク軸体１１に設けられた第３の偏心カム（不図示）で第３のコンロッド３０で上下方向に往復運動し、第３のシリンダ室（不図示）内で案内される。第４のピストン３１は、クランク軸体１１に設けられた第４の偏心カム（不図示）で第４のコンロッド３２で上下方向に往復運動し、第４のシリンダ室（不図示）内で案内される。第３のコンロッド３０と第４のコンロッド３２の中心軸（動作軸）は僅かにずれているが、第３のピストン２９と第４のピストン３１の中心軸（動作軸）は、共通する第２の中心軸（同一の中心軸）ＣＬ７を持っている。
【００８１】
以上の第１のピストン２５、第２のピストン２７、第３のピストン２９、第４のピストン３１は、同時に圧縮工程、吸気工程を行うようにすることで振動防止を図るようにしている。第１のピストンと一体形成された第１のコンロッド２６はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１５を介して軸支されている。第２のピストンと一体形成された第２のコンロッド２８はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１６を介して軸支されている。第３のピストンと一体形成された第３のコンロッド３０はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１８を介して軸支されている。
【００８２】
第４のピストンと一体形成された第４のコンロッド３２はクランク軸体１１に対してラジアル玉軸受１７を介して軸支されている。そして第１のコンロッド２６、第２のコンロッド２８は、中心軸ＣＬ２、中心軸ＣＬ３が上記の第１の中心軸ＣＬ１から距離Ａ１ａ分が図示のようにオフセットされている。
【００８３】
以上の構成により、各第１のピストン２５、第２のピストン２７の駆動時に発生する第１の中心軸ＣＬ１回りの回転モーメントは一切発生しないようにできる。なお、第１のピストン２５、第２のピストン２７、第３のピストン２９、第４のピストン３１のストロークは２〜５ｍｍ程度であるが、酸素出口３０７から２〜３Ｌ／分の９０％以上の高濃度酸素が流れるようにできる。
【００８４】
一方、第３のピストン２９、第４のピストン３１の夫々は上下方向に同じ軸方向に往復運動するようにシリンダ室（不図示）で案内され、第３のピストン２９、第４のピストン３１が同時に圧縮工程、吸気工程を行うようにしている。第３のピストン２９、第４のピストン３１に対応するシリンダ室（不図示）のそして第３のコンロッド３０の中心軸ＣＬ５、第４のコンロッド３２の中心軸ＣＬ６が上記の共通する第２の中心軸ＣＬ７から距離Ａ１ｂ分が図示のようにオフセットされている。このため、第３のピストン２９、第４のピストン３１の駆動時に発生する共通する第２の中心軸ＣＬ７回りの回転モーメントも一切発生しないこととなる。さらに、共通する第１の中心軸ＣＬ１と共通する第２の中心軸ＣＬ７は９０度ずらせて交差している。このため、回転モーメントが水平面の回転モーメントが相殺されることとなる。
【００８５】
図８は、加圧ヘッド８の要部の立体分解図である。真空ヘッド９についても各リード弁５０、５１の開閉方向以外には同様に構成される。本図において、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附して説明を割愛すると、下方からシリンダブロック４１には、シリンダブロック４１と同じ形状にプレス加工された第１のガスケット（不図示）が設けられている。第１のガスケットの上方には、この第１のガスケットと同じ外形形状と同じ穴部を穿設した下方部材４３が設けられる。この下方部材４３は、板厚１ｍｍ前後のステンレス板またはアルミニウム板からプレス加工することができる。この下方部材４３には、小穴部４３ｋと大穴部４３ｇが設けられている。
【００８６】
下方部材４３の上には、リード弁部材４４が設けられている。このリード弁部材４４は、板厚０．３ｍｍ以下のステンレス板部材または燐青銅板部材からプレス加工されるとともに、各リード弁５０、５１はＵ字形状にその外形が打ち抜かれており破線図示の基部から弾性変形するように形成される。挿通する長ボルト４９で組立時に、下方部材４３の小穴部４３ｋとリード弁５０が同じ位置に、下方部材４３の大穴部４３ｇが同じ位置になるように形成されている。
【００８７】
このリード弁部材４４の上の上方部材４５は上記の下方部材４３とともにリード弁部材４４を上下から挟持するとともに、リード弁５１がそれ以上上方に移動することを規制する規制部４５ｋと穴部４５ｇが形成及び穿設されている。挿通するネジで組立時に、上方部材４５の小穴部４５ｇとリード弁５０が同じ位置に、上方部材４５の規制部４５ｋとリード弁５１が同じ位置になるように形成されている。
【００８８】
こうして、小穴部４３ｋ、リード弁５１、規制部４５ｋが１つの弁として作用する。また、大穴部４３ｇ、リード弁５０、穴部４５ｇが１つの弁として作用する。上方部材４５の上には第２のガスケット（不図示）、さらにその上にヘッドブロック４７が設けられ、これらは、それぞれネジ穴４１ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂ、４７ｂが設けられており、これらを挿通する長ボルト４９を用いて組立てられる。こうして、リード弁、リード弁部材はヘッド独立型の複数のシート弁構造とされている。
【００８９】
