酸素濃縮装置
【課題】 酸素供給量が小さいときに低騒音化を実現可能にした酸素濃縮装置の提供。
【解決手段】２本の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂの入口側とコンプレッサ１０５の間に接続される２組の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと、均等圧弁１０７と、酸素供給量を毎分０．１〜３リットルの範囲で設定する酸素供給量設定部８と、酸素流量が毎分約１〜３リットルに設定されると排気を行う第１負圧破壊弁１２０に加えて、酸素流量が毎分１リットル未満に設定されると均等圧化を行うときに開状態にされて排気を行う第２負圧破壊弁１２１とを備える。
【解決手段】２本の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂの入口側とコンプレッサ１０５の間に接続される２組の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと、均等圧弁１０７と、酸素供給量を毎分０．１〜３リットルの範囲で設定する酸素供給量設定部８と、酸素流量が毎分約１〜３リットルに設定されると排気を行う第１負圧破壊弁１２０に加えて、酸素流量が毎分１リットル未満に設定されると均等圧化を行うときに開状態にされて排気を行う第２負圧破壊弁１２１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用の酸素濃縮装置に係り、特に圧力スイング吸着方式と呼ばれる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各種機器が実用化されている。
【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、この圧縮時に温度上昇した圧縮空気を熱交換器で冷やしている。この熱交換器を上記の圧縮手段とともに外気空気を吹付ける冷却手段で冷却するとともに、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、バッテリ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、本願出願人は圧縮空気を発生する圧縮手段と負圧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、特に一体化されたコンプレッサの振動、そして、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負圧破壊弁設け、更に均圧工程時と同期して負圧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を提案している。（特許文献３）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、減圧手段（負圧発生部）と３方向切換弁の負圧流路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されることで外気を導入することが可能な負圧破壊弁を用いる装置によれば、均圧工程時に発生する高真空化を低減することができ、騒音低下、低電力化を図れることが確認されている。
【０００９】
しかしながら、定常運転中の騒音低減も大きな課題であり、特にコンプレッサの回転数を意図して変動させる装置においては、低回転中の振動抑制は大きな課題である。
【００１０】
特に、圧縮手段と減圧手段とが一体化されたコンプレッサを備え、酸素流量に関連付けて回転数を制御する場合には、モータが低回転時（約１５００ＲＰＭ以下）に激しい振動が発生することになる。
【００１１】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであり、特に設定酸素流量が小さく設定され場合にコンプレッサ振動を抑制することにより低騒音化を図るとともに排気の騒音を小さくできる酸素濃縮装置の提供を目的としている。特に、病院などの医療サイト、在宅等で使用可能な好適な医療用の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、本発明によれば、大気の一部を用いて圧縮空気を発生する圧縮空気発生手段と、負圧を発生する減圧発生手段と、前記圧縮空気をその筒体の内部に導入し、前記筒体内に充填された触媒吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着筒体と、前記吸着筒体内に前記圧縮空気を導入する状態と、前記触媒吸着剤が窒素で飽和したときに窒素を前記吸着筒体の外部に排出させるように前記吸着筒体内に前記負圧を導入する状態に流路を切り換える流路切換手段と、を備えた酸素濃縮装置であって、前記減圧発生手段と前記流路切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を接続し、前記負圧破壊弁を開状態にして排気を行うことを特徴としている。
【００１３】
また、前記圧縮空気発生手段と前記減圧発生手段とを一体的に設けたコンプレッサを備えることを特徴としている。
【００１４】
また、前記吸着筒体は、前記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、前記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てその出口側から酸素を供給するとともに、前記吸着剤が窒素で飽和したときに負圧を導入して窒素を外部に排出させる２本の吸着筒体であり、前記流路切換手段は、前記２本の吸着筒体の前記入口側と前記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負圧流路と閉流路とに交互に切り換える２組の３方向切換弁であり、前記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、前記２本の吸着筒体の前記出口側の間で分岐配管されるとともに前記圧力センサで前記最高内圧値が検出されると前記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、前記負圧破壊弁は前記負圧発生部と前記３方向切換弁の前記負圧流路との間に接続されるとともに前記均等圧化を行うときに開状態にされることで消音器を介して排気を行うとともに、酸素供給量を毎分０．１〜４リットル以上の範囲で設定する酸素供給量設定手段と、前記２組の３方向切換弁と前記均等圧弁と前記負圧破壊弁の開閉制御を司る制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記酸素供給量設定手段による酸素流量設定に応じて前記開状態にされるべき前記負圧破壊弁の個数を決定することを特徴としている。
【００１５】
また、前記消音器は、金属あるいは樹脂材料からなる管から構成され、かつ前記管の側面の長手方向に所定間隔で複数個の小孔が穿設されることを特徴としている。
【００１６】
そして、ＡＣ駆動モードとバッテリ駆動モードとを備え、前記ＡＣ駆動モード時における酸素生成能力を前記バッテリ駆動モード時における酸素生成能力の約２倍になるように自動または手動的に切替えるとともに、前記コンプレッサと送風ファンを、前記ＡＣ駆動モード時において高速に、またバッテリ駆動モード時において低速に回転駆動する制御を行う制御手段を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の別の態様によれば、圧縮空気を発生する圧縮手段と、負圧を発生する減圧手段と、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と、切換弁と、備えた酸素濃縮装置であって、前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴としている。また、圧縮空気を発生する圧縮手段と負圧を発生する減圧手段とを備えたコンプレッサと、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と切換弁とを備えた酸素濃縮装置であって、前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、９０％程度以上に濃縮された酸素流量が例えば毎分１リットル未満に設定されて第２負圧破壊弁が開状態となることで、コンプレッサへの負荷（真空圧力）がコントロールされ、低騒音化と低電力化を図ることが出来る圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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が、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り、特に商用電源であるＡＣ電源のみとする室内設置式の圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置やコンプレッサを用いる吸着膜型酸素濃縮装置１にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２０】
＜酸素濃縮装置１の全体構成の説明＞
先ず、図１は一実施形態に係る可搬型の圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置１を前方左斜め上から見た外観斜視図である。また、図２は図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【００２１】
図１と図２から分かるように、この酸素濃縮装置１は、設置場所を最少にするために上下方向に細長いスマートな一見して小型旅行カバン風の外観形状を備えている。このため一瞥しただけでは他人に酸素濃縮装置１であることが知られないように配慮している。
【００２２】
また、特長としては従来の酸素濃縮装置の約三分の一の重さの軽量化、省エネを追求したことで電気代は一日当たり約３４円（電気代を１ｋｗＨ当たり１５．５８円として）とする一方で、付属の着脱可能で繰り返し充電可能な外部バッテリと繰り返し充電可能な内蔵された充電バッテリと家庭用商用（ＡＣ）電源の３系統で使用できることなどが挙げられる。また、特に内蔵バッテリおよび外部バッテリは、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。さらに、バッテリ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出来る機能を備えている。
【００２３】
また、後述するように、密閉カバーを構成するための図示の表面カバー２と裏面カバー３を射出成形樹脂部品とし、さらに吸着剤を充填した並列に複数配列した吸着筒（本実施例では、２本）を含む他の構成部品についても極力軽量化することで総重量が約１０ｋｇ程度の軽量化（ＡＣ電源使用でキャリア１０を設けない場合）とした。この結果、大人が片手で持ち運べる、所謂可搬型にするための取っ手部分となる酸素濃縮装置１を持ち上げる力に十分に耐え得る強度を備えるハンドル４を図示のように上方に設けており、デザイン的な特徴を演出している。
【００２４】
また、この酸素濃縮装置１の外形寸法は、全体が丸みを帯びており、具体的には幅Ｗが３５０ｍｍ×奥行きＤが２５０ｍｍ×高さＨが５５０ｍｍである。このため、床面上の占有面積を極力小できることから上記の軽量化とともに小型化を図っている。また、酸素濃縮装置１のデザイン上の特徴点としては、設置床面から酸素濃縮装置１の前面を３次元的に覆うようにした前面カバー２を、図１に示すようにハンドル４の底面に連続するアクセントラインを左右に上下方向に凹状に一体形成し、さらにこれらのアクセントラインで挟まれる部分を淡い暖色系とし、この上方に同色系の操作パネル５を配置する一方で、裏面カバー３を含む残りの部分をベージュ乃至クリーム系の色としている。
【００２５】
以上のようなデザインおよび配色を施した所謂ツートンカラーの近代的なデザインとすることで、酸素濃縮装置１を室内に設置したときに家具などの他の調度品との調和を図れるように配慮している。また、表面カバー２と裏面カバー３は、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。
【００２６】
図１において、操作パネル５は、ハンドル４の下方の開口部において裏面カバー３との接合面まで、例えば約１０度の角度で斜め上に延設されており、その上に左から順に、樹脂製の大型ダイヤル式の電源スイッチ６と、樹脂製部品の酸素出口７と、樹脂製カバー付きの酸素流用設定ボタン８と、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表示部９が配置されている。また酸素出口７の上方には、酸素出口７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カプラ１３が示されている。このカプラ１３には鼻カニューラ１４等のチューブ１５の開口部が連通するようにセットされる。
【００２７】
この操作パネル５は、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設けられているので、立ったままの姿勢で酸素濃縮装置１の運転操作を行なうことができる。このため従来の酸素濃縮装置のようにいちいち座ったり覗き込む必要がなくなる。また、場合によっては後述する遠隔操作で使用することもできる。したがって、特に患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらには、左利きの人であっても酸素出口７を中央にして左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、何ら違和感なく操作できることになる。
【００２８】
なお、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を引っかけるための不図示のフックを設けて、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を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てフックから外して使用し、未使用時はチューブ１５を数回巻き付けた後に、鼻カニューラ１４等を接続した状態のチューブ１５をフックに引っかけるようにしても良い。
【００２９】
また、図中の二点鎖線で示した底蓋４１も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製である。この底蓋４１には４つのゴム足２２が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。一方、外出時等の移動時に使用するキャリア１０を２本の固定ネジ１２で底蓋４１に対して固定するように構成されている。このキャリア１０には、上記の各ゴム足２２より大きな孔部１０ｂが対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタ１１を設けている。また、このキャリア１０のベースは軽量化のために軽金属の強化アルミ板製であり、４辺の縁部を全て曲げ加工して強度を確保している。また、後述する外部バッテリを裏側から挿入し所定位置に収容し不動状態にするための収容部１０ｃと、２本の固定ネジ１２を通過させて上記の底蓋４１の雌ネジ部に螺合固定させることでキャリア１０を装置１に対して一体化するための孔部１０ａがそれぞれ設けられている。
【００３０】
次に、図２を参照して説明する。裏面カバー３は、合計で８本の複数の固定用のネジ１６により上記の表面カバー２に対して固定されることで密閉カバーを構成している。この裏面カバー３も上記の前面カバー２と同様に、耐衝撃性の熱可塑性樹脂の例えばＡＢＳ樹脂製である。この裏面カバー３に一体形成される前後方向半分のハンドル４の下方に手が入るようにした開口部の下方には、内部に外気導入フィルタ２０を交換自在に収容したフィルタ交換用蓋１７が着脱自在に設けられている。
【００３１】
この裏面カバー３の下方の左右部分には後述する排気を行う排気口３ａ、３ｂが格子を設けた状態で形成されている。また、各排気口３ａ、３ｂの間の部分は、上方に切り欠かれた切り欠き部となっており、外部バッテリコネクタ１３１、ＡＣアダプタコネクタ１３０を図示のようにこの切り欠き部から夫々露出させている。さらに、図示のＡＣアダプタ１９のＡＣケーブル１９ａ端部のコネクタ１９ｂはＡＣアダプタコネクタ１３０に挿入されて酸素濃縮装置１へのＡＣアダプタ（交流１００Ｖ）１９から酸素濃縮装置へ電力の供給を行う。また、繰り返し充電可能な外部バッテリ２２７のコネクタ２２７ｃをバッテリコネクタ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、患者に供給される酸素流量にもよるが、最大２時間程度のバッテリ駆動を可能になる。
【００３２】
さらに、繰り返し充電可能な内蔵バッテリ２２８（図７を参照の事）も備えており、ＡＣ電源（商用電源）、外部バッテリ、内蔵バッテリの３系統の電源としている。また、使用する電源の優先順位をＡＣ電源、外部バッテリ、内蔵バッテリとすることで、特に内蔵バッテリの温存を図るようにしている。この外部バッテリ２２７の表面には押圧されることでバッテリ残量を表示する残量確認ボタン２２７ａと、残量確認のためにこの残量確認ボタン２２７ａが押圧されると残量１００％で複数、例えば５個の表示部が点灯し、残量２０％で１個の表示部が点灯する複数段階（５段階）表示を例えばＬＥＤ表示するための残量確認モニタ２２７ｂを備えている。また、この外部バッテリ２２７は例えばリチウムイオン電池などの二次電池であり充電器が一体的に設けられた専用設計されると良い。または、ＡＣ電源に接続される充電器から充電を行うようにしても良い。このように構成された充電式バッテリ２２７を、使用前に充電残量を必ず確認することで、外出先でバッテリ切れが起こる最悪の事態にならないようにしている。
【００３３】
また、キャリア１０には、収容部１０ｃをはさんでコードフック２１、２１が固定されており、上記のＡＣアダプタケーブル１９ａを巻き付けるようにして移動時に邪魔にならないようにしている。
【００３４】
次に、図３は鼻カニューラ１４等の延長チューブセットの外観斜視図である。本図において、鼻カニューラ１４等のチューブ１５にはカプラ１３を介して延長チューブ３１を接続するために樹脂製の中継カプラ３０が接続されている。このように延長チューブ３１を接続することで最長約１５ｍの長さまで延長できる結果、患者の移動範囲を大きくでき、さらなるＱＯＬの改善ができることとなる。
【００３５】
次に、図４は酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。本図において、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、電源スイッチ６は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。また、この電源スイッチ６は殆どの部分が操作パネル５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ので、例えば患者がつまづくなどして操作パネル５に対して激しくぶつかった場合でも、怪我などをしないように安全上の配慮がされている。この電源スイッチ６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１２８ａが設けられている。また、この運転状態ランプ１２８ａの上にはバッテリ残量モニタ１２８ｄが設けられている。
【００３６】
また、中央の酸素出口７についても図示のように全ての囲い部分が操作パネル５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７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１２８ｃが設けられている。この警報表示部１２８ｃ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１２８ｂが設けられている。
【００３７】
そして、酸素流量設定ボタン８は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ８ａ、８ｂとして設けられており操作パネル５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８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９で表示するようにしている。以上のようにして酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ２５は、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ている。また、動作インジケータ２５ａは、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ている。
【００３８】
以上のように操作パネル５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を行うようにしている。
【００３９】
図５(ａ)は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、図５(ｂ)は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また図５(ｃ)は、酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【００４０】
先ず、図５（ａ）において、バッテリ残量表示部１２８ｄは、電源オンで約２秒間全点灯する。その後に、内蔵バッテリ２２８（図７参照）または外部充電式バッテリ２２７の残量が１００％であると、左側に設けられた発光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）の表示部の全てが図示のように点灯表示される。また、バッテリ残量が満充電に対して所定割合（例えば、２０％）減る度に、右側から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後述する音声ガイドで警告できるように構成されている。
【００４１】
そして、充電式バッテリの残量が満充電に対して所定割合（例えば、１０％）以下になると左側に設けられた発光ＬＥＤを内蔵したランプが赤色等の警報色に点滅（間欠的に光る）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。このようにして、特に外出時や停電時におけるバッテリ駆動モードでの使用上の安全性を確保している。なお、内蔵バッテリ２２８と外部充電式バッテリ２２７のバッテリ残量表示部１２８ｄを、内蔵バッテリ２２８と外部充電式バッテリ２２７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。
【００４２】
次に、図５（ｂ）において、警報表示部１２８ｃは「点検」の文字が印刷されており、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いる。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いる。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いる。
【００４３】
そして、図５（ｃ）において、酸素ランプ１２８ｂ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いる。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いる。こうすることで、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。
【００４４】
一方、電源スイッチ６をオンすると、ブザーが鳴り音声ガイドとともに、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）。そして、バッテリ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される。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン８の増減スイッチ８ａ，８ｂを操作し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（増減スイッチ８ａを押すことで酸素流量が増加し、増減スイッチ８ｂを押すことで酸素流量が減少）。なお、通常に酸素濃縮装置１を停止させた場合、一時記憶装置２０６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。このため、初期セルフチェックの後、酸素流量設定ボタン８を押さない場合、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なっている。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よい。
【００４５】
停止時には、電源スイッチ６をオフすると、酸素ランプ１２８ｂが消灯し、しばらくの間、運転ランプ１２８ａが点滅した後に自動的に終了する。
【００４６】
患者が毎日行う作業として、裏面カバー３に設けられた外気導入フィルタ２０に付着したゴミや埃などを掃除機で取り除くことがある。この作業を簡単にできるようにするために外気導入フィルタ２０を容易に着脱できるように構成されている。
【００４７】
図６(ａ)は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にするための様子を示した外観斜視図、(ｂ)は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また(ｃ)は、図６(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。
【００４８】
先ず、図６（ａ）において、裏面カバー３には外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１を穿設した開口部３ｋが設けられており、この開口部３ｋに対して交換用蓋１７が図示のように着脱可能に設けられている。また、この開口部３ｋは交換用蓋１７の全体を埋没する容積を有しており、上方において指先が入る凹部３ｃを形成している。
【００４９】
次に、図６（ｂ）において、交換用蓋１７は図示のように横方向の開口部１７ｂと４隅の起立部１７ａが設けられており、起立部１７ａで囲まれる部分の中に連続気泡のスポンジ製の外気導入フィルタ２０を、それ自体の有する弾性力により不動状態で収めるようにしている。この起立部１７ａは、開口部３ｋへの取付壁部を兼ねている。このため、図示の状態で外気導入フィルタ２０を取り出し、水洗により洗浄するか、新品に交換することで、交換用蓋１７にセットするようにして元に戻せることとなる。
【００５０】
図６（ｃ）において、交換用蓋１７が図示のように開口部３ｋにセットされると、本体の遮蔽板３２の端面３２ａが外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１の殆どの部分を覆い隠し、わずかに上方部分を残す状態になる。この結果、外気は矢印Ｆ方向に内部に導入されることになる。このように遮蔽板３２で内部から裏面カバー３を覆うことで騒音が外部に漏れることを効果的に防止している。すなわち、酸素濃縮装置１の外部に対する開口部分としては、この開口３Ｋ１と上記の排気口３ａ、３ｂのみとするとともに、開口面積は後述する原料空気の流量を確保するために必要となる最少限度とすることで、内部から発生する音が外部に極力漏洩しないようにして運転時の騒音レベルの３８デシベル以下を実現可能にしている。さらに、密閉カバー構造により周囲を完全に覆い且つ出口部分を少なくして防音に加えて防水対策も可能にしている。遮蔽板３２は黒色樹脂の成形部品として準備され、スピーカ２３と、外部通信コネクタ１３３が図示のように固定される。
【００５１】
また、酸素濃縮装置１は通常、部屋の壁面から狭い間隙を経て設置されるので、外気導入と排気を裏面カバー３側から行うことで、外気導入と排気音が最も低くなる個所からの排気を可能にしている。
【００５２】
一方、上記の裏面カバー３の凹部３ｃは図示のように指先が入るようにして交換用蓋１７を外側に取り出せるようにしている。以上が患者が直に使用する構成部分である、以下に具体的な内部構成について図７から図１３を参照して述べる。
【００５３】
＜酸素濃縮装置１の配管およびブロック図の説明＞
図７は、酸素濃縮装置１のブロック図を兼ねて図示した配管図である。本図において、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ともに、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇ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。
【００５４】
ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮手段（圧縮空気発生部）と減圧手段（負圧発生部）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバー２と裏面カバー３については密閉容器として図中破線で図示されている。
【００５５】
図７において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記のフィルター交換用蓋体１７（図６参照）に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４、１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。すなわち、後述するように上段部材上に送風ファン１０４、１０４を配設し下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線図示の）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気マフラ１０２とが設けられている。このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。
【００５６】
一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮手段１０５ａと、減圧手段１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。
【００５７】
次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプ（例えば、外径６ｍｍ内径４ｍｍのアルミ管）とし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。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する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、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。
【００５８】
圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着手段（本実施例では、並列に少なくも２つ配置された、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。このため切換弁（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（パージ（浄化）を行うため）に減圧手段１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。
【００５９】
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、SiO2／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している。特に、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、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。
【００６０】
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結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０５を小型のタイプとすることができ、低騒音化を一層図ることができた。
【００６１】
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が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、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されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。
【００６２】
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８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負圧回路基板１１８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、装置１の酸素出口７に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ１４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こととなる。
【００６３】
次に、図７において電源系統は、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１９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１９と、装置本体に内蔵される内蔵バッテリ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バッテリ２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵バッテリ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、少なくとも内蔵バッテリ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、バッテリ残量、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、バッテリ残量、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。
【００６４】
また、外部バッテリ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バッテリチャージャーを用いて繰り返し充電される。または、専用設計されたバッテリチャージャーを一体化した外部バッテリ２２７として準備しても良い。
【００６５】
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置はＡＣアダプタ１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵バッテリ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、外部バッテリ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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、電源制御回路２２６と、内蔵の内蔵バッテリ２２８については酸素濃縮装置１の低重心化を図るために後述するように底面に配設される。一方、外部バッテリ２２７は上記のようにキャリア１０の収容部に内蔵されることで外出時などで使用可能になる。この外部バッテリ２２７には上記の充電残量表示部他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。
【００６８】
ＡＣアダプタ１９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、通常のトランス式でも良い。また、内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ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でも良い。
【００６９】
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バッテリを構成しても良い。
【００７０】
また、酸素濃縮装置１の中央制御部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機能を備えており、自動的にコンプレッサ１０５、送風ファン１０４を、多くの酸素生成をする場合は高速に、少ない酸素生成時において低速に回転駆動する制御を行うことで特に、内蔵バッテリ２２８を温存させるようにしている。この結果、外部バッテリ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ように配慮されている。
【００７１】
こうすることで例えば、外出時に外部バッテリ２２７が残量ゼロになった場合でも内蔵バッテリ２２８で継続使用できるようになるので、患者は安心して使用できる。
【００７２】
＜電源選択の自動選択動作の説明＞
図８は、電源選択の動作説明フローチャートであって、図７に図示された３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えする一制御例を示している。電源投入直後は、接続されている全ての電源は電源制御回路２２６により一時的に並列に供給されている。本図において、酸素濃縮装置１の電源スイッチ６が押圧されると中央制御部２００の動作プログラムが起動され初期化後にステップＳ１に進み、電源種別判断が実行される。次に、ステップＳ２に進み、装置１はＡＣアダプタ１９が接続され商用電源からの通電が行われて電力供給可能になっているか否かの判断が行われる。このステップＳ２の判断で電力供給可能であると判断されるステップＳ３に進み、電源制御回路２２６によりＡＣアダプタ１９よりの供給のみに自動切換えされることにより第１電力供給状態にセットされて処理が終了する。
【００７３】
一方、電源供給状態は常に変化するため、処理終了後はＳ１に戻り、電源監視を継続する。商用電源からの通電が行われているときは、内蔵バッテリ２２８、外部バッテリ２２７の順に充電を実施する。
【００７４】
ここで、ＡＣアダプタの出力電圧は直流３０Ｖであるが、内蔵バッテリと外部バッテリの出力電圧は２９Ｖであるので、制御部による判断が可能となる。また、内蔵バッテリと外部バッテリの判断はコネクタ接続の有無から判断できることとなる。
【００７５】
また、ステップＳ２でＡＣアダプタ１９からの電力が供給可能になっていないと判断されると、ステップＳ４に進み最初に外部バッテリ２２７が接続されているか否かの判断が行われる。このステップＳ４で外部バッテリ２２７が接続されていると判断されるとステップＳ５に進み外部バッテリ２２７からの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態となる。これに続いてステップＳ６においてバッテリ残量の検出を行い、次のステップＳ７でバッテリ残量が十分であるか否かの判断が行われる。ステップＳ７でバッテリ残量が十分であると判断されると、電源制御回路２２６により外部バッテリ２２７よりの供給のみに自動切換えされ、Ｓ１に戻り電源監視処理を継続する。
【００７６】
しかし、ステップＳ７でバッテリ残量が十分ではないと判断されると、ステップＳ８に進み電源制御回路２２６により内蔵バッテリ２２８に自動切換えする。次に、ステップＳ９において、内蔵バッテリ残量の検出を行うことで検出結果を操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄで行う。以上で装置１を最後まで温存された内蔵バッテリ２２８の電力供給を受けて作動できる第２電力供給状態にすることができる。
【００７７】
この後、ステップＳ１０で内蔵バッテリ残量が十分であるか否かの判断が行われバッテリ残量が十分であると判断されると電源制御回路２２６により内蔵バッテリ２２８に自動切換えＳ１に戻り電源監視処理を継続する。一方、ステップＳ１０で内蔵バッテリ残量も十分でなくなった場合にはステップＳ１１に進みバッテリ切れの警報または音声ガイドを発生する。
【００７８】
再度、図７において、上記の３電源系統のうちの一つから電力供給を受けて作動する中央制御部２００には上記の電源スイッチ６と上記の表示用のＬＥＤ素子を図５で説明したように点灯、点滅駆動するとともに、７セグメントＬＥＤで設定流量、積算時間を表示するように駆動する表示駆動部２０４とが図示のように接続されている。
【００７９】
また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の直流モータおよび送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。
【００８０】
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２０５と一時記憶装置２０６とリアルタイムクロック２０７と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。
【００８１】
また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、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ための負圧発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００８２】
ところで、総重量が約１ｋｇのコンプレッサ１０５はモータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御器１２３ａであって後述する正弦波駆動波形により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１０５は、各速度で運転可能であって、必要な真空（負圧）／正圧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ことが好ましい。
【００８３】
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１０５の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より判断されると、コンプレッサ１０５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、酸素濃度の低い高地にいるときなど、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。
【００８４】
以上のモータ制御によって装置１全体の消費電力が低減され、充電式バッテリでの駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１０５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。
【００８５】
このコンプレッサ１０５は、上記のように圧縮空気発生と負圧発生の両方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る。具体的には、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御され、通常の速度である１７００ｒｐｍ程度で回転するときの操作寿命を１５０００時間と長くできるようにしている。また、このコンプレッサ１０５は、空気を１００ｋＰａ、好ましくは７５ｋＰａ程度に圧縮する性能を備えている。また、上記の操作寿命が経過すると音声ガイドにて知らせる機能を備えている。
【００８６】
このコンプレッサ１０５を取り巻く操作温度は、０℃〜４０℃であり、コンプレッサ１０５用の駆動電圧は、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４５〜８０Ｗ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。
【００８７】
ここで、負圧破壊弁１２０、１２１のそれぞれの役割は、コンプレッサ１０５の減圧手段側の真空度を自動調整するものである。すなわち、装置１に採用されるコンプレッサ１０５は圧縮手段と減圧手段の両機能を備えているので、小型軽量化できるという利点がある。しかしながら、このように一体化されたコンプレッサは、加圧専用コンプレッサや真空（負圧）専用コンプレッサに比較して振動が大きくなるという問題がある。特に、圧縮工程に振動が激しくなり、均圧工程時には３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂの流路２４ｆは圧縮手段（圧縮空気発生部）１０５ａ側と一方の吸着筒対１０８ａ側が連通され、このとき減圧手段（負圧発生部）１０５ｂ側は遮断された状態となるために、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと減圧手段（負圧発生部）１０５ｂの流路２４ｆ内圧力は極端な高真空状態となることによる。この高真空状態を解消するために、外気と連通するように負圧破壊弁１２０を図７に図示のように配管する。
【００８８】
均圧工程と同期して、負圧破壊弁の1つ負圧破壊弁１２０を開状態に動作させることで、流路内に外気が入り込むようにして、流路内を大気圧により近い状態とする。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与するようにできるようになる。負圧破壊弁の１つ負圧破壊弁１２１は、後述するように、設定酸素流量に応じてオンされて開状態にされる。
【００８９】
一方、このコンプレッサ１０５の冷却と、装置１内部の冷却を行うための上記の送風ファン１０４、１０４は、消費電力約２．７Ｗ程度である。このブロアに代えて軸流ファンでもよい。ここで、装置１の最大騒音圧力レベルは、最大の回転数のときに３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合には３３ｄＢＡである。
【００９０】
３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂには、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にまで低減される結果、大幅な電力低減が期待されることになる。
【００９１】
以上の各構成部品は、低騒音化された小型の酸素濃縮装置１の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して主に二段式防音室３４を取り付け部として固定されている。
【００９２】
即ち、騒音発生の大きなコンプレッサ１０５と、送風でコンプレッサ１０５の冷却を行うために送風音が発生する送風ファン１０４と、吸気用バッファタンク１０２の空気導入口と３方向切換弁１０９と、排気時に排気音が発生する消音器１１０と他の各種弁を内周面全面に防音材を敷設した二段式防音室３４の内部に配置し、この二段式防音室３４の外壁部分を有効利用して上記の遮蔽板３２と、吸着筒体１０８ａ、１０８ｂと、製品タンク１１１と、吸気用バッファタンク１０２と、各種制御基板２００、２０１、２０２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負圧回路基板１１８に接続されるデマンド弁１１７とが固定されている。
【００９３】
このように振動または騒音発生の伴う構成部品は二段式防音室３４内部において防音状態でそれぞれ設けることで、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、例えば３方向切換弁の作動音と消音器１１０から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。
【００９４】
また、上記のように前面カバー２と裏面カバー３は外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口３ａ、３ｂを介して外部に排出するための必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成することで同様に騒音低減を図っている。
【００９５】
次に、図９は、酸素濃縮装置１の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。本図において、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、下方より、上記のゴム足２２を四隅に固定した図１で二点鎖線で示した樹脂製の底蓋４１が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジ１６を用いて固定されている。
【００９６】
このベース体４０は、４面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１、１３０が固定されている。また裏面カバー３の各排気口３ａ、３ｂに対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ、４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の３方側から固定ネジ１６で固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆを３方から一体成形している。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂをさらに穿設している。
【００９７】
次に、二段式防音室３４は、図面の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４を固定し、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５として上記のような軽量金属板から構成されている。
【００９８】
この二段式防音室３４は、図示のように手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を複数の固定ネジ１６で固定するようにしている。このために二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。
【００９９】
この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ、３５ａ（破線図示）とが穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、配管２４をラバーブッシュを介して固定するための複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４を支持するとともに振動防振機能をラバーブッシュと協働して行うように構成されている。
【０１００】
また、各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の３方向切換弁１０９他が配置されている。
【０１０１】
この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０２と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。
【０１０２】
製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジ１６を用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジ１６で固定されるとともに上記の各制御基板２００、２０１、２０２他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。
【０１０３】
この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と流量センサ１１６とデマンド弁１１７と回路基板１１８ａとが固定されている。
【０１０４】
以上のように略全ての構成部品をベース体４０上に固定された二段式防音室３４の外壁を取り付け面として固定する構造とすることで、小型化が実現でき、しかも４方向からアクセス可能となるので組立作業性が大幅に向上されるので自動組立ライン化も可能となった。また、上記の表面カバー２と裏面カバー３はベース体４０から放射状に張り出さないようにすることで省スペース化にも大きく寄与できた。
【０１０５】
図１０は、酸素濃縮装置１の底蓋４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。本図において、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、図示のようにベース体４０には上記の開口部４０ｂに連通する電源室４０１と、内蔵バッテリ２２８を内蔵したバッテリ室４０２と、均等圧化弁１０７１２１と吸気バッファタンク１０２の一部を収容した収容室４０３とが隔壁を介して形成されており底蓋４１を固定後にそれぞれが密閉された部屋を構成するようにしている。
【０１０６】
以上の構成により、上記のように二段式防音室３４に内蔵された消音器１１０を介して排気される過程で排気が破線矢印方向Ｆに分岐して開口部４０ｃから外部に流れるようにして排気音が減衰されるとともに、電源装置２２６の発熱分を排気で冷却できるようにしている。
【０１０７】
図１１は、図９で示した各構成部品をベース体４０上に組み付け後の酸素濃縮装置１の内部構成を示すために反対側から見た外観斜視図である。本図において、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、図示のようにベース体４０上において、隙間なく全ての部品が固定されている。
【０１０８】
この酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定するために、ベース体４０の外周面には一方の鍔部４８が形成されている。また、表面カバー２の裏面には独立気泡のウレタンスポンジ製の吸音材５１が敷設されている。また、上記の操作パネル５に配置される各ランプ類と表示部の表示駆動部２０４を実装した実装基板１２８が図示のように固定されている。また、この表面カバー２の下方にはベース体４０の外周面に形成された一方の鍔部４８を上下方向から挟むようにした他方の鍔部５０、５０が上下に夫々一体成形されている。さらに、この表面カバー２の突合せ面２ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の雌ネジ部となるインサートナットをインサート成形した形状部２ｈが複数箇所に成形されている。
【０１０９】
また、裏面カバー３の突合せ面３ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の挿通孔となる形状部３ｈが複数箇所に成形されている。
【０１１０】
図１２は、表裏面カバー２、３を固定する様子を示す断面図である。本図に示すように表裏面カバー２、３をベース体４０に固定するために各カバー２、３を突合せ面２ｐ、３ｐで当接させると、ベース体４０の一方の鍔部４８が他方の鍔部５０、５０の間に入る状態になる。この後に固定ネジ１６で固定することで密閉カバーが完成する。
【０１１１】
以上のように構成することで省スペース化を実現できることとなる。このため表面カバー２、裏面カバー３と上記の底蓋４１、ベース４０は、ＡＢＳ樹脂材料を用いて射出成形される軽量部品として準備され、樹脂部品の総重量は２．６ｋｇであり、装置１の全重量１０ｋｇの約２６％となった。
【０１１２】
ここで、表面カバー２と裏面カバー３とから形成される同じ表面積を有するカバーを、従来からの木製筐体であって加工が容易であり、かつ寸法に狂いが生じにくく軽量で防音性能が優れているＭＤＦ（Medium Density Fiberboard）木製とした場合には重量が約４．６ｋｇとなる。また、木製筐体は板厚が１ｃｍ前後の平らな板状であるので図示のような曲面状にするためには、これらの板部材を重ねるとともに、曲面状に加工することになるので約８ｋｇとなってしまう。このために、目標重量の約１０ｋｇは到底達成できなくなる。しかしながら、例えば室内常設タイプであって軽量にする必要の無い場合には上記のＭＤＦで密閉カバーを作ることもできることは言うまでもない。
【０１１３】
＜二段式防音室３４の説明＞
次に、図１３はコンプレッサ１０５を防振・防音状態で収納する二段式防音室３４の下段部材３７の要部を破断して示した外観斜視図である。本図において、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、二段式防音室３４の内周面には制振材と独立気泡スポンジとを多層構成した防音材が敷設されている。
【０１１４】
上記のようにコンプレッサ１０５は圧縮空気発生部１０５ａと負圧発生部１０５ｂを一体形成しており、アウターロータ式の電動モータの出力軸５６に固定されるクランク軸周りにコンロッド５７、５８に連結されるピストンを設けている。このクランク運動する１対の水平対向ピストンはシリンダに夫々往復移動可能な密閉状態で設けられており、一方のピストン６０により空気圧縮部１０５ａが構成され、他方のピストン５９により負圧部１０５ｂが構成されている。このために各ピストンの圧縮面には不図示の一方向弁が夫々搭載されている。
【０１１５】
また、この１対の水平対向ピストンの往復移動方向は二段式防音室３４の底面に対して平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると矢印Ｖ、Ｖ方向に大きく振動する。このためにコンプレッサを二段式防音室３４内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台６１でコンプレッサ１０５を上下から挟むように固定して振動を効率的に吸収できるように構成されている。すなわち、前後２つのコイルバネ６２（手前側のみ図示されている）を固定し、不図示のラバーブッシュをさらに内蔵して図示のように下段部材３７上に固定している。また、コンプレッサ固定台６１は軽量化のためにアルミ板製が良い。
【０１１６】
以上の構成によりコンプレッサ１０５が起動されると、コイルバネ６２が適度に圧縮と伸張を繰り返し行う一方で、上記のように上段部材３６に対してラバーブッシュを介して固定された配管２４も適度に圧縮と伸張を繰り返し行うことで、実質的に６点支持状態で防振されて支持することができるようになる。
【０１１７】
また、コンプレッサ固定台６１は直流モータ部分のみを保持するために送風ファン１０４によるコンプレッサ１０５の冷却のための送風が邪魔されず円滑に行えることとなる。 図１４は、コンプレッサ１０５および送風ファン１０４を防音状態で収納する二段式防音室３４の要部を破断して示した側面図である。
【０１１８】
本図において、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、密閉箱３５の左右壁面には上段部材３６と下段部材３７とを個別に矢印方向に引き出すように構成されており、図示の位置での点検作業を可能にしている。以上の構成により、組付け作業とオーバーホール時の作業が大幅に改善された。
【０１１９】
次に、図１５は、外気導入空気と、原料空気および排気空気の流れる様子を示した模式図である。本図で、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、外気導入フィルタ２０で一次濾過された空気は矢印Ｆ１方向に密閉カバー内（２、３）に導入される。導入された空気は、矢印Ｆ２方向にそれぞれ分岐するように２個の送風ファン１０４により吸い込まれて二段式防音室３４の第１開口部３５ａを介して二段式防音室３４内に流入する。コンプレッサ１０５は発熱するためが大きく冷却しないと５０℃以上に温度上昇するので効率的に冷却する必要があるので、上段部材３６の開口部３６ａからの送風によりコンプレッサ１０５を冷やすようにしている。
【０１２０】
また二段式防音室３４内に導入された空気の一部を原料空気として使用するために配管２４内を矢印Ｆ３方向に通り、二次濾過を行うフィルタ１０１と吸気バッファタンク１０２を通過後に矢印Ｆ４方向に流れ圧縮空気発生部１０５ａに向かう。このようにして、吸気音は完全に遮断されることになる。また、排気は内蔵された消音器１１０で充分に消音された後に、下段部材３７の開口部３７ｂを矢印Ｆ５方向に出てから各排気口２ｃから矢印Ｆ６方向に外部排気される。
【０１２１】
以上のように実質的に酸素を生成する上で必要となる主構成部品を全て二段式防音室３４内で防音する事で、連続する騒音源となるコンプレッサ１０５の音は、唯一の開口部となる空気の排出口２ｃから外部に出されることとなる。このときの音エネルギーは、反射、吸音を繰り返して減衰される結果、耳障りな音は低減される。さらに、防音室内部は、内面に吸音材５１を貼ることにより、騒音源は最小限に抑えられ、更には、従来のような排出通路と酸素の生成に必要な部品とが区分けされている酸素濃縮装置に比べて、効率良くスペース使うことで、装置の小型化とメンテナンス性を大幅に向上できる。
【０１２２】
尚、以上は本発明の医療用の酸素濃縮装置１を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、空気中から窒素を吸着して、酸素を生成するための触媒担体として、SiO2／Al2O3比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつ前記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ることにより、吸着筒体は１本にすることもできる。さらに、カバーのデザインは上記構成に限定にされないことは言うまでもない。
【０１２３】
以上の構成により酸素濃縮装置１の電源スイッチ６がオンされる事で、所定電圧の供給が開始され、セルフチェックが行われる。これに続きコンプレッサ１０５と、送風ファン１０４、１０４と、３方向切換弁１０９への通電が行われることで、外部空気の導入が行われ、それに伴う空気導入音が連続的に発生する。同時にコンプレッサ１０５の振動やその振動に伴う騒音、各吸着筒に及ぶ配管からの透過音が連続して発生する。
【０１２４】
これに続き、導入された空気は一方の３方向切換弁１０９ａを経て第１吸着筒体１０８ａに導入されて、生成酸素は後述する逆止弁を通り、製品タンク１１１に流れ込み圧力が次第に上昇する。所定の圧力になると均等圧弁１０７が所定時間 「開状態」となる。
【０１２５】
第１吸着筒体１０８ａで濃縮された一部の酸素を使用して、第２吸着筒体１０８ｂの、洗浄が行われ、続いて均圧工程が行われる。また、均圧工程と同期して負圧破壊第１弁１２０が動作されることによりコンプレッサの振動を低減する。及び次の加圧に備えた準備が行われる。
【０１２６】
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べく３方切換弁１０９ｂが作動する。第２吸着筒体１０８ｂに流れ込んだ圧縮空気で分離生成された酸素は不図示の逆止弁を介して製品タンク１１１中に流れる。その後所定の圧力となったことが圧力センサ２０８で検出されると均等圧弁１０７が所定時間「 開」となる。この後に、第２吸着筒体１０８ａの洗浄及び均圧工程が行われる。
【０１２７】
以上のように均等圧弁１０７が開かれることで、第２の吸着筒体１０８ｂで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るので、内蔵のゼオライトの洗浄化が行なわれることになる。以上の切換動作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が可能としている。
【０１２８】
尚、流量センサ１１６は、上記のように使用する酸素流量を決定するための流量設定で設定された設定値を読み取るものであるが、さらに、チューブ折れ等の外乱要因により流量低下した場合に備えて、実流量を測定して音声ガイドにて知らせるようにしている。
【０１２９】
従来の酸素濃縮装置によれば外部空気導入通路を長く設定し、かつ多くの屈折回数を与え、さらに吸音材を設けた遮音箱内に収容していた。このために静かな酸素濃縮装置は大型化するとされていた。また、ゼオライトを充填した吸着筒は、温度上昇すると窒素吸着量が減少するために温度の影響を受け難い場所において離間して配置されるのが一般的であった。
【０１３０】
このため、配管経路が長くなることによる圧力損失も無視できない場合があったがこれらの問題は、図７に示した構成と後述する機械的構成により全て解決された。
【０１３１】
＜負圧破壊第１弁１２０、負圧破壊第２弁１２１の説明＞
次に、図１６（ａ）は酸素流量が所定流量以上、例えば本実施例では毎分１．２５リットルより大きい場合の第１吸着筒体１０８ａの吸着工程、（ｂ）は洗浄工程、（ｃ）は第１吸着筒体１０８ａの均圧工程を夫々図示した模式図である。
【０１３２】
また、図１７（ｄ）は酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合の上記の第１吸着筒体１０８ａの吸着工程、（ｅ）は洗浄工程、（ｆ）は第１吸着筒体１０８ａの均圧工程を夫々図示した模式図である。
【０１３３】
図１８（ａ）は酸素流量が所定流量以上、例えば毎分１．２５リットルより大きい場合のバルブシーケンスであり、（ｂ）は酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合のバルブシーケンスを表している。ここで、斜線部は動作状態にあることを示している。そして、酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合は常に負圧破壊弁１２０を動作させている。ここで、斜線部は各バルブが作動状態に有ることを示している。そして、負圧破壊弁１２１は、酸素流量によらず、均圧工程で作動させている。一方、負圧破壊弁１２０は、酸素流量に閾値を設け、例えば酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合に連続（吸着／脱着，洗浄，均圧のすべての工程）作動させている。
【０１３４】
そして、図１９（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットルより大きい場合の均圧工程時における配管２４ｆ内の圧力を示しており、負圧破壊弁１２１の「あり」と「なし」を示すために時間経過に伴い変化する圧力チャートであり、（ｂ）は酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以下の場合の配管２４ｆ内の圧力を示し、負圧破壊弁１２０の「あり」と「なし」の場合の圧力チャートである。
【０１３５】
図１９（ａ）から解るように、負圧破壊弁１２１を作動させた場合と作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力に違いが見られる。作動させない場合に現れるスパイク的圧力変化がコンプレッサへの激しい振動を発生させ電力をも増加させる要因であり、負圧破壊弁１２１の効果が見られる。
【０１３６】
図１６（ａ）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、均等圧弁１０７が、図示のように２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されている。この均等圧弁１０７は、圧力センサ２０８で筒体内の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制御部２０２からの通電で開状態にされる。また、配管２４の合流点の手前には各筒体から製品タンク１１１に生成された酸素が供給されるようにした逆止弁３０７ａ、３０７ｂがそれぞれ接続されている。
【０１３７】
そして、図７の３方向切換弁(主電磁弁)１０９ａ、１０９ｂは、パイロット弁(パイロット電磁弁)を備えており、これらのパイロット弁は、コンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａからのわずかな圧力で主弁が開閉動作できるように構成されている。このため、直動式電磁弁に比べ低消費電力化が図られるように構成されており不図示の逆止弁も内蔵されている。
【０１３８】
次に、図１９（ｂ）は酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下での配管２４ｆ内の圧力であるが、図１７（ｄ）（ｅ）（ｆ）を通して常に負圧破壊弁１２０は作動（動作）状態にある。作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力が高くなることがわかる。低流量領域では比較的、高濃度の酸素が得られやすくなるため、負圧破壊弁１２０を作動させて、ある程度真空圧力を下げても（より大気圧に近くしても）酸素濃度には影響しない。こうして、コンプレッサへの負荷は低減され、騒音の低減と電力の低減が図れる。
【０１３９】
配管２４ｆ内の圧力コントロールは負圧破壊弁のオリフィス口径で決定されるが、負圧破壊弁１２１は略大気圧下まで下げることが最も効果があるため、ここではφ２．３程度としている。また、負圧破壊弁１２０は配管２４ｆ内の圧力を所定の圧力下まで低減させれれば良く、負圧破壊弁１２１のオリフィス口径より小さく形成し、例えばφ１．０程度が選択されている。
【０１４０】
そして、図１８（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以上の場合の均圧工程時における配管２４ｆ内の圧力を示しており、負圧破壊弁１２０の「あり」と「なし」を示すために時間経過に伴い変化する圧力チャートであり、（ｂ）は酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以下の場合の配管２４ｆ内の圧力を示し、負圧破壊弁１２１の「あり」と「なし」の場合の圧力チャートである。
【０１４１】
図１８（ａ）から解るように、負圧破壊弁１２０を作動させた場合と作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力に違いが見られる。作動させない場合に現れるスパイク的圧力変化がコンプレッサへの激しい振動を発生させ電力をも増加させる要因であり、負圧破壊弁１２０の効果が見られる。
【０１４２】
図１６（ａ）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、均等圧弁１０７が、図示のように２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されている。この均等圧弁１０７は、圧力センサ２０８で筒体内の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制御部２０２からの通電で開状態にされる。また、この均等圧弁１０７に対して平行となるように絞り３０６が配管されており、適度な酸素供給を他方の筒体内に送るようにしている。一方、配管２４の合流点の手前には各筒体から製品タンク１１１に生成された酸素が供給されるようにした逆止弁３０７ａ、３０７ｂがそれぞれ接続されている。
【０１４３】
そして、図７の３方向切換弁(主電磁弁)１０９ａ、１０９ｂは、パイロット弁(パイロット電磁弁)を備えており、これらのパイロット弁は、コンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａからのわずかな圧力で主弁が開閉動作できるように構成されている。このため、直動式電磁弁に比べ低消費電力化が図られるように構成されており不図示の逆止弁も内蔵されている。
【０１４４】
次に、図１８（ｂ）は毎分１．０リットル以下での配管２４ｆ内の圧力であるが、図１７（ｄ）（ｅ）（ｆ）を通して常に作動状態にある。作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力が高くなることがわかる。低流量領域では比較的、高濃度の酸素が得られやすくなるため、負圧破壊弁１２１を作動させて、ある程度真空圧力を下げても酸素濃度には影響しない。こうして、コンプレッサへの負荷は低減され、騒音の低減と電力の低減が図れる。
【０１４５】
配管２４ｆ内の圧力コントロールは負圧破壊弁のオリフィス口径で決定されるが、負圧破壊弁１２０は略大気圧下まで下げることが最も効果があるため、ここではφ２．３程度としている。また、負圧破壊弁１２１は配管２４ｆ内の圧力を所定の圧力下まで低減させれれば良く、ここではφ１．０程度が選択されている。
【０１４６】
図１９は、コンプレッサの負圧部１０５ｂの圧力変化の実測値であって、(ａ)は設定された酸素流量が毎分１．５リットルを示し、(ｂ)は設定された酸素流量が毎分１リットルである場合を夫々示している。なお、本実施例では負圧破壊弁１２０、１２１は配管２４ｆに直列に配置されているが、３個以上複数個を直列に設けてもよい。
【０１４７】
図１９(ａ)の工程は、吸着工程、洗浄工程での圧力波形を示している。この後に、図１６(ｂ)における均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電を行わず閉じた状態にしておくと圧力波形となり大きな圧力変動Ａ２となる結果、コンプレッサの振動騒音が大きくなる。そこで、この均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電により開く状態にすると図示のような圧力波形Ａ３となり小さい振幅の圧力変動となる。この結果、コンプレッサの振動騒音が低くなる。図１６(ｃ）、（ｄ）の運転動作時においても同様の圧力波形となる。
【０１４８】
また、図１９(ｂ)の工程は図１７(ａ)における吸着工程、洗浄工程での圧力波形を示している。この後に、図１７(ｂ)における均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電で開いた状態にし、さらに負圧破壊第２弁１２１を閉じた状態にしておくと圧力波形Ｂ２となりやや大きな圧力変動となる結果、コンプレッサの振動騒音がやや大きくなる。そこで、この均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電に加えて負圧破壊第２弁１２１も開く状態にすると圧力波形Ｂ３となり小さい振幅の圧力変動となる結果、コンプレッサの振動騒音が非常に低くなることが確認された。図１７(ｃ）、（ｄ）の運転動作時においても同様の圧力波形となった。
【０１４９】
以上のように、特に設定酸素流量が小さく設定されコンプレッサの負荷が低減された場合において、騒音を小さくでき、電力を低減できる酸素濃縮装置が提供されることとなった。すなわち、高流量かつ高濃度で酸素を分離生成させるためには、吸着筒体内の圧力を極力高真空（負圧状態）にさせることが好ましいために負圧破壊第２弁１２１を閉じた状態にしておく。しかし低流量では高濃度の酸素を容易に得られるために負圧破壊第２弁１２１を開く状態にして高濃度の酸素が得られる最低限の圧力まで下げるようにしてコンプレッサの振動を低く抑えるとともに低騒音と低電力での運転を可能にしている。
【０１５０】
＜コンプレッサの直流モータの駆動説明＞
次に、圧縮空気を発生させる圧縮空気発生部と負圧を発生させる負圧発生部を直流モータ（以下、コンプレッサモータとも呼ぶ）を駆動源として構成したコンプレッサ１０５の運転騒音を低減することでさらに騒音低減できる。
【０１５１】
図２０は、コンプレッサモータの横断面図、(ｂ)は(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。図２０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、図１１で説明したようにピストン５９、６０に連結されたコンロッド５７、５８を軸支したクランク軸体５６を出力軸とするために、クランク軸５６はコンプレッサモータのアルミダイキャスト製のケーシング６７に設けられた２つの軸受けにより回転自在に軸支されている。
【０１５２】
このクランク軸５６の端部には、分極着磁された永久磁石６４が固定されており直流モータのアウターロータを構成している。また、このロータ近傍には永久磁石６４が回転されるに伴い発生する磁極変化を非接触で検出するための３個分のホール素子６６がケーシング６７の内周面上に等しい角度間隔で固定されている。
【０１５３】
一方、回転磁界を発生する３極コイルから形成されるステータ６５は、アウタ―ロータの内側に位置するようにケーシングの蓋部材に図示のように固定されている。
【０１５４】
以上のようにして所謂ブラシレスアウタ―ロータ直流モータが構成される。ここで、このように構成される３極の直流モータ以外にも通常の直流モータも使用可能なことは言うまでもなく、３極以上であっても良いこととなる。
【０１５５】
次に、図２０(ａ)は、モータ駆動回路図、(ｂ)はモータ駆動波形図である。先ず、図２０(ａ)において、上記のモータ制御部２０１には不図示のモータドライバーが内蔵されており上記のステータ６５の個別のコイルに対して個別のホール素子６６の検出にともない駆動波形を印加するように構成されている。このようにしてステータに回転磁界を発生させることでアウタ―ロータに固定された永久磁石６４を磁気吸引して回転駆動する。
【０１５６】
このように回転磁界を発生するために従来は図２０(ｂ)において波形Ｋ１で図示した矩形波をステータコイル６５ａ、６５ｂ、６５ｃに対して順次通電する矩形波による駆動を従来から行っていたが矩形波駆動特有の騒音発生があった。そこで、駆動波形をメモリ素子に記憶させておき、一周期分の正弦波形を順次読み出すことにより正弦波に変換する不図示の正弦波発生回路を使用することにより、波形Ｋ２で示した正弦駆動波に変換し、この正弦駆動波を順次通電することで、さらなる騒音低減を実現することができた。
【０１５７】
以上のように、運転時に常時駆動される最大の騒音発生源であるコンプレサーの低騒音化を図ることでさらに騒音の低減を実現することができた。
【０１５８】
＜音声ガイダンスの説明＞
図２２は、音声ガイダンスの動作説明フローチャートである。図２２において、上記のように電源スイッチ６がセットされるとこのプログラムが起動されて、ステップＳ２０において音声発生モードであるか否かが判断される。音声発生モードにセットされていないことが判断されるとステップＳ２１でリターンして以下の処理を終了する。
【０１５９】
ステップＳ２０で音声発生モードであると判断される。ステップＳ２２に進み使用項目の判断が実行される。これに続き、ステップＳ２３に進み、図２４に図示した各使用項目に対応する「アドレス」にアクセスする。この各使用項目と音声は音声モジュール２０３に記憶されている。そして、ステップＳ２４において音声発生モジュール２０３から「音声Ｎｏ．］を読み出す。これに続きステップＳ２５でこの「音声Ｎｏ．］に対応する「音声内容」をスピーカ２３に出力して処理を終了する。なお、上記の各音声内容は、ほんの一例であり、装置の仕様に応じて適宜設定されることは言うまでもない。
【０１６０】
次に、図２３は、音声ガイダンスの別動作を示した動作説明フローチャートであって、図２２の動作説明フローチャートの処理後または同時処理されるものである。
【０１６１】
図２３において、ステップＳ３０において内蔵バッテリ駆動であるかが判断されて、内蔵バッテリ駆動でないと判断されるとステップＳ３１でリターンして以下の処理を終了する。また、ステップＳ３０で内蔵バッテリ駆動であると判断されると、ステップＳ３２に進み、設定流量１Ｌ〜３Ｌの読み出しを行い、設定された設定流量値を一時記憶部２０５に一時記憶する。
【０１６２】
これに続き、ステップＳ３３において呼吸同調モードに設定されているか否かの判断が行われて呼吸同調モードでないと判断されるとステップＳ３１でリターンして以下の処理を終了する。
【０１６３】
ステップＳ３３で呼吸同調モードであると判断されると、ステップＳ３４において内蔵バッテリ残量の検出を電圧などから行い、バッテリ残量検出値を一時記憶部２０５に一時記憶する。次に、ステップＳ３５に進み、一時記憶部２０５に記憶された設定流量値とバッテリ残量検出値とから使用可能残り時間の算出を行う。そして、ステップＳ３６において「使用可能残り時間の音声発生」をスピーカ２３に出力して処理を終了する。
【０１６４】
図２４は、音声ガイダンス一覧表である。本図において音声名は音声Ｎｏ．で示されており、これに対応するアドレスと音声内容についてそれぞれ図示されるように音声モジュールに記憶されている。
【０１６５】
具体的には、音声１は「装置停止」に対応しており「ピー 電源を切ってから緊急連絡先に連絡して下さい」とのメッセージを発生する。音声２は「停電警報」に対応しており「ピー 電源が無くなりました ＡＣアダプタを接続して下さい」とのメッセージを発生する。音声３は「カニューラに接続されたチューブ折れ」に対応しており「ピー 流量が低下しています カニューラとチューブの折れを確認して下さい」とのメッセージを発生する。音声４は「酸素濃度警報」に対応しており「ピー 酸素濃度が低下しました」とのメッセージを発生する。音声５は「ピー音/起動時」に対応しており「ピー １回 １ｋＨＺ ２秒」で発音する。音声６は「キー確認」に対応しており「ピー １回 １ＫＨＺ０．２秒」で発音する。音声８は「ＡＣ電源切替え」に対応しており「ピー ＡＣアダプタが接続されました」とのメッセージを発生する。音声９は「内部電池切替え」に対応しており、「ピー バッテリで運転しています」とのメッセージを発生する。音声１０は「外部電池切替え」に対応しており「ピー 外部バッテリで運転しています」とのメッセージを発生する。音声１１は「外部電池終了」に対応しており「ピー 外部バッテリが空になりました」とのメッセージを発生する。音声１２は「電池残量少ない」に対応しており「ピー バッテリ残量が少なくなりました、ＡＣアダプタを接続して下さい」とのメッセージを発生する。 音声１３は「無呼吸警報」に対応しており「ピー 呼吸を検出できません、カニューラを確認して下さい」とのメッセージを発生する。音声１４は「同調モード切替え」に対応しており「同調モードに切り替わりました」とのメッセージを発生する。音声１５は「同調モート゛解除」に対応しており「同調モードを解除します」とのメッセージを発生する。音声１６は「流量設定入力」に対応しており「酸素流量を設定しますとのメッセージを発生する。音声１７は「流量設定０．２５Ｌ」に対応しており「酸素流量は０．２５Ｌです」とのメッセージを発生する。以下流量設定に応じたメッセージを発生する。そして、患者以外が操作するときに音声２７において「テストモード」に対応して「ピー テストモードです」とのメッセージを発生する。
【０１６６】
ここで、音声内容の音声発生周波数は約１ＫＨｚに設定されることで高齢者でも聞き取りやすいよう配慮がされている。以上のように特に内蔵バッテリ切れとなる最悪の事態発生を防止できるようにする音声ガイド付き酸素濃縮装置を実現できる。また音声ガイド手段のオン・オフを任意に設定する音声ガイドスイッチは遮蔽板３２の外部コネクタの下方に設けられており、患者以外は通常は簡単にセットできないようにしている。
【０１６７】
＜操作及び実作動履歴の説明＞
図２５は、操作及び実作動履歴の記憶表である。図２６(ａ)は、患者使用履歴の動作説明フローチャート、(ｂ)はメンテナンス側履歴の動作説明フローチャートである。
【０１６８】
図７で説明したように中央制御部２００にはリアルタイムクロック２０７が接続されており、酸素濃縮装置１の使用開始日時および使用時間を計時するために電源オンで読み出し可能となるように設けられている。
【０１６９】
一方、消去可能な記憶部２０５または外部記憶部２１０には、図２５に図示したように酸素吸入時における操作状況を計時とともに記憶する操作履歴記憶部と、酸素濃縮装置の動作状況を計時とともに記憶する動作履歴記憶部とが割り付けられている。具体的には、操作履歴記憶部には、使用開始日時と使用停止日時と延べ動作時間と設定流量と使用電源が個別に記憶される。また、動作履歴記憶部には、実作動履歴であるコンプレッサ延べ動作時間と吸着筒のサイクル数と各弁の動作回数が記憶されている。
【０１７０】
以上の構成において、図２６(ａ)の動作説明フローチャートで患者の操作が開始されるとステップＳ４０で電源スイッチオンが検出されるとステップＳ４１に進み上記のリアルタイマー２０７をオンさせることで計時を行う。次に、ステップＳ４２で各動作の読み出しが実行されて、ステップＳ４３に進み各操作履歴を記憶して終了する。
【０１７１】
また図２６(ｂ)のメンテナンス側操作の動作説明フローチャートにおいて、ステップＳ５０で電源スイッチをオンし、ステップＳ５１で４Ｐコネクタ１３３にノートパソコン等を接続又は、外部メモリ媒体を外部記憶部２１０をセットする。これに続きステップＳ５２において各メモリから記憶内容を読み出すことでノートパソコンの表示部に読み出し内容を表示する。以上で動作履歴記憶部の記憶内容を見る状態にできるのでステップＳ５３において、中央制御部２００は故障自己診断を行う。故障が発見されない場合には、ステップＳ５４に進み、例えばコンプレッサ１０５の積算運転時間が１５０００時間を越えたオーバーホールの時期であるか否かの判断を行いオーバーホールの時期であると判断されるとステップＳ５６に進み上記の音声ガイドなどからオーバーホールを知らせることで終了する。
【０１７２】
一方、ステップＳ５４でコンプレッサ１０５の積算運転時間が所定時間、例えば１５０００時間（例えば、標準的な回転数を２０００ｒｐｍとしている）を越えていないと判断されると、ステップＳ５５に進みリアルタイムクロックの時刻修正をして終了する。以上がメンテナンス側操作の操作であるが、場合によっては４Ｐコネクタ１３３に通信回線を接続して遠隔地から上記の処理を行うようにしても良い。または外部メモリ媒体を郵送してもらいその記憶内容を読み出して故障診断、オーバーホールの時期の判断を行うようにしても良い。なお、この所定時間は以下のようにして演算される。
【０１７３】
例えば、コンプレッサ１０５の標準的な回転数２０００ｒｐｍで実動作する場合の係数（劣化係数）を１．０とし、回転数２０００ｒｐｍを超えて実動作する場合の係数（劣化係数）を１．６とし、回転数２０００ｒｐｍ未満で実動作する場合の係数（劣化係数）を０．８とする。即ち、回転数２０００ｒｐｍを超えて実動作する場合は、標準的な回転数２０００ｒｐｍで実動作する場合の１．６倍の動作時間と見做している。また、回転数２０００ｒｐｍ未満で実動作する場合は、標準的な回転数２０００ｒｐｍで実動作する場合の０．８倍の動作時間と見做している。これらの係数は、より細かな回転数ごと、例えば５００回転数ごとに設定、記憶してもよい。また、標準的な回転数を所定幅にしておいてもよい。
【０１７４】
以上のように操作履歴記憶部と動作履歴記憶部とに対して個別にアクセス可能とすることで故障診断、オーバーホールの時期の適切な判断を行うことができる。
【０１７５】
＜無線式または有線式の遠隔操作装置の説明＞
次に、酸素濃縮装置を離れた場所からでも操作可能にすることは、特に就寝患者または重篤患者にとって必須な構成である。
【０１７６】
そこで、図２７(ａ)は、有線リモコン装置の外観斜視図、(ｂ)は無線リモコン装置の外観斜視図に図示したリモコンを設けている。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、図２７(ａ)においてリモコン装置６００はチューブ１５に固定される配線６０１と電源のオンオフスイッチ６および酸素供給量設定スイッチ８を備えて有線式である。
【０１７７】
配線６０１は操作パネル５に固定されたコネクタ６０２を介して接続される。
【０１７８】
以上の構成によれば、患者は鼻カニューラ１４をセットした状態でリモコン装置６００を操作することが可能となる。
【０１７９】
また、図２７(ｂ）においてリモコン装置６１０は赤外線の無線式であって、赤外線発振器６１１と乾電池６１３とを内蔵しており、酸素濃縮装置１のハンドル４に固定された赤外線受信器６１２に対してスイッチ６、８の信号を送信するように構成されている。
【０１８０】
以上のようなリモコン装置をオプションまたは付属品として準備することで患者は、離れた場所から、電源のオン／オフ、設定流量の変更、同調モードのオン／オフなどを行うことが出来、より便利に使用できるようになる。
【０１８１】
＜呼吸同調式の比例開度弁１１５の説明＞
図２８(ａ)は、圧力調整器（レギュレータ）１１２の配管図、(ｂ)は比例開度弁１１５の模式図である。
【０１８２】
先ず、図２８(ａ)において、圧力調整器１１２の役割は、製品タンク１１１では、吸着筒内圧力と同期して圧力が変動する。このため、圧力調整器１１２は一定圧力となるよう機能する。ここでは所定圧、本実施例では約２０ｋＰａとなるよう調節がなされている。圧力調整器１１２はフィルタ機能を備えフィルタ１１２ｂを図示のように備えている。
【０１８３】
また、フィルタ１１２ｂには１００ミクロン(マイクロメータ)以下の孔径(平均孔径)のものが使用されることで圧力調整器１１２以降（下流側）の部品の吸気検知の際に使用されるデマンド弁に内蔵される微圧センサの保護も目的としている。
【０１８４】
この圧力調整器１１２の下流側には図７のブロック図を参照して述べたように酸素濃度の検出を行う酸素濃度センサ１１４が配管２４を介して接続されている。また、図２８(ｂ)に図示したように開度（絞り器）が可変となるように開閉駆動される比例開度弁１１５が接続されている。この比例開度弁１１５は、流量制御基板２０２に接続されており酸素流量設定手段で設定された酸素供給量に比例してその開度が変化されて開閉駆動されるように構成されている。具体的には、単純に開閉動作を行う電磁弁のバルブ開度を駆動電圧値に比例させて大きくすることで、酸素供給量をリニアーに制御できるように専用設計されたものである。
【０１８５】
また、図７で述べたようにこの比例開度弁１１５の下流側に配管されることで酸素流量の検出を行う酸素流量センでサ１１６と、この酸素流量センサ１１６の下流側に配管されることで吸気状態に応じて酸素を送り出すデマンド弁１１７と、このデマンド弁１１７の下流側に配管される滅菌フィルタ１１９と、酸素吸入を行うときに使用される上記の鼻カニューラ１４を接続した酸素吸入具が設けられている。
【０１８６】
デマンド弁１１７には、更に呼吸時の負圧検出を行い使用者に酸素を送るタイミングを検出する微圧力センサーが接続されており流量制御基板１１８によって制御される。
【０１８７】
以上の構成において、図２９の呼吸同調における比例開度弁１１５の動作説明フローチャートにおいて、酸素濃縮装置１の電源オンの後にステップＳ６０で設定流量の入力及び同調モードの設定がなされるとステップＳ６１に進み設定流量に応じた開度で維持。ステップ６２では、デマンド弁１１７に接続された微圧センサーで吸気呼気の負圧検出を行う。これに続き、ステップＳ６３でデマンド弁を作動させ酸素を放出させる。これに続き、ステップＳ６４で流量センサ１１６により実流量を検出。ステップ６５ではステップ６４での実流量と設定流量との比較を行い、比例弁１１５の開度を調整する。ステップ６５で開度が修正されば場合には、ステップ６１の開度にフィードバックされ常に設定流量と実流量との比較が行われる。
【０１８８】
図３０(ａ)は、固定弁による実供給量Ｇ１と積算流量Ｇ２と固定弁の開度Ｇ３との関係を示し、(ｂ)は比例開度弁１１５による実供給量Ｈ１と積算流量Ｈ２と比例開度弁の開度Ｈ３との関係を比較のために図示した比較表である。
【０１８９】
固定弁によれば開度はＧ３で実線と破線で図示したようにオン時間を可変することで、オン時間に応じて実線と破線で示した積算流量Ｇ２に制御されることになる。このため実供給酸素量Ｇ１は実線と破線で示したようになるのでディレイが生じることとなる。このため呼吸同調により酸素吸入を行うときに、リアルタイムでの精度アップを図ることが困難となる。
【０１９０】
これに対して図３０(ｂ)に図示したように比例開度弁１１５によれば開度はＨ３で実線と破線と二点鎖線で図示した範囲で同じオン時間内で可変することができるので、開度に比例して実線と破線と二点鎖線とで示した範囲で積算流量Ｈ２を任意に制御できることとなる。このため実供給酸素量Ｈ１は実線と破線と二点鎖線で示したように実時間で制御可能となる。このため呼吸同調により酸素吸入を行うときに、リアルタイムでの精度アップを図ることができるようになる。
【０１９１】
上記のバッテリはリチウム・イオン積層構造であって、出力電圧が２１．０〜２９．０Ｖの二次電池が含まれその重量は、１．５ｋｇ程度で、呼吸同調制御を行う場合において、８８〜９４％濃縮酸素流量が最大２Ｌ／分時に最大３時間の動作を可能にしている。このリチウム・イオン・バッテリ以外にも他の携帯用エネルギ源からの供給も受けることができる。例えば、充電式もしくは取替え式の燃料電池が使用可能である。このシステムは、二次電池として内蔵バッテリと外部バッテリから電力供給されるが、多数のバッテリによって駆動してもよい。
【０１９２】
また、患者は常に追加の新鮮な充電済みの外部バッテリを持つことで、より長時間の外出等が可能となり、その際のＱＯＬが大幅に向上する。また、適当な接続部を介して濃縮酸素の流れに湿気を加えるための加湿手段（不図示）を備えていてもよい。
【０１９３】
上記の呼吸同調制御は、充電式バッテリで、酸素濃縮装置１全体が駆動されている場合に、濃縮された酸素をより効率的に患者が使用できるようにするために、呼吸に同調した制御を行うためのものである。通常の呼吸の間は、患者は、吸気吸息／呼気呼息サイクル時間の約１／３を吸気吸息に、残りの２／３を呼気呼息に当てている。呼気呼息の間に生成される濃縮酸素は患者にとっては不要のものである。この結果この余剰の濃縮酸素の流れを効率的に提供する追加のバッテリ電力は無駄にされているといえる。そこで、呼気呼息の間に生成された濃縮酸素を吸息時に供給することにより、仮に、吸気吸息／呼気呼息サイクルが１(吸気吸息)：２(呼気呼息)であるならば、吸気吸息時に３倍の流量まで供給することが可能となる。このように、呼吸同調制御を行うことは装置の小型化、低消費電力化が可能となる利点がある。
【０１９４】
尚、酸素ボンベから酸素吸入するように構成された酸素吸入装置にも適用可能となることは言うまでもない。
【０１９５】
また、酸素濃縮装置１は、酸素センサ１１４を標準装備している。これに加えて、加速度センサ、ＧＰＳ(全地球位置センサ)、ショックセンサ等の各種センサ、脈拍センサ、血圧センサ、血中酸素飽和度センサ等をオプションとして付属することも可能である。ここで酸素センサにはガルバニ電池式、超音波式、ジルコニア式等のセンサが使用可能であるが大きさの点や測定精度の点からジルコニア式酸素センサが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１９６】
【図１】は、本発明の一実施形態である酸素濃縮装置１を前方側の左斜め上から見た外観斜視図である。
【図２】は、図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【図３】は、鼻カニューラの延長チューブセットの外観斜視図である。
【図４】は、図１の酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。
【図５】(ａ)は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、(ｂ)は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また(ｃ)は、図４の操作パネル５の酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【図６】(ａ)は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にする様子を示した外観斜視図、(ｂ)は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また(ｃ)は、図６(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。
【図７】は、装置１の配管図を兼ねたブロック図である。
【図８】は、電源選択の動作説明フローチャートである。
【図９】は、酸素濃縮装置１の内部構成を示す立体分解図である。
【図１０】は、酸素濃縮装置１の底面カバー４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。
【図１１】は、酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す外観斜視図である。
【図１２】は、組立後の酸素濃縮装置１の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す側面図である。
【図１３】は、二段式防音室３４の内部構成を示すために一部を破断して示した外観斜視図である。
【図１４】は、コンプレッサ１０５と送風ファンの支持機構を示した側面図である。
【図１５】は、カバー内に導入される外気導入空気と、コンプレッサ１０５に供給される原料空気と、排気空気の流れる様子を示した模式断面図である。
【図１６】(ａ)〜(ｃ)は、設定流量１．５Ｌ以上の場合の３方向弁と真空破壊第１弁、真空破壊第２弁の動作説明のための配管図である。
【図１７】(ｄ)〜(ｆ)は、設定流量１Ｌ以下の場合の３方向弁と真空破壊第１弁、真空破壊第２弁の動作説明のための配管図である。
【図１８】(ａ)は、図１６の制御シーケンスを示す図、(ｂ)は図１７の制御シーケンスを示す図である。
【図１９】は、排気圧力変動の比較図である。
【図２０】(ａ)は、コンプレッサモータの横断面図、(ｂ)は(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。
【図２１】(ａ)は、モータ駆動回路図、(ｂ)はモータ駆動波形図である。
【図２２】は、音声ガイダンスの動作説明フローチャートである。
【図２３】は、音声ガイダンスの動作説明フローチャートである。
【図２４】は、音声ガイダンス一覧表である。
【図２５】は、操作及び実作動履歴の記憶表である。
【図２６】(ａ)は、患者使用履歴の動作説明フローチャート、(ｂ)はメンテナンス側履歴の動作説明フローチャートである。
【図２７】(ａ)は、有線リモコン装置の外観斜視図、(ｂ)は、無線リモコン装置の外観斜視図である。
【図２８】(ａ)は、圧力調整器（レギュレータ）の配管図、(ｂ)は比例開度弁１１５の模式図である。
【図２９】は、呼吸同調時の比例開度弁１１５の動作説明フローチャートである。
【図３０】は、呼吸同調の比例開度弁(ｂ)と固定弁(ａ)とにより得られる積算流量と実供給量の比較図である。
【符号の説明】
【０１９７】
１ 酸素濃縮装置、
２ 表面カバー（密閉容器、樹脂製）
３ 裏面カバー（密閉容器、樹脂製）
４ 取っ手（樹脂製）
５ 操作パネル
６ 電源スイッチ（樹脂製）
７ 酸素出口(樹脂製）
８ 酸素流量設定ボタン（８ａ、８ｂ）
１０ キャリア（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）
１１ キャスタ
１２ 固定ネジ
１３ カプラ（樹脂製）
１４ 鼻カニューラ（樹脂製）
１５ チューブ（樹脂製）
１７ フィルタ交換用蓋（樹脂製）
１６ ネジ
１９ ＡＣケーブル
２０ 外気導入フィルタ
２１ コードフック
２２ ゴム足
２３ スピーカ
２４ 配管
３０ 中継カプラ（樹脂製）
３１ 延長チューブ（樹脂製）
３２ 遮蔽板（成形品）
３３ 配管（樹脂製）
３４ 二段式防音室
３５ 密閉箱
３５ａ 側面開口部
３５ｂ 底面開口部
３６ 上段部材（アルミ製、防音材）
３７ 下段部材（アルミ製、防音材）
３８ 表蓋部材（アルミ製、防音材）
３９ 裏蓋部材（アルミ製、防音材）
４０ ベース体（樹脂製）
４０ｆ 取付リブ
４０ｂ 開口部
４０ｃ 排気開口部
４１ 底蓋（樹脂製）
４８ 位置決め用鍔部
４９ バンド
５０ 位置決め用リブ
５１ 防音スポンジ（振動防止複合材）
５６ モータ軸
５７、５８ コンロッド
５９、６０ ピストン
６１ コンプレッサ固定台（アルミ製）
６２ 圧縮コイルバネ（バネ鋼製）
６３ 防振ゴム
１０１ 吸気フィルタ
１０２ 吸気用バッファタンク
１０４ 冷却ファン
１０５ コンプレッサ（空気圧縮部１０５ａ、負圧部１０５ｂ）
１０８ａ、１０８ｂ 吸着筒体（アルミ製）
１０９ａ、１０９ｂ 三方切換弁
１１０ 消音器
１１１ 製品タンク
１１２ 圧力調整器
１１４ 酸素センサ
１１５ 比例開度弁
１１６ 流量センサ
１１７ デマンド弁
１１８ デマンド基板
１１９ 滅菌フィルタ
１２０ 負圧破壊第１弁
１２１ 負圧破壊第２弁
２００ 中央制御部（ＣＰＵ基板）
２０１ モータ制御部（モータドライバ基板）
２０２ 流量制御部
２０３ 音声発生部（音声モジュール基板）
２０４ 表示部
２０５ 不揮発性メモリ
２０６ ＲＡＭ
２０７ リアルタイムクロック
２０８ 圧力センサ
２２６ 電源制御装置
２２７ 外部バッテリ
２２８ 内蔵バッテリ
Ｄ 奥行き寸法
Ｗ 幅寸法
Ｈ 高さ寸法
Ｖ 振動方向
Ｆｎ 外気導入空気、原料空気、排気空気の流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用の酸素濃縮装置に係り、特に圧力スイング吸着方式と呼ばれる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各種機器が実用化されている。
【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、この圧縮時に温度上昇した圧縮空気を熱交換器で冷やしている。この熱交換器を上記の圧縮手段とともに外気空気を吹付ける冷却手段で冷却するとともに、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、バッテリ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、本願出願人は圧縮空気を発生する圧縮手段と負圧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、特に一体化されたコンプレッサの振動、そして、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負圧破壊弁設け、更に均圧工程時と同期して負圧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を提案している。（特許文献３）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、減圧手段（負圧発生部）と３方向切換弁の負圧流路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されることで外気を導入することが可能な負圧破壊弁を用いる装置によれば、均圧工程時に発生する高真空化を低減することができ、騒音低下、低電力化を図れることが確認されている。
【０００９】
しかしながら、定常運転中の騒音低減も大きな課題であり、特にコンプレッサの回転数を意図して変動させる装置においては、低回転中の振動抑制は大きな課題である。
【００１０】
特に、圧縮手段と減圧手段とが一体化されたコンプレッサを備え、酸素流量に関連付けて回転数を制御する場合には、モータが低回転時（約１５００ＲＰＭ以下）に激しい振動が発生することになる。
【００１１】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであり、特に設定酸素流量が小さく設定され場合にコンプレッサ振動を抑制することにより低騒音化を図るとともに排気の騒音を小さくできる酸素濃縮装置の提供を目的としている。特に、病院などの医療サイト、在宅等で使用可能な好適な医療用の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、本発明によれば、大気の一部を用いて圧縮空気を発生する圧縮空気発生手段と、負圧を発生する減圧発生手段と、前記圧縮空気をその筒体の内部に導入し、前記筒体内に充填された触媒吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着筒体と、前記吸着筒体内に前記圧縮空気を導入する状態と、前記触媒吸着剤が窒素で飽和したときに窒素を前記吸着筒体の外部に排出させるように前記吸着筒体内に前記負圧を導入する状態に流路を切り換える流路切換手段と、を備えた酸素濃縮装置であって、前記減圧発生手段と前記流路切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を接続し、前記負圧破壊弁を開状態にして排気を行うことを特徴としている。
【００１３】
また、前記圧縮空気発生手段と前記減圧発生手段とを一体的に設けたコンプレッサを備えることを特徴としている。
【００１４】
また、前記吸着筒体は、前記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、前記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てその出口側から酸素を供給するとともに、前記吸着剤が窒素で飽和したときに負圧を導入して窒素を外部に排出させる２本の吸着筒体であり、前記流路切換手段は、前記２本の吸着筒体の前記入口側と前記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負圧流路と閉流路とに交互に切り換える２組の３方向切換弁であり、前記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、前記２本の吸着筒体の前記出口側の間で分岐配管されるとともに前記圧力センサで前記最高内圧値が検出されると前記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、前記負圧破壊弁は前記負圧発生部と前記３方向切換弁の前記負圧流路との間に接続されるとともに前記均等圧化を行うときに開状態にされることで消音器を介して排気を行うとともに、酸素供給量を毎分０．１〜４リットル以上の範囲で設定する酸素供給量設定手段と、前記２組の３方向切換弁と前記均等圧弁と前記負圧破壊弁の開閉制御を司る制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記酸素供給量設定手段による酸素流量設定に応じて前記開状態にされるべき前記負圧破壊弁の個数を決定することを特徴としている。
【００１５】
また、前記消音器は、金属あるいは樹脂材料からなる管から構成され、かつ前記管の側面の長手方向に所定間隔で複数個の小孔が穿設されることを特徴としている。
【００１６】
そして、ＡＣ駆動モードとバッテリ駆動モードとを備え、前記ＡＣ駆動モード時における酸素生成能力を前記バッテリ駆動モード時における酸素生成能力の約２倍になるように自動または手動的に切替えるとともに、前記コンプレッサと送風ファンを、前記ＡＣ駆動モード時において高速に、またバッテリ駆動モード時において低速に回転駆動する制御を行う制御手段を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の別の態様によれば、圧縮空気を発生する圧縮手段と、負圧を発生する減圧手段と、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と、切換弁と、備えた酸素濃縮装置であって、前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴としている。また、圧縮空気を発生する圧縮手段と負圧を発生する減圧手段とを備えたコンプレッサと、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と切換弁とを備えた酸素濃縮装置であって、前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、９０％程度以上に濃縮された酸素流量が例えば毎分１リットル未満に設定されて第２負圧破壊弁が開状態となることで、コンプレッサへの負荷（真空圧力）がコントロールされ、低騒音化と低電力化を図ることが出来る圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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が、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り、特に商用電源であるＡＣ電源のみとする室内設置式の圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置やコンプレッサを用いる吸着膜型酸素濃縮装置１にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２０】
＜酸素濃縮装置１の全体構成の説明＞
先ず、図１は一実施形態に係る可搬型の圧力スイング吸着方式の酸素濃縮装置１を前方左斜め上から見た外観斜視図である。また、図２は図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【００２１】
図１と図２から分かるように、この酸素濃縮装置１は、設置場所を最少にするために上下方向に細長いスマートな一見して小型旅行カバン風の外観形状を備えている。このため一瞥しただけでは他人に酸素濃縮装置１であることが知られないように配慮している。
【００２２】
また、特長としては従来の酸素濃縮装置の約三分の一の重さの軽量化、省エネを追求したことで電気代は一日当たり約３４円（電気代を１ｋｗＨ当たり１５．５８円として）とする一方で、付属の着脱可能で繰り返し充電可能な外部バッテリと繰り返し充電可能な内蔵された充電バッテリと家庭用商用（ＡＣ）電源の３系統で使用できることなどが挙げられる。また、特に内蔵バッテリおよび外部バッテリは、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。さらに、バッテリ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出来る機能を備えている。
【００２３】
また、後述するように、密閉カバーを構成するための図示の表面カバー２と裏面カバー３を射出成形樹脂部品とし、さらに吸着剤を充填した並列に複数配列した吸着筒（本実施例では、２本）を含む他の構成部品についても極力軽量化することで総重量が約１０ｋｇ程度の軽量化（ＡＣ電源使用でキャリア１０を設けない場合）とした。この結果、大人が片手で持ち運べる、所謂可搬型にするための取っ手部分となる酸素濃縮装置１を持ち上げる力に十分に耐え得る強度を備えるハンドル４を図示のように上方に設けており、デザイン的な特徴を演出している。
【００２４】
また、この酸素濃縮装置１の外形寸法は、全体が丸みを帯びており、具体的には幅Ｗが３５０ｍｍ×奥行きＤが２５０ｍｍ×高さＨが５５０ｍｍである。このため、床面上の占有面積を極力小できることから上記の軽量化とともに小型化を図っている。また、酸素濃縮装置１のデザイン上の特徴点としては、設置床面から酸素濃縮装置１の前面を３次元的に覆うようにした前面カバー２を、図１に示すようにハンドル４の底面に連続するアクセントラインを左右に上下方向に凹状に一体形成し、さらにこれらのアクセントラインで挟まれる部分を淡い暖色系とし、この上方に同色系の操作パネル５を配置する一方で、裏面カバー３を含む残りの部分をベージュ乃至クリーム系の色としている。
【００２５】
以上のようなデザインおよび配色を施した所謂ツートンカラーの近代的なデザインとすることで、酸素濃縮装置１を室内に設置したときに家具などの他の調度品との調和を図れるように配慮している。また、表面カバー２と裏面カバー３は、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。
【００２６】
図１において、操作パネル５は、ハンドル４の下方の開口部において裏面カバー３との接合面まで、例えば約１０度の角度で斜め上に延設されており、その上に左から順に、樹脂製の大型ダイヤル式の電源スイッチ６と、樹脂製部品の酸素出口７と、樹脂製カバー付きの酸素流用設定ボタン８と、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表示部９が配置されている。また酸素出口７の上方には、酸素出口７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カプラ１３が示されている。このカプラ１３には鼻カニューラ１４等のチューブ１５の開口部が連通するようにセットされる。
【００２７】
この操作パネル５は、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設けられているので、立ったままの姿勢で酸素濃縮装置１の運転操作を行なうことができる。このため従来の酸素濃縮装置のようにいちいち座ったり覗き込む必要がなくなる。また、場合によっては後述する遠隔操作で使用することもできる。したがって、特に患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらには、左利きの人であっても酸素出口７を中央にして左右対称位置に各ダイヤルが配置されているので、何ら違和感なく操作できることになる。
【００２８】
なお、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を引っかけるための不図示のフックを設けて、鼻カニューラ１４等に接続されたチューブ１５を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てフックから外して使用し、未使用時はチューブ１５を数回巻き付けた後に、鼻カニューラ１４等を接続した状態のチューブ１５をフックに引っかけるようにしても良い。
【００２９】
また、図中の二点鎖線で示した底蓋４１も軽量化のために耐衝撃性の熱可塑性樹脂、例えばＡＢＳ樹脂製である。この底蓋４１には４つのゴム足２２が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。一方、外出時等の移動時に使用するキャリア１０を２本の固定ネジ１２で底蓋４１に対して固定するように構成されている。このキャリア１０には、上記の各ゴム足２２より大きな孔部１０ｂが対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタ１１を設けている。また、このキャリア１０のベースは軽量化のために軽金属の強化アルミ板製であり、４辺の縁部を全て曲げ加工して強度を確保している。また、後述する外部バッテリを裏側から挿入し所定位置に収容し不動状態にするための収容部１０ｃと、２本の固定ネジ１２を通過させて上記の底蓋４１の雌ネジ部に螺合固定させることでキャリア１０を装置１に対して一体化するための孔部１０ａがそれぞれ設けられている。
【００３０】
次に、図２を参照して説明する。裏面カバー３は、合計で８本の複数の固定用のネジ１６により上記の表面カバー２に対して固定されることで密閉カバーを構成している。この裏面カバー３も上記の前面カバー２と同様に、耐衝撃性の熱可塑性樹脂の例えばＡＢＳ樹脂製である。この裏面カバー３に一体形成される前後方向半分のハンドル４の下方に手が入るようにした開口部の下方には、内部に外気導入フィルタ２０を交換自在に収容したフィルタ交換用蓋１７が着脱自在に設けられている。
【００３１】
この裏面カバー３の下方の左右部分には後述する排気を行う排気口３ａ、３ｂが格子を設けた状態で形成されている。また、各排気口３ａ、３ｂの間の部分は、上方に切り欠かれた切り欠き部となっており、外部バッテリコネクタ１３１、ＡＣアダプタコネクタ１３０を図示のようにこの切り欠き部から夫々露出させている。さらに、図示のＡＣアダプタ１９のＡＣケーブル１９ａ端部のコネクタ１９ｂはＡＣアダプタコネクタ１３０に挿入されて酸素濃縮装置１へのＡＣアダプタ（交流１００Ｖ）１９から酸素濃縮装置へ電力の供給を行う。また、繰り返し充電可能な外部バッテリ２２７のコネクタ２２７ｃをバッテリコネクタ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、患者に供給される酸素流量にもよるが、最大２時間程度のバッテリ駆動を可能になる。
【００３２】
さらに、繰り返し充電可能な内蔵バッテリ２２８（図７を参照の事）も備えており、ＡＣ電源（商用電源）、外部バッテリ、内蔵バッテリの３系統の電源としている。また、使用する電源の優先順位をＡＣ電源、外部バッテリ、内蔵バッテリとすることで、特に内蔵バッテリの温存を図るようにしている。この外部バッテリ２２７の表面には押圧されることでバッテリ残量を表示する残量確認ボタン２２７ａと、残量確認のためにこの残量確認ボタン２２７ａが押圧されると残量１００％で複数、例えば５個の表示部が点灯し、残量２０％で１個の表示部が点灯する複数段階（５段階）表示を例えばＬＥＤ表示するための残量確認モニタ２２７ｂを備えている。また、この外部バッテリ２２７は例えばリチウムイオン電池などの二次電池であり充電器が一体的に設けられた専用設計されると良い。または、ＡＣ電源に接続される充電器から充電を行うようにしても良い。このように構成された充電式バッテリ２２７を、使用前に充電残量を必ず確認することで、外出先でバッテリ切れが起こる最悪の事態にならないようにしている。
【００３３】
また、キャリア１０には、収容部１０ｃをはさんでコードフック２１、２１が固定されており、上記のＡＣアダプタケーブル１９ａを巻き付けるようにして移動時に邪魔にならないようにしている。
【００３４】
次に、図３は鼻カニューラ１４等の延長チューブセットの外観斜視図である。本図において、鼻カニューラ１４等のチューブ１５にはカプラ１３を介して延長チューブ３１を接続するために樹脂製の中継カプラ３０が接続されている。このように延長チューブ３１を接続することで最長約１５ｍの長さまで延長できる結果、患者の移動範囲を大きくでき、さらなるＱＯＬの改善ができることとなる。
【００３５】
次に、図４は酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。本図において、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、電源スイッチ６は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。また、この電源スイッチ６は殆どの部分が操作パネル５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ので、例えば患者がつまづくなどして操作パネル５に対して激しくぶつかった場合でも、怪我などをしないように安全上の配慮がされている。この電源スイッチ６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１２８ａが設けられている。また、この運転状態ランプ１２８ａの上にはバッテリ残量モニタ１２８ｄが設けられている。
【００３６】
また、中央の酸素出口７についても図示のように全ての囲い部分が操作パネル５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７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１２８ｃが設けられている。この警報表示部１２８ｃ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１２８ｂが設けられている。
【００３７】
そして、酸素流量設定ボタン８は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ８ａ、８ｂとして設けられており操作パネル５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８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９で表示するようにしている。以上のようにして酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ２５は、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ている。また、動作インジケータ２５ａは、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ている。
【００３８】
以上のように操作パネル５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を行うようにしている。
【００３９】
図５(ａ)は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、図５(ｂ)は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また図５(ｃ)は、酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【００４０】
先ず、図５（ａ）において、バッテリ残量表示部１２８ｄは、電源オンで約２秒間全点灯する。その後に、内蔵バッテリ２２８（図７参照）または外部充電式バッテリ２２７の残量が１００％であると、左側に設けられた発光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）の表示部の全てが図示のように点灯表示される。また、バッテリ残量が満充電に対して所定割合（例えば、２０％）減る度に、右側から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後述する音声ガイドで警告できるように構成されている。
【００４１】
そして、充電式バッテリの残量が満充電に対して所定割合（例えば、１０％）以下になると左側に設けられた発光ＬＥＤを内蔵したランプが赤色等の警報色に点滅（間欠的に光る）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。このようにして、特に外出時や停電時におけるバッテリ駆動モードでの使用上の安全性を確保している。なお、内蔵バッテリ２２８と外部充電式バッテリ２２７のバッテリ残量表示部１２８ｄを、内蔵バッテリ２２８と外部充電式バッテリ２２７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。
【００４２】
次に、図５（ｂ）において、警報表示部１２８ｃは「点検」の文字が印刷されており、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いる。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いる。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いる。
【００４３】
そして、図５（ｃ）において、酸素ランプ１２８ｂ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いる。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いる。こうすることで、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。
【００４４】
一方、電源スイッチ６をオンすると、ブザーが鳴り音声ガイドとともに、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）。そして、バッテリ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される。患者は医師の処方にしたがって酸素流量設定ボタン８の増減スイッチ８ａ，８ｂを操作し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（増減スイッチ８ａを押すことで酸素流量が増加し、増減スイッチ８ｂを押すことで酸素流量が減少）。なお、通常に酸素濃縮装置１を停止させた場合、一時記憶装置２０６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。このため、初期セルフチェックの後、酸素流量設定ボタン８を押さない場合、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なっている。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よい。
【００４５】
停止時には、電源スイッチ６をオフすると、酸素ランプ１２８ｂが消灯し、しばらくの間、運転ランプ１２８ａが点滅した後に自動的に終了する。
【００４６】
患者が毎日行う作業として、裏面カバー３に設けられた外気導入フィルタ２０に付着したゴミや埃などを掃除機で取り除くことがある。この作業を簡単にできるようにするために外気導入フィルタ２０を容易に着脱できるように構成されている。
【００４７】
図６(ａ)は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にするための様子を示した外観斜視図、(ｂ)は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また(ｃ)は、図６(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。
【００４８】
先ず、図６（ａ）において、裏面カバー３には外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１を穿設した開口部３ｋが設けられており、この開口部３ｋに対して交換用蓋１７が図示のように着脱可能に設けられている。また、この開口部３ｋは交換用蓋１７の全体を埋没する容積を有しており、上方において指先が入る凹部３ｃを形成している。
【００４９】
次に、図６（ｂ）において、交換用蓋１７は図示のように横方向の開口部１７ｂと４隅の起立部１７ａが設けられており、起立部１７ａで囲まれる部分の中に連続気泡のスポンジ製の外気導入フィルタ２０を、それ自体の有する弾性力により不動状態で収めるようにしている。この起立部１７ａは、開口部３ｋへの取付壁部を兼ねている。このため、図示の状態で外気導入フィルタ２０を取り出し、水洗により洗浄するか、新品に交換することで、交換用蓋１７にセットするようにして元に戻せることとなる。
【００５０】
図６（ｃ）において、交換用蓋１７が図示のように開口部３ｋにセットされると、本体の遮蔽板３２の端面３２ａが外気導入用の縦方向の開口３Ｋ１の殆どの部分を覆い隠し、わずかに上方部分を残す状態になる。この結果、外気は矢印Ｆ方向に内部に導入されることになる。このように遮蔽板３２で内部から裏面カバー３を覆うことで騒音が外部に漏れることを効果的に防止している。すなわち、酸素濃縮装置１の外部に対する開口部分としては、この開口３Ｋ１と上記の排気口３ａ、３ｂのみとするとともに、開口面積は後述する原料空気の流量を確保するために必要となる最少限度とすることで、内部から発生する音が外部に極力漏洩しないようにして運転時の騒音レベルの３８デシベル以下を実現可能にしている。さらに、密閉カバー構造により周囲を完全に覆い且つ出口部分を少なくして防音に加えて防水対策も可能にしている。遮蔽板３２は黒色樹脂の成形部品として準備され、スピーカ２３と、外部通信コネクタ１３３が図示のように固定される。
【００５１】
また、酸素濃縮装置１は通常、部屋の壁面から狭い間隙を経て設置されるので、外気導入と排気を裏面カバー３側から行うことで、外気導入と排気音が最も低くなる個所からの排気を可能にしている。
【００５２】
一方、上記の裏面カバー３の凹部３ｃは図示のように指先が入るようにして交換用蓋１７を外側に取り出せるようにしている。以上が患者が直に使用する構成部分である、以下に具体的な内部構成について図７から図１３を参照して述べる。
【００５３】
＜酸素濃縮装置１の配管およびブロック図の説明＞
図７は、酸素濃縮装置１のブロック図を兼ねて図示した配管図である。本図において、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ともに、図中の二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇ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。
【００５４】
ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮手段（圧縮空気発生部）と減圧手段（負圧発生部）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバー２と裏面カバー３については密閉容器として図中破線で図示されている。
【００５５】
図７において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記のフィルター交換用蓋体１７（図６参照）に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４、１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。すなわち、後述するように上段部材上に送風ファン１０４、１０４を配設し下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線図示の）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気マフラ１０２とが設けられている。このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。
【００５６】
一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮手段１０５ａと、減圧手段１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。
【００５７】
次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプ（例えば、外径６ｍｍ内径４ｍｍのアルミ管）とし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。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する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、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。
【００５８】
圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着手段（本実施例では、並列に少なくも２つ配置された、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。このため切換弁（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（パージ（浄化）を行うため）に減圧手段１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。
【００５９】
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、SiO2／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している。特に、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、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。
【００６０】
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結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０５を小型のタイプとすることができ、低騒音化を一層図ることができた。
【００６１】
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が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、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されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。
【００６２】
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８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負圧回路基板１１８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、装置１の酸素出口７に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ１４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こととなる。
【００６３】
次に、図７において電源系統は、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１９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１９と、装置本体に内蔵される内蔵バッテリ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バッテリ２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵バッテリ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、少なくとも内蔵バッテリ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、バッテリ残量、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、バッテリ残量、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。
【００６４】
また、外部バッテリ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バッテリチャージャーを用いて繰り返し充電される。または、専用設計されたバッテリチャージャーを一体化した外部バッテリ２２７として準備しても良い。
【００６５】
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置はＡＣアダプタ１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵バッテリ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、外部バッテリ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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、電源制御回路２２６と、内蔵の内蔵バッテリ２２８については酸素濃縮装置１の低重心化を図るために後述するように底面に配設される。一方、外部バッテリ２２７は上記のようにキャリア１０の収容部に内蔵されることで外出時などで使用可能になる。この外部バッテリ２２７には上記の充電残量表示部他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。
【００６８】
ＡＣアダプタ１９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、通常のトランス式でも良い。また、内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ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でも良い。
【００６９】
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バッテリを構成しても良い。
【００７０】
また、酸素濃縮装置１の中央制御部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機能を備えており、自動的にコンプレッサ１０５、送風ファン１０４を、多くの酸素生成をする場合は高速に、少ない酸素生成時において低速に回転駆動する制御を行うことで特に、内蔵バッテリ２２８を温存させるようにしている。この結果、外部バッテリ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ように配慮されている。
【００７１】
こうすることで例えば、外出時に外部バッテリ２２７が残量ゼロになった場合でも内蔵バッテリ２２８で継続使用できるようになるので、患者は安心して使用できる。
【００７２】
＜電源選択の自動選択動作の説明＞
図８は、電源選択の動作説明フローチャートであって、図７に図示された３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えする一制御例を示している。電源投入直後は、接続されている全ての電源は電源制御回路２２６により一時的に並列に供給されている。本図において、酸素濃縮装置１の電源スイッチ６が押圧されると中央制御部２００の動作プログラムが起動され初期化後にステップＳ１に進み、電源種別判断が実行される。次に、ステップＳ２に進み、装置１はＡＣアダプタ１９が接続され商用電源からの通電が行われて電力供給可能になっているか否かの判断が行われる。このステップＳ２の判断で電力供給可能であると判断されるステップＳ３に進み、電源制御回路２２６によりＡＣアダプタ１９よりの供給のみに自動切換えされることにより第１電力供給状態にセットされて処理が終了する。
【００７３】
一方、電源供給状態は常に変化するため、処理終了後はＳ１に戻り、電源監視を継続する。商用電源からの通電が行われているときは、内蔵バッテリ２２８、外部バッテリ２２７の順に充電を実施する。
【００７４】
ここで、ＡＣアダプタの出力電圧は直流３０Ｖであるが、内蔵バッテリと外部バッテリの出力電圧は２９Ｖであるので、制御部による判断が可能となる。また、内蔵バッテリと外部バッテリの判断はコネクタ接続の有無から判断できることとなる。
【００７５】
また、ステップＳ２でＡＣアダプタ１９からの電力が供給可能になっていないと判断されると、ステップＳ４に進み最初に外部バッテリ２２７が接続されているか否かの判断が行われる。このステップＳ４で外部バッテリ２２７が接続されていると判断されるとステップＳ５に進み外部バッテリ２２７からの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態となる。これに続いてステップＳ６においてバッテリ残量の検出を行い、次のステップＳ７でバッテリ残量が十分であるか否かの判断が行われる。ステップＳ７でバッテリ残量が十分であると判断されると、電源制御回路２２６により外部バッテリ２２７よりの供給のみに自動切換えされ、Ｓ１に戻り電源監視処理を継続する。
【００７６】
しかし、ステップＳ７でバッテリ残量が十分ではないと判断されると、ステップＳ８に進み電源制御回路２２６により内蔵バッテリ２２８に自動切換えする。次に、ステップＳ９において、内蔵バッテリ残量の検出を行うことで検出結果を操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄで行う。以上で装置１を最後まで温存された内蔵バッテリ２２８の電力供給を受けて作動できる第２電力供給状態にすることができる。
【００７７】
この後、ステップＳ１０で内蔵バッテリ残量が十分であるか否かの判断が行われバッテリ残量が十分であると判断されると電源制御回路２２６により内蔵バッテリ２２８に自動切換えＳ１に戻り電源監視処理を継続する。一方、ステップＳ１０で内蔵バッテリ残量も十分でなくなった場合にはステップＳ１１に進みバッテリ切れの警報または音声ガイドを発生する。
【００７８】
再度、図７において、上記の３電源系統のうちの一つから電力供給を受けて作動する中央制御部２００には上記の電源スイッチ６と上記の表示用のＬＥＤ素子を図５で説明したように点灯、点滅駆動するとともに、７セグメントＬＥＤで設定流量、積算時間を表示するように駆動する表示駆動部２０４とが図示のように接続されている。
【００７９】
また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の直流モータおよび送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。
【００８０】
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２０５と一時記憶装置２０６とリアルタイムクロック２０７と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。
【００８１】
また、上記の３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、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ための負圧発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００８２】
ところで、総重量が約１ｋｇのコンプレッサ１０５はモータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御器１２３ａであって後述する正弦波駆動波形により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１０５は、各速度で運転可能であって、必要な真空（負圧）／正圧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ことが好ましい。
【００８３】
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１０５の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より判断されると、コンプレッサ１０５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、酸素濃度の低い高地にいるときなど、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。
【００８４】
以上のモータ制御によって装置１全体の消費電力が低減され、充電式バッテリでの駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１０５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。
【００８５】
このコンプレッサ１０５は、上記のように圧縮空気発生と負圧発生の両方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る。具体的には、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御され、通常の速度である１７００ｒｐｍ程度で回転するときの操作寿命を１５０００時間と長くできるようにしている。また、このコンプレッサ１０５は、空気を１００ｋＰａ、好ましくは７５ｋＰａ程度に圧縮する性能を備えている。また、上記の操作寿命が経過すると音声ガイドにて知らせる機能を備えている。
【００８６】
このコンプレッサ１０５を取り巻く操作温度は、０℃〜４０℃であり、コンプレッサ１０５用の駆動電圧は、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４５〜８０Ｗ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。
【００８７】
ここで、負圧破壊弁１２０、１２１のそれぞれの役割は、コンプレッサ１０５の減圧手段側の真空度を自動調整するものである。すなわち、装置１に採用されるコンプレッサ１０５は圧縮手段と減圧手段の両機能を備えているので、小型軽量化できるという利点がある。しかしながら、このように一体化されたコンプレッサは、加圧専用コンプレッサや真空（負圧）専用コンプレッサに比較して振動が大きくなるという問題がある。特に、圧縮工程に振動が激しくなり、均圧工程時には３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂの流路２４ｆは圧縮手段（圧縮空気発生部）１０５ａ側と一方の吸着筒対１０８ａ側が連通され、このとき減圧手段（負圧発生部）１０５ｂ側は遮断された状態となるために、３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと減圧手段（負圧発生部）１０５ｂの流路２４ｆ内圧力は極端な高真空状態となることによる。この高真空状態を解消するために、外気と連通するように負圧破壊弁１２０を図７に図示のように配管する。
【００８８】
均圧工程と同期して、負圧破壊弁の1つ負圧破壊弁１２０を開状態に動作させることで、流路内に外気が入り込むようにして、流路内を大気圧により近い状態とする。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与するようにできるようになる。負圧破壊弁の１つ負圧破壊弁１２１は、後述するように、設定酸素流量に応じてオンされて開状態にされる。
【００８９】
一方、このコンプレッサ１０５の冷却と、装置１内部の冷却を行うための上記の送風ファン１０４、１０４は、消費電力約２．７Ｗ程度である。このブロアに代えて軸流ファンでもよい。ここで、装置１の最大騒音圧力レベルは、最大の回転数のときに３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合には３３ｄＢＡである。
【００９０】
３方向切換弁１０９ａ、１０９ｂには、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にまで低減される結果、大幅な電力低減が期待されることになる。
【００９１】
以上の各構成部品は、低騒音化された小型の酸素濃縮装置１の組立作業性および点検整備性の向上を配慮して主に二段式防音室３４を取り付け部として固定されている。
【００９２】
即ち、騒音発生の大きなコンプレッサ１０５と、送風でコンプレッサ１０５の冷却を行うために送風音が発生する送風ファン１０４と、吸気用バッファタンク１０２の空気導入口と３方向切換弁１０９と、排気時に排気音が発生する消音器１１０と他の各種弁を内周面全面に防音材を敷設した二段式防音室３４の内部に配置し、この二段式防音室３４の外壁部分を有効利用して上記の遮蔽板３２と、吸着筒体１０８ａ、１０８ｂと、製品タンク１１１と、吸気用バッファタンク１０２と、各種制御基板２００、２０１、２０２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負圧回路基板１１８に接続されるデマンド弁１１７とが固定されている。
【００９３】
このように振動または騒音発生の伴う構成部品は二段式防音室３４内部において防音状態でそれぞれ設けることで、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、例えば３方向切換弁の作動音と消音器１１０から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。
【００９４】
また、上記のように前面カバー２と裏面カバー３は外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口３ａ、３ｂを介して外部に排出するための必要最小限の開口を備えた密閉カバーとして構成することで同様に騒音低減を図っている。
【００９５】
次に、図９は、酸素濃縮装置１の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。本図において、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、下方より、上記のゴム足２２を四隅に固定した図１で二点鎖線で示した樹脂製の底蓋４１が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジ１６を用いて固定されている。
【００９６】
このベース体４０は、４面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１、１３０が固定されている。また裏面カバー３の各排気口３ａ、３ｂに対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ、４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の３方側から固定ネジ１６で固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆを３方から一体成形している。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂをさらに穿設している。
【００９７】
次に、二段式防音室３４は、図面の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４を固定し、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５として上記のような軽量金属板から構成されている。
【００９８】
この二段式防音室３４は、図示のように手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を複数の固定ネジ１６で固定するようにしている。このために二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。
【００９９】
この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ、３５ａ（破線図示）とが穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、配管２４をラバーブッシュを介して固定するための複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４を支持するとともに振動防振機能をラバーブッシュと協働して行うように構成されている。
【０１００】
また、各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の３方向切換弁１０９他が配置されている。
【０１０１】
この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０２と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。
【０１０２】
製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジ１６を用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジ１６で固定されるとともに上記の各制御基板２００、２０１、２０２他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。
【０１０３】
この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と流量センサ１１６とデマンド弁１１７と回路基板１１８ａとが固定されている。
【０１０４】
以上のように略全ての構成部品をベース体４０上に固定された二段式防音室３４の外壁を取り付け面として固定する構造とすることで、小型化が実現でき、しかも４方向からアクセス可能となるので組立作業性が大幅に向上されるので自動組立ライン化も可能となった。また、上記の表面カバー２と裏面カバー３はベース体４０から放射状に張り出さないようにすることで省スペース化にも大きく寄与できた。
【０１０５】
図１０は、酸素濃縮装置１の底蓋４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。本図において、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、図示のようにベース体４０には上記の開口部４０ｂに連通する電源室４０１と、内蔵バッテリ２２８を内蔵したバッテリ室４０２と、均等圧化弁１０７１２１と吸気バッファタンク１０２の一部を収容した収容室４０３とが隔壁を介して形成されており底蓋４１を固定後にそれぞれが密閉された部屋を構成するようにしている。
【０１０６】
以上の構成により、上記のように二段式防音室３４に内蔵された消音器１１０を介して排気される過程で排気が破線矢印方向Ｆに分岐して開口部４０ｃから外部に流れるようにして排気音が減衰されるとともに、電源装置２２６の発熱分を排気で冷却できるようにしている。
【０１０７】
図１１は、図９で示した各構成部品をベース体４０上に組み付け後の酸素濃縮装置１の内部構成を示すために反対側から見た外観斜視図である。本図において、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、図示のようにベース体４０上において、隙間なく全ての部品が固定されている。
【０１０８】
この酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定するために、ベース体４０の外周面には一方の鍔部４８が形成されている。また、表面カバー２の裏面には独立気泡のウレタンスポンジ製の吸音材５１が敷設されている。また、上記の操作パネル５に配置される各ランプ類と表示部の表示駆動部２０４を実装した実装基板１２８が図示のように固定されている。また、この表面カバー２の下方にはベース体４０の外周面に形成された一方の鍔部４８を上下方向から挟むようにした他方の鍔部５０、５０が上下に夫々一体成形されている。さらに、この表面カバー２の突合せ面２ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の雌ネジ部となるインサートナットをインサート成形した形状部２ｈが複数箇所に成形されている。
【０１０９】
また、裏面カバー３の突合せ面３ｐは略平面に沿うように成形されるとともに、固定ネジ１６の挿通孔となる形状部３ｈが複数箇所に成形されている。
【０１１０】
図１２は、表裏面カバー２、３を固定する様子を示す断面図である。本図に示すように表裏面カバー２、３をベース体４０に固定するために各カバー２、３を突合せ面２ｐ、３ｐで当接させると、ベース体４０の一方の鍔部４８が他方の鍔部５０、５０の間に入る状態になる。この後に固定ネジ１６で固定することで密閉カバーが完成する。
【０１１１】
以上のように構成することで省スペース化を実現できることとなる。このため表面カバー２、裏面カバー３と上記の底蓋４１、ベース４０は、ＡＢＳ樹脂材料を用いて射出成形される軽量部品として準備され、樹脂部品の総重量は２．６ｋｇであり、装置１の全重量１０ｋｇの約２６％となった。
【０１１２】
ここで、表面カバー２と裏面カバー３とから形成される同じ表面積を有するカバーを、従来からの木製筐体であって加工が容易であり、かつ寸法に狂いが生じにくく軽量で防音性能が優れているＭＤＦ（Medium Density Fiberboard）木製とした場合には重量が約４．６ｋｇとなる。また、木製筐体は板厚が１ｃｍ前後の平らな板状であるので図示のような曲面状にするためには、これらの板部材を重ねるとともに、曲面状に加工することになるので約８ｋｇとなってしまう。このために、目標重量の約１０ｋｇは到底達成できなくなる。しかしながら、例えば室内常設タイプであって軽量にする必要の無い場合には上記のＭＤＦで密閉カバーを作ることもできることは言うまでもない。
【０１１３】
＜二段式防音室３４の説明＞
次に、図１３はコンプレッサ１０５を防振・防音状態で収納する二段式防音室３４の下段部材３７の要部を破断して示した外観斜視図である。本図において、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、二段式防音室３４の内周面には制振材と独立気泡スポンジとを多層構成した防音材が敷設されている。
【０１１４】
上記のようにコンプレッサ１０５は圧縮空気発生部１０５ａと負圧発生部１０５ｂを一体形成しており、アウターロータ式の電動モータの出力軸５６に固定されるクランク軸周りにコンロッド５７、５８に連結されるピストンを設けている。このクランク運動する１対の水平対向ピストンはシリンダに夫々往復移動可能な密閉状態で設けられており、一方のピストン６０により空気圧縮部１０５ａが構成され、他方のピストン５９により負圧部１０５ｂが構成されている。このために各ピストンの圧縮面には不図示の一方向弁が夫々搭載されている。
【０１１５】
また、この１対の水平対向ピストンの往復移動方向は二段式防音室３４の底面に対して平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると矢印Ｖ、Ｖ方向に大きく振動する。このためにコンプレッサを二段式防音室３４内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台６１でコンプレッサ１０５を上下から挟むように固定して振動を効率的に吸収できるように構成されている。すなわち、前後２つのコイルバネ６２（手前側のみ図示されている）を固定し、不図示のラバーブッシュをさらに内蔵して図示のように下段部材３７上に固定している。また、コンプレッサ固定台６１は軽量化のためにアルミ板製が良い。
【０１１６】
以上の構成によりコンプレッサ１０５が起動されると、コイルバネ６２が適度に圧縮と伸張を繰り返し行う一方で、上記のように上段部材３６に対してラバーブッシュを介して固定された配管２４も適度に圧縮と伸張を繰り返し行うことで、実質的に６点支持状態で防振されて支持することができるようになる。
【０１１７】
また、コンプレッサ固定台６１は直流モータ部分のみを保持するために送風ファン１０４によるコンプレッサ１０５の冷却のための送風が邪魔されず円滑に行えることとなる。 図１４は、コンプレッサ１０５および送風ファン１０４を防音状態で収納する二段式防音室３４の要部を破断して示した側面図である。
【０１１８】
本図において、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、密閉箱３５の左右壁面には上段部材３６と下段部材３７とを個別に矢印方向に引き出すように構成されており、図示の位置での点検作業を可能にしている。以上の構成により、組付け作業とオーバーホール時の作業が大幅に改善された。
【０１１９】
次に、図１５は、外気導入空気と、原料空気および排気空気の流れる様子を示した模式図である。本図で、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、外気導入フィルタ２０で一次濾過された空気は矢印Ｆ１方向に密閉カバー内（２、３）に導入される。導入された空気は、矢印Ｆ２方向にそれぞれ分岐するように２個の送風ファン１０４により吸い込まれて二段式防音室３４の第１開口部３５ａを介して二段式防音室３４内に流入する。コンプレッサ１０５は発熱するためが大きく冷却しないと５０℃以上に温度上昇するので効率的に冷却する必要があるので、上段部材３６の開口部３６ａからの送風によりコンプレッサ１０５を冷やすようにしている。
【０１２０】
また二段式防音室３４内に導入された空気の一部を原料空気として使用するために配管２４内を矢印Ｆ３方向に通り、二次濾過を行うフィルタ１０１と吸気バッファタンク１０２を通過後に矢印Ｆ４方向に流れ圧縮空気発生部１０５ａに向かう。このようにして、吸気音は完全に遮断されることになる。また、排気は内蔵された消音器１１０で充分に消音された後に、下段部材３７の開口部３７ｂを矢印Ｆ５方向に出てから各排気口２ｃから矢印Ｆ６方向に外部排気される。
【０１２１】
以上のように実質的に酸素を生成する上で必要となる主構成部品を全て二段式防音室３４内で防音する事で、連続する騒音源となるコンプレッサ１０５の音は、唯一の開口部となる空気の排出口２ｃから外部に出されることとなる。このときの音エネルギーは、反射、吸音を繰り返して減衰される結果、耳障りな音は低減される。さらに、防音室内部は、内面に吸音材５１を貼ることにより、騒音源は最小限に抑えられ、更には、従来のような排出通路と酸素の生成に必要な部品とが区分けされている酸素濃縮装置に比べて、効率良くスペース使うことで、装置の小型化とメンテナンス性を大幅に向上できる。
【０１２２】
尚、以上は本発明の医療用の酸素濃縮装置１を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、空気中から窒素を吸着して、酸素を生成するための触媒担体として、SiO2／Al2O3比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつ前記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ることにより、吸着筒体は１本にすることもできる。さらに、カバーのデザインは上記構成に限定にされないことは言うまでもない。
【０１２３】
以上の構成により酸素濃縮装置１の電源スイッチ６がオンされる事で、所定電圧の供給が開始され、セルフチェックが行われる。これに続きコンプレッサ１０５と、送風ファン１０４、１０４と、３方向切換弁１０９への通電が行われることで、外部空気の導入が行われ、それに伴う空気導入音が連続的に発生する。同時にコンプレッサ１０５の振動やその振動に伴う騒音、各吸着筒に及ぶ配管からの透過音が連続して発生する。
【０１２４】
これに続き、導入された空気は一方の３方向切換弁１０９ａを経て第１吸着筒体１０８ａに導入されて、生成酸素は後述する逆止弁を通り、製品タンク１１１に流れ込み圧力が次第に上昇する。所定の圧力になると均等圧弁１０７が所定時間 「開状態」となる。
【０１２５】
第１吸着筒体１０８ａで濃縮された一部の酸素を使用して、第２吸着筒体１０８ｂの、洗浄が行われ、続いて均圧工程が行われる。また、均圧工程と同期して負圧破壊第１弁１２０が動作されることによりコンプレッサの振動を低減する。及び次の加圧に備えた準備が行われる。
【０１２６】
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べく３方切換弁１０９ｂが作動する。第２吸着筒体１０８ｂに流れ込んだ圧縮空気で分離生成された酸素は不図示の逆止弁を介して製品タンク１１１中に流れる。その後所定の圧力となったことが圧力センサ２０８で検出されると均等圧弁１０７が所定時間「 開」となる。この後に、第２吸着筒体１０８ａの洗浄及び均圧工程が行われる。
【０１２７】
以上のように均等圧弁１０７が開かれることで、第２の吸着筒体１０８ｂで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るので、内蔵のゼオライトの洗浄化が行なわれることになる。以上の切換動作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が可能としている。
【０１２８】
尚、流量センサ１１６は、上記のように使用する酸素流量を決定するための流量設定で設定された設定値を読み取るものであるが、さらに、チューブ折れ等の外乱要因により流量低下した場合に備えて、実流量を測定して音声ガイドにて知らせるようにしている。
【０１２９】
従来の酸素濃縮装置によれば外部空気導入通路を長く設定し、かつ多くの屈折回数を与え、さらに吸音材を設けた遮音箱内に収容していた。このために静かな酸素濃縮装置は大型化するとされていた。また、ゼオライトを充填した吸着筒は、温度上昇すると窒素吸着量が減少するために温度の影響を受け難い場所において離間して配置されるのが一般的であった。
【０１３０】
このため、配管経路が長くなることによる圧力損失も無視できない場合があったがこれらの問題は、図７に示した構成と後述する機械的構成により全て解決された。
【０１３１】
＜負圧破壊第１弁１２０、負圧破壊第２弁１２１の説明＞
次に、図１６（ａ）は酸素流量が所定流量以上、例えば本実施例では毎分１．２５リットルより大きい場合の第１吸着筒体１０８ａの吸着工程、（ｂ）は洗浄工程、（ｃ）は第１吸着筒体１０８ａの均圧工程を夫々図示した模式図である。
【０１３２】
また、図１７（ｄ）は酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合の上記の第１吸着筒体１０８ａの吸着工程、（ｅ）は洗浄工程、（ｆ）は第１吸着筒体１０８ａの均圧工程を夫々図示した模式図である。
【０１３３】
図１８（ａ）は酸素流量が所定流量以上、例えば毎分１．２５リットルより大きい場合のバルブシーケンスであり、（ｂ）は酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合のバルブシーケンスを表している。ここで、斜線部は動作状態にあることを示している。そして、酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合は常に負圧破壊弁１２０を動作させている。ここで、斜線部は各バルブが作動状態に有ることを示している。そして、負圧破壊弁１２１は、酸素流量によらず、均圧工程で作動させている。一方、負圧破壊弁１２０は、酸素流量に閾値を設け、例えば酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下の場合に連続（吸着／脱着，洗浄，均圧のすべての工程）作動させている。
【０１３４】
そして、図１９（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットルより大きい場合の均圧工程時における配管２４ｆ内の圧力を示しており、負圧破壊弁１２１の「あり」と「なし」を示すために時間経過に伴い変化する圧力チャートであり、（ｂ）は酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以下の場合の配管２４ｆ内の圧力を示し、負圧破壊弁１２０の「あり」と「なし」の場合の圧力チャートである。
【０１３５】
図１９（ａ）から解るように、負圧破壊弁１２１を作動させた場合と作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力に違いが見られる。作動させない場合に現れるスパイク的圧力変化がコンプレッサへの激しい振動を発生させ電力をも増加させる要因であり、負圧破壊弁１２１の効果が見られる。
【０１３６】
図１６（ａ）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、均等圧弁１０７が、図示のように２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されている。この均等圧弁１０７は、圧力センサ２０８で筒体内の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制御部２０２からの通電で開状態にされる。また、配管２４の合流点の手前には各筒体から製品タンク１１１に生成された酸素が供給されるようにした逆止弁３０７ａ、３０７ｂがそれぞれ接続されている。
【０１３７】
そして、図７の３方向切換弁(主電磁弁)１０９ａ、１０９ｂは、パイロット弁(パイロット電磁弁)を備えており、これらのパイロット弁は、コンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａからのわずかな圧力で主弁が開閉動作できるように構成されている。このため、直動式電磁弁に比べ低消費電力化が図られるように構成されており不図示の逆止弁も内蔵されている。
【０１３８】
次に、図１９（ｂ）は酸素流量が所定流量以下、例えば毎分１．２５リットル以下での配管２４ｆ内の圧力であるが、図１７（ｄ）（ｅ）（ｆ）を通して常に負圧破壊弁１２０は作動（動作）状態にある。作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力が高くなることがわかる。低流量領域では比較的、高濃度の酸素が得られやすくなるため、負圧破壊弁１２０を作動させて、ある程度真空圧力を下げても（より大気圧に近くしても）酸素濃度には影響しない。こうして、コンプレッサへの負荷は低減され、騒音の低減と電力の低減が図れる。
【０１３９】
配管２４ｆ内の圧力コントロールは負圧破壊弁のオリフィス口径で決定されるが、負圧破壊弁１２１は略大気圧下まで下げることが最も効果があるため、ここではφ２．３程度としている。また、負圧破壊弁１２０は配管２４ｆ内の圧力を所定の圧力下まで低減させれれば良く、負圧破壊弁１２１のオリフィス口径より小さく形成し、例えばφ１．０程度が選択されている。
【０１４０】
そして、図１８（ａ）は、酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以上の場合の均圧工程時における配管２４ｆ内の圧力を示しており、負圧破壊弁１２０の「あり」と「なし」を示すために時間経過に伴い変化する圧力チャートであり、（ｂ）は酸素流量が所定流量、例えば本実施例では毎分１．２５リットル以下の場合の配管２４ｆ内の圧力を示し、負圧破壊弁１２１の「あり」と「なし」の場合の圧力チャートである。
【０１４１】
図１８（ａ）から解るように、負圧破壊弁１２０を作動させた場合と作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力に違いが見られる。作動させない場合に現れるスパイク的圧力変化がコンプレッサへの激しい振動を発生させ電力をも増加させる要因であり、負圧破壊弁１２０の効果が見られる。
【０１４２】
図１６（ａ）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、均等圧弁１０７が、図示のように２本の吸着筒体の出口側の間で分岐配管されている。この均等圧弁１０７は、圧力センサ２０８で筒体内の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制御部２０２からの通電で開状態にされる。また、この均等圧弁１０７に対して平行となるように絞り３０６が配管されており、適度な酸素供給を他方の筒体内に送るようにしている。一方、配管２４の合流点の手前には各筒体から製品タンク１１１に生成された酸素が供給されるようにした逆止弁３０７ａ、３０７ｂがそれぞれ接続されている。
【０１４３】
そして、図７の３方向切換弁(主電磁弁)１０９ａ、１０９ｂは、パイロット弁(パイロット電磁弁)を備えており、これらのパイロット弁は、コンプレッサ１０５の圧縮空気発生部１０５ａからのわずかな圧力で主弁が開閉動作できるように構成されている。このため、直動式電磁弁に比べ低消費電力化が図られるように構成されており不図示の逆止弁も内蔵されている。
【０１４４】
次に、図１８（ｂ）は毎分１．０リットル以下での配管２４ｆ内の圧力であるが、図１７（ｄ）（ｅ）（ｆ）を通して常に作動状態にある。作動させない場合では、配管２４ｆ内の圧力が高くなることがわかる。低流量領域では比較的、高濃度の酸素が得られやすくなるため、負圧破壊弁１２１を作動させて、ある程度真空圧力を下げても酸素濃度には影響しない。こうして、コンプレッサへの負荷は低減され、騒音の低減と電力の低減が図れる。
【０１４５】
配管２４ｆ内の圧力コントロールは負圧破壊弁のオリフィス口径で決定されるが、負圧破壊弁１２０は略大気圧下まで下げることが最も効果があるため、ここではφ２．３程度としている。また、負圧破壊弁１２１は配管２４ｆ内の圧力を所定の圧力下まで低減させれれば良く、ここではφ１．０程度が選択されている。
【０１４６】
図１９は、コンプレッサの負圧部１０５ｂの圧力変化の実測値であって、(ａ)は設定された酸素流量が毎分１．５リットルを示し、(ｂ)は設定された酸素流量が毎分１リットルである場合を夫々示している。なお、本実施例では負圧破壊弁１２０、１２１は配管２４ｆに直列に配置されているが、３個以上複数個を直列に設けてもよい。
【０１４７】
図１９(ａ)の工程は、吸着工程、洗浄工程での圧力波形を示している。この後に、図１６(ｂ)における均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電を行わず閉じた状態にしておくと圧力波形となり大きな圧力変動Ａ２となる結果、コンプレッサの振動騒音が大きくなる。そこで、この均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電により開く状態にすると図示のような圧力波形Ａ３となり小さい振幅の圧力変動となる。この結果、コンプレッサの振動騒音が低くなる。図１６(ｃ）、（ｄ）の運転動作時においても同様の圧力波形となる。
【０１４８】
また、図１９(ｂ)の工程は図１７(ａ)における吸着工程、洗浄工程での圧力波形を示している。この後に、図１７(ｂ)における均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電で開いた状態にし、さらに負圧破壊第２弁１２１を閉じた状態にしておくと圧力波形Ｂ２となりやや大きな圧力変動となる結果、コンプレッサの振動騒音がやや大きくなる。そこで、この均等圧工程において負圧破壊第１弁１２０への通電に加えて負圧破壊第２弁１２１も開く状態にすると圧力波形Ｂ３となり小さい振幅の圧力変動となる結果、コンプレッサの振動騒音が非常に低くなることが確認された。図１７(ｃ）、（ｄ）の運転動作時においても同様の圧力波形となった。
【０１４９】
以上のように、特に設定酸素流量が小さく設定されコンプレッサの負荷が低減された場合において、騒音を小さくでき、電力を低減できる酸素濃縮装置が提供されることとなった。すなわち、高流量かつ高濃度で酸素を分離生成させるためには、吸着筒体内の圧力を極力高真空（負圧状態）にさせることが好ましいために負圧破壊第２弁１２１を閉じた状態にしておく。しかし低流量では高濃度の酸素を容易に得られるために負圧破壊第２弁１２１を開く状態にして高濃度の酸素が得られる最低限の圧力まで下げるようにしてコンプレッサの振動を低く抑えるとともに低騒音と低電力での運転を可能にしている。
【０１５０】
＜コンプレッサの直流モータの駆動説明＞
次に、圧縮空気を発生させる圧縮空気発生部と負圧を発生させる負圧発生部を直流モータ（以下、コンプレッサモータとも呼ぶ）を駆動源として構成したコンプレッサ１０５の運転騒音を低減することでさらに騒音低減できる。
【０１５１】
図２０は、コンプレッサモータの横断面図、(ｂ)は(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。図２０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、図１１で説明したようにピストン５９、６０に連結されたコンロッド５７、５８を軸支したクランク軸体５６を出力軸とするために、クランク軸５６はコンプレッサモータのアルミダイキャスト製のケーシング６７に設けられた２つの軸受けにより回転自在に軸支されている。
【０１５２】
このクランク軸５６の端部には、分極着磁された永久磁石６４が固定されており直流モータのアウターロータを構成している。また、このロータ近傍には永久磁石６４が回転されるに伴い発生する磁極変化を非接触で検出するための３個分のホール素子６６がケーシング６７の内周面上に等しい角度間隔で固定されている。
【０１５３】
一方、回転磁界を発生する３極コイルから形成されるステータ６５は、アウタ―ロータの内側に位置するようにケーシングの蓋部材に図示のように固定されている。
【０１５４】
以上のようにして所謂ブラシレスアウタ―ロータ直流モータが構成される。ここで、このように構成される３極の直流モータ以外にも通常の直流モータも使用可能なことは言うまでもなく、３極以上であっても良いこととなる。
【０１５５】
次に、図２０(ａ)は、モータ駆動回路図、(ｂ)はモータ駆動波形図である。先ず、図２０(ａ)において、上記のモータ制御部２０１には不図示のモータドライバーが内蔵されており上記のステータ６５の個別のコイルに対して個別のホール素子６６の検出にともない駆動波形を印加するように構成されている。このようにしてステータに回転磁界を発生させることでアウタ―ロータに固定された永久磁石６４を磁気吸引して回転駆動する。
【０１５６】
このように回転磁界を発生するために従来は図２０(ｂ)において波形Ｋ１で図示した矩形波をステータコイル６５ａ、６５ｂ、６５ｃに対して順次通電する矩形波による駆動を従来から行っていたが矩形波駆動特有の騒音発生があった。そこで、駆動波形をメモリ素子に記憶させておき、一周期分の正弦波形を順次読み出すことにより正弦波に変換する不図示の正弦波発生回路を使用することにより、波形Ｋ２で示した正弦駆動波に変換し、この正弦駆動波を順次通電することで、さらなる騒音低減を実現することができた。
【０１５７】
以上のように、運転時に常時駆動される最大の騒音発生源であるコンプレサーの低騒音化を図ることでさらに騒音の低減を実現することができた。
【０１５８】
＜音声ガイダンスの説明＞
図２２は、音声ガイダンスの動作説明フローチャートである。図２２において、上記のように電源スイッチ６がセットされるとこのプログラムが起動されて、ステップＳ２０において音声発生モードであるか否かが判断される。音声発生モードにセットされていないことが判断されるとステップＳ２１でリターンして以下の処理を終了する。
【０１５９】
ステップＳ２０で音声発生モードであると判断される。ステップＳ２２に進み使用項目の判断が実行される。これに続き、ステップＳ２３に進み、図２４に図示した各使用項目に対応する「アドレス」にアクセスする。この各使用項目と音声は音声モジュール２０３に記憶されている。そして、ステップＳ２４において音声発生モジュール２０３から「音声Ｎｏ．］を読み出す。これに続きステップＳ２５でこの「音声Ｎｏ．］に対応する「音声内容」をスピーカ２３に出力して処理を終了する。なお、上記の各音声内容は、ほんの一例であり、装置の仕様に応じて適宜設定されることは言うまでもない。
【０１６０】
次に、図２３は、音声ガイダンスの別動作を示した動作説明フローチャートであって、図２２の動作説明フローチャートの処理後または同時処理されるものである。
【０１６１】
図２３において、ステップＳ３０において内蔵バッテリ駆動であるかが判断されて、内蔵バッテリ駆動でないと判断されるとステップＳ３１でリターンして以下の処理を終了する。また、ステップＳ３０で内蔵バッテリ駆動であると判断されると、ステップＳ３２に進み、設定流量１Ｌ〜３Ｌの読み出しを行い、設定された設定流量値を一時記憶部２０５に一時記憶する。
【０１６２】
これに続き、ステップＳ３３において呼吸同調モードに設定されているか否かの判断が行われて呼吸同調モードでないと判断されるとステップＳ３１でリターンして以下の処理を終了する。
【０１６３】
ステップＳ３３で呼吸同調モードであると判断されると、ステップＳ３４において内蔵バッテリ残量の検出を電圧などから行い、バッテリ残量検出値を一時記憶部２０５に一時記憶する。次に、ステップＳ３５に進み、一時記憶部２０５に記憶された設定流量値とバッテリ残量検出値とから使用可能残り時間の算出を行う。そして、ステップＳ３６において「使用可能残り時間の音声発生」をスピーカ２３に出力して処理を終了する。
【０１６４】
図２４は、音声ガイダンス一覧表である。本図において音声名は音声Ｎｏ．で示されており、これに対応するアドレスと音声内容についてそれぞれ図示されるように音声モジュールに記憶されている。
【０１６５】
具体的には、音声１は「装置停止」に対応しており「ピー 電源を切ってから緊急連絡先に連絡して下さい」とのメッセージを発生する。音声２は「停電警報」に対応しており「ピー 電源が無くなりました ＡＣアダプタを接続して下さい」とのメッセージを発生する。音声３は「カニューラに接続されたチューブ折れ」に対応しており「ピー 流量が低下しています カニューラとチューブの折れを確認して下さい」とのメッセージを発生する。音声４は「酸素濃度警報」に対応しており「ピー 酸素濃度が低下しました」とのメッセージを発生する。音声５は「ピー音/起動時」に対応しており「ピー １回 １ｋＨＺ ２秒」で発音する。音声６は「キー確認」に対応しており「ピー １回 １ＫＨＺ０．２秒」で発音する。音声８は「ＡＣ電源切替え」に対応しており「ピー ＡＣアダプタが接続されました」とのメッセージを発生する。音声９は「内部電池切替え」に対応しており、「ピー バッテリで運転しています」とのメッセージを発生する。音声１０は「外部電池切替え」に対応しており「ピー 外部バッテリで運転しています」とのメッセージを発生する。音声１１は「外部電池終了」に対応しており「ピー 外部バッテリが空になりました」とのメッセージを発生する。音声１２は「電池残量少ない」に対応しており「ピー バッテリ残量が少なくなりました、ＡＣアダプタを接続して下さい」とのメッセージを発生する。 音声１３は「無呼吸警報」に対応しており「ピー 呼吸を検出できません、カニューラを確認して下さい」とのメッセージを発生する。音声１４は「同調モード切替え」に対応しており「同調モードに切り替わりました」とのメッセージを発生する。音声１５は「同調モート゛解除」に対応しており「同調モードを解除します」とのメッセージを発生する。音声１６は「流量設定入力」に対応しており「酸素流量を設定しますとのメッセージを発生する。音声１７は「流量設定０．２５Ｌ」に対応しており「酸素流量は０．２５Ｌです」とのメッセージを発生する。以下流量設定に応じたメッセージを発生する。そして、患者以外が操作するときに音声２７において「テストモード」に対応して「ピー テストモードです」とのメッセージを発生する。
【０１６６】
ここで、音声内容の音声発生周波数は約１ＫＨｚに設定されることで高齢者でも聞き取りやすいよう配慮がされている。以上のように特に内蔵バッテリ切れとなる最悪の事態発生を防止できるようにする音声ガイド付き酸素濃縮装置を実現できる。また音声ガイド手段のオン・オフを任意に設定する音声ガイドスイッチは遮蔽板３２の外部コネクタの下方に設けられており、患者以外は通常は簡単にセットできないようにしている。
【０１６７】
＜操作及び実作動履歴の説明＞
図２５は、操作及び実作動履歴の記憶表である。図２６(ａ)は、患者使用履歴の動作説明フローチャート、(ｂ)はメンテナンス側履歴の動作説明フローチャートである。
【０１６８】
図７で説明したように中央制御部２００にはリアルタイムクロック２０７が接続されており、酸素濃縮装置１の使用開始日時および使用時間を計時するために電源オンで読み出し可能となるように設けられている。
【０１６９】
一方、消去可能な記憶部２０５または外部記憶部２１０には、図２５に図示したように酸素吸入時における操作状況を計時とともに記憶する操作履歴記憶部と、酸素濃縮装置の動作状況を計時とともに記憶する動作履歴記憶部とが割り付けられている。具体的には、操作履歴記憶部には、使用開始日時と使用停止日時と延べ動作時間と設定流量と使用電源が個別に記憶される。また、動作履歴記憶部には、実作動履歴であるコンプレッサ延べ動作時間と吸着筒のサイクル数と各弁の動作回数が記憶されている。
【０１７０】
以上の構成において、図２６(ａ)の動作説明フローチャートで患者の操作が開始されるとステップＳ４０で電源スイッチオンが検出されるとステップＳ４１に進み上記のリアルタイマー２０７をオンさせることで計時を行う。次に、ステップＳ４２で各動作の読み出しが実行されて、ステップＳ４３に進み各操作履歴を記憶して終了する。
【０１７１】
また図２６(ｂ)のメンテナンス側操作の動作説明フローチャートにおいて、ステップＳ５０で電源スイッチをオンし、ステップＳ５１で４Ｐコネクタ１３３にノートパソコン等を接続又は、外部メモリ媒体を外部記憶部２１０をセットする。これに続きステップＳ５２において各メモリから記憶内容を読み出すことでノートパソコンの表示部に読み出し内容を表示する。以上で動作履歴記憶部の記憶内容を見る状態にできるのでステップＳ５３において、中央制御部２００は故障自己診断を行う。故障が発見されない場合には、ステップＳ５４に進み、例えばコンプレッサ１０５の積算運転時間が１５０００時間を越えたオーバーホールの時期であるか否かの判断を行いオーバーホールの時期であると判断されるとステップＳ５６に進み上記の音声ガイドなどからオーバーホールを知らせることで終了する。
【０１７２】
一方、ステップＳ５４でコンプレッサ１０５の積算運転時間が所定時間、例えば１５０００時間（例えば、標準的な回転数を２０００ｒｐｍとしている）を越えていないと判断されると、ステップＳ５５に進みリアルタイムクロックの時刻修正をして終了する。以上がメンテナンス側操作の操作であるが、場合によっては４Ｐコネクタ１３３に通信回線を接続して遠隔地から上記の処理を行うようにしても良い。または外部メモリ媒体を郵送してもらいその記憶内容を読み出して故障診断、オーバーホールの時期の判断を行うようにしても良い。なお、この所定時間は以下のようにして演算される。
【０１７３】
例えば、コンプレッサ１０５の標準的な回転数２０００ｒｐｍで実動作する場合の係数（劣化係数）を１．０とし、回転数２０００ｒｐｍを超えて実動作する場合の係数（劣化係数）を１．６とし、回転数２０００ｒｐｍ未満で実動作する場合の係数（劣化係数）を０．８とする。即ち、回転数２０００ｒｐｍを超えて実動作する場合は、標準的な回転数２０００ｒｐｍで実動作する場合の１．６倍の動作時間と見做している。また、回転数２０００ｒｐｍ未満で実動作する場合は、標準的な回転数２０００ｒｐｍで実動作する場合の０．８倍の動作時間と見做している。これらの係数は、より細かな回転数ごと、例えば５００回転数ごとに設定、記憶してもよい。また、標準的な回転数を所定幅にしておいてもよい。
【０１７４】
以上のように操作履歴記憶部と動作履歴記憶部とに対して個別にアクセス可能とすることで故障診断、オーバーホールの時期の適切な判断を行うことができる。
【０１７５】
＜無線式または有線式の遠隔操作装置の説明＞
次に、酸素濃縮装置を離れた場所からでも操作可能にすることは、特に就寝患者または重篤患者にとって必須な構成である。
【０１７６】
そこで、図２７(ａ)は、有線リモコン装置の外観斜視図、(ｂ)は無線リモコン装置の外観斜視図に図示したリモコンを設けている。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、図２７(ａ)においてリモコン装置６００はチューブ１５に固定される配線６０１と電源のオンオフスイッチ６および酸素供給量設定スイッチ８を備えて有線式である。
【０１７７】
配線６０１は操作パネル５に固定されたコネクタ６０２を介して接続される。
【０１７８】
以上の構成によれば、患者は鼻カニューラ１４をセットした状態でリモコン装置６００を操作することが可能となる。
【０１７９】
また、図２７(ｂ）においてリモコン装置６１０は赤外線の無線式であって、赤外線発振器６１１と乾電池６１３とを内蔵しており、酸素濃縮装置１のハンドル４に固定された赤外線受信器６１２に対してスイッチ６、８の信号を送信するように構成されている。
【０１８０】
以上のようなリモコン装置をオプションまたは付属品として準備することで患者は、離れた場所から、電源のオン／オフ、設定流量の変更、同調モードのオン／オフなどを行うことが出来、より便利に使用できるようになる。
【０１８１】
＜呼吸同調式の比例開度弁１１５の説明＞
図２８(ａ)は、圧力調整器（レギュレータ）１１２の配管図、(ｂ)は比例開度弁１１５の模式図である。
【０１８２】
先ず、図２８(ａ)において、圧力調整器１１２の役割は、製品タンク１１１では、吸着筒内圧力と同期して圧力が変動する。このため、圧力調整器１１２は一定圧力となるよう機能する。ここでは所定圧、本実施例では約２０ｋＰａとなるよう調節がなされている。圧力調整器１１２はフィルタ機能を備えフィルタ１１２ｂを図示のように備えている。
【０１８３】
また、フィルタ１１２ｂには１００ミクロン(マイクロメータ)以下の孔径(平均孔径)のものが使用されることで圧力調整器１１２以降（下流側）の部品の吸気検知の際に使用されるデマンド弁に内蔵される微圧センサの保護も目的としている。
【０１８４】
この圧力調整器１１２の下流側には図７のブロック図を参照して述べたように酸素濃度の検出を行う酸素濃度センサ１１４が配管２４を介して接続されている。また、図２８(ｂ)に図示したように開度（絞り器）が可変となるように開閉駆動される比例開度弁１１５が接続されている。この比例開度弁１１５は、流量制御基板２０２に接続されており酸素流量設定手段で設定された酸素供給量に比例してその開度が変化されて開閉駆動されるように構成されている。具体的には、単純に開閉動作を行う電磁弁のバルブ開度を駆動電圧値に比例させて大きくすることで、酸素供給量をリニアーに制御できるように専用設計されたものである。
【０１８５】
また、図７で述べたようにこの比例開度弁１１５の下流側に配管されることで酸素流量の検出を行う酸素流量センでサ１１６と、この酸素流量センサ１１６の下流側に配管されることで吸気状態に応じて酸素を送り出すデマンド弁１１７と、このデマンド弁１１７の下流側に配管される滅菌フィルタ１１９と、酸素吸入を行うときに使用される上記の鼻カニューラ１４を接続した酸素吸入具が設けられている。
【０１８６】
デマンド弁１１７には、更に呼吸時の負圧検出を行い使用者に酸素を送るタイミングを検出する微圧力センサーが接続されており流量制御基板１１８によって制御される。
【０１８７】
以上の構成において、図２９の呼吸同調における比例開度弁１１５の動作説明フローチャートにおいて、酸素濃縮装置１の電源オンの後にステップＳ６０で設定流量の入力及び同調モードの設定がなされるとステップＳ６１に進み設定流量に応じた開度で維持。ステップ６２では、デマンド弁１１７に接続された微圧センサーで吸気呼気の負圧検出を行う。これに続き、ステップＳ６３でデマンド弁を作動させ酸素を放出させる。これに続き、ステップＳ６４で流量センサ１１６により実流量を検出。ステップ６５ではステップ６４での実流量と設定流量との比較を行い、比例弁１１５の開度を調整する。ステップ６５で開度が修正されば場合には、ステップ６１の開度にフィードバックされ常に設定流量と実流量との比較が行われる。
【０１８８】
図３０(ａ)は、固定弁による実供給量Ｇ１と積算流量Ｇ２と固定弁の開度Ｇ３との関係を示し、(ｂ)は比例開度弁１１５による実供給量Ｈ１と積算流量Ｈ２と比例開度弁の開度Ｈ３との関係を比較のために図示した比較表である。
【０１８９】
固定弁によれば開度はＧ３で実線と破線で図示したようにオン時間を可変することで、オン時間に応じて実線と破線で示した積算流量Ｇ２に制御されることになる。このため実供給酸素量Ｇ１は実線と破線で示したようになるのでディレイが生じることとなる。このため呼吸同調により酸素吸入を行うときに、リアルタイムでの精度アップを図ることが困難となる。
【０１９０】
これに対して図３０(ｂ)に図示したように比例開度弁１１５によれば開度はＨ３で実線と破線と二点鎖線で図示した範囲で同じオン時間内で可変することができるので、開度に比例して実線と破線と二点鎖線とで示した範囲で積算流量Ｈ２を任意に制御できることとなる。このため実供給酸素量Ｈ１は実線と破線と二点鎖線で示したように実時間で制御可能となる。このため呼吸同調により酸素吸入を行うときに、リアルタイムでの精度アップを図ることができるようになる。
【０１９１】
上記のバッテリはリチウム・イオン積層構造であって、出力電圧が２１．０〜２９．０Ｖの二次電池が含まれその重量は、１．５ｋｇ程度で、呼吸同調制御を行う場合において、８８〜９４％濃縮酸素流量が最大２Ｌ／分時に最大３時間の動作を可能にしている。このリチウム・イオン・バッテリ以外にも他の携帯用エネルギ源からの供給も受けることができる。例えば、充電式もしくは取替え式の燃料電池が使用可能である。このシステムは、二次電池として内蔵バッテリと外部バッテリから電力供給されるが、多数のバッテリによって駆動してもよい。
【０１９２】
また、患者は常に追加の新鮮な充電済みの外部バッテリを持つことで、より長時間の外出等が可能となり、その際のＱＯＬが大幅に向上する。また、適当な接続部を介して濃縮酸素の流れに湿気を加えるための加湿手段（不図示）を備えていてもよい。
【０１９３】
上記の呼吸同調制御は、充電式バッテリで、酸素濃縮装置１全体が駆動されている場合に、濃縮された酸素をより効率的に患者が使用できるようにするために、呼吸に同調した制御を行うためのものである。通常の呼吸の間は、患者は、吸気吸息／呼気呼息サイクル時間の約１／３を吸気吸息に、残りの２／３を呼気呼息に当てている。呼気呼息の間に生成される濃縮酸素は患者にとっては不要のものである。この結果この余剰の濃縮酸素の流れを効率的に提供する追加のバッテリ電力は無駄にされているといえる。そこで、呼気呼息の間に生成された濃縮酸素を吸息時に供給することにより、仮に、吸気吸息／呼気呼息サイクルが１(吸気吸息)：２(呼気呼息)であるならば、吸気吸息時に３倍の流量まで供給することが可能となる。このように、呼吸同調制御を行うことは装置の小型化、低消費電力化が可能となる利点がある。
【０１９４】
尚、酸素ボンベから酸素吸入するように構成された酸素吸入装置にも適用可能となることは言うまでもない。
【０１９５】
また、酸素濃縮装置１は、酸素センサ１１４を標準装備している。これに加えて、加速度センサ、ＧＰＳ(全地球位置センサ)、ショックセンサ等の各種センサ、脈拍センサ、血圧センサ、血中酸素飽和度センサ等をオプションとして付属することも可能である。ここで酸素センサにはガルバニ電池式、超音波式、ジルコニア式等のセンサが使用可能であるが大きさの点や測定精度の点からジルコニア式酸素センサが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１９６】
【図１】は、本発明の一実施形態である酸素濃縮装置１を前方側の左斜め上から見た外観斜視図である。
【図２】は、図１に示した酸素濃縮装置１の背面図である。
【図３】は、鼻カニューラの延長チューブセットの外観斜視図である。
【図４】は、図１の酸素濃縮装置１の操作パネル５の実体図である。
【図５】(ａ)は、図４の操作パネル５のバッテリ残量表示部１２８ｄの動作説明図、(ｂ)は、図４の操作パネル５の警報表示部１２８ｃの動作説明図、また(ｃ)は、図４の操作パネル５の酸素濃度ランプ１２８ｂの動作説明図である。
【図６】(ａ)は、酸素濃縮装置１の裏面カバー３から外気導入フィルタ２０を着脱自在にする様子を示した外観斜視図、(ｂ)は、外気導入フィルタ２０がさらに交換用蓋１７から取り外される様子を示した外観斜視図、また(ｃ)は、図６(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。
【図７】は、装置１の配管図を兼ねたブロック図である。
【図８】は、電源選択の動作説明フローチャートである。
【図９】は、酸素濃縮装置１の内部構成を示す立体分解図である。
【図１０】は、酸素濃縮装置１の底面カバー４１とベース体４０を示すために底面側から見た立体分解図である。
【図１１】は、酸素濃縮装置１の組立後の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す外観斜視図である。
【図１２】は、組立後の酸素濃縮装置１の内部構成に対して表裏カバー２、３を固定する工程を示す側面図である。
【図１３】は、二段式防音室３４の内部構成を示すために一部を破断して示した外観斜視図である。
【図１４】は、コンプレッサ１０５と送風ファンの支持機構を示した側面図である。
【図１５】は、カバー内に導入される外気導入空気と、コンプレッサ１０５に供給される原料空気と、排気空気の流れる様子を示した模式断面図である。
【図１６】(ａ)〜(ｃ)は、設定流量１．５Ｌ以上の場合の３方向弁と真空破壊第１弁、真空破壊第２弁の動作説明のための配管図である。
【図１７】(ｄ)〜(ｆ)は、設定流量１Ｌ以下の場合の３方向弁と真空破壊第１弁、真空破壊第２弁の動作説明のための配管図である。
【図１８】(ａ)は、図１６の制御シーケンスを示す図、(ｂ)は図１７の制御シーケンスを示す図である。
【図１９】は、排気圧力変動の比較図である。
【図２０】(ａ)は、コンプレッサモータの横断面図、(ｂ)は(ａ)のＸ-Ｘ線矢視断面図である。
【図２１】(ａ)は、モータ駆動回路図、(ｂ)はモータ駆動波形図である。
【図２２】は、音声ガイダンスの動作説明フローチャートである。
【図２３】は、音声ガイダンスの動作説明フローチャートである。
【図２４】は、音声ガイダンス一覧表である。
【図２５】は、操作及び実作動履歴の記憶表である。
【図２６】(ａ)は、患者使用履歴の動作説明フローチャート、(ｂ)はメンテナンス側履歴の動作説明フローチャートである。
【図２７】(ａ)は、有線リモコン装置の外観斜視図、(ｂ)は、無線リモコン装置の外観斜視図である。
【図２８】(ａ)は、圧力調整器（レギュレータ）の配管図、(ｂ)は比例開度弁１１５の模式図である。
【図２９】は、呼吸同調時の比例開度弁１１５の動作説明フローチャートである。
【図３０】は、呼吸同調の比例開度弁(ｂ)と固定弁(ａ)とにより得られる積算流量と実供給量の比較図である。
【符号の説明】
【０１９７】
１ 酸素濃縮装置、
２ 