図９は、第１のピストン２９、３１が吸気工程にある状態と、第１のピストン２９、３１が圧縮・排気工程にある状態を図示した模式図である。吸気工程においては弾性を有するリード弁５０が撓み（リード弁５１は撓まない）、圧縮・排気工程においては弾性を有するリード弁５１が撓む（リード弁５０は撓まない）。こうして、第１のピストン２９、３１が吸気工程にある状態では、リード弁５０、５１が規制部４５ｋで移動規制されて動作できるようになり圧縮空気と減圧空気を発生できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】(ａ)は、酸素生成原理を説明する配管図、(ｂ)は、圧縮空気による正圧変動吸着（ＰＳＡ）と圧縮空気と減圧空気による正負圧変動吸着（ＶＰＳＡ）における圧力変動を時間経過とともに図示した図表、(ｃ)は、正圧変動吸着と正負圧変動吸着における窒素吸着量を時間経過とともに図示した図表である。
【図２】コンプレッサ１を内蔵した小型酸素濃縮装置３００の内部構成を図示するために要部を破断して示した正面図である。
【図３】酸素濃縮装置３００のブロック図及びマニホルドの模式図である。
【図４】コンプレッサ１の配管系統の詳細の模式図である。
【図５】コンプレッサ１の上部ハウジング３、下部ハウジング４内のマニホルド（配管系統）の詳細図である。
【図６】コンプレッサ１の外観斜視図である。
【図７】コンプレッサ１を減圧空気ヘッド８とともに図示したアイソメトリック図法に基づくスケルトン図である。
【図８】加圧ヘッド８の要部の立体分解図である。
【図９】(ａ)は、吸気工程である状態を図示した模式図、(ｂ）は圧縮・排気工程である状態を図示した模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ コンプレッサ
２ モータ
３ 上部ハウジング
４ 下部ハウジング
５ 蓋部材
６ 排気マフラ（消音器）
７ フィルタ組立体
８ 加圧ヘッド
９ 真空ヘッド
１０ Ｔ字管
１１ クランク軸体
１２ 継手
１３、１４、１５、１６、１７、１８ ラジアル玉軸受
１９ フライホイール
２０ 偏心部材
２２ 配管継手
２４ 配管
２５ 第１のピストン
２６ 第１のコンロッド
２７ 第２のピストン
２８ 第２のコンロッド
２９ 第３のピストン
３０ 第３のコンロッド
３１ 第４のピストン
３２ 第４のコンロッド
４０ 通しボルト
４１ シリンダブロック
４３ 下方部材
４４ リード弁部材
４５ 上方部材
４７ ヘッドブロック
４８ 皿ネジ
４９ 通しボルト
５０、５１ リード弁
５２ 隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室と、を備えたコンプレッサであって、
配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとをさらに一体化したことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
圧縮空気となる原料空気を濾過するフィルタ組立体と、圧縮空気中から窒素を選択的に吸着して酸素を生成するゼオライトの吸着剤を収納した一対の吸着筒と、前記吸着筒に対してコンプレッサからの圧縮空気と減圧空気とを交互に供給するように流路を切り換えることで前記吸着剤による前記生成及び浄化を行う切換弁と、前記浄化後の減圧空気の排気時の消音を行う消音器と、前記生成された酸素を貯めておく容器と、前記モータの駆動を含む電力供給を行うための充電式電池と、を備えた酸素濃縮装置であって、
前記コンプレッサは、１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室とを備え、配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとをさらに一体化したことを特徴とするコンプレッサを用いた酸素濃縮装置。
【請求項１】
１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室と、を備えたコンプレッサであって、
配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとをさらに一体化したことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
圧縮空気となる原料空気を濾過するフィルタ組立体と、圧縮空気中から窒素を選択的に吸着して酸素を生成するゼオライトの吸着剤を収納した一対の吸着筒と、前記吸着筒に対してコンプレッサからの圧縮空気と減圧空気とを交互に供給するように流路を切り換えることで前記吸着剤による前記生成及び浄化を行う切換弁と、前記浄化後の減圧空気の排気時の消音を行う消音器と、前記生成された酸素を貯めておく容器と、前記モータの駆動を含む電力供給を行うための充電式電池と、を備えた酸素濃縮装置であって、
前記コンプレッサは、１組の第１のピストンと第１の偏心カムと第１のシリンダ室と、１組の第２のピストンと第２の偏心カムと第２のシリンダ室と、１組の第３のピストンと第３の偏心カムと第３のシリンダ室と、１組の第４のピストンと第４の偏心カムと第４のシリンダ室とを備え、配管マニホルドと、吸気フィルタと、排気マフラとをさらに一体化したことを特徴とするコンプレッサを用いた酸素濃縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１７４７６（Ｐ２０１０−１７４７６Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８２９６８（Ｐ２００８−１８２９６８）
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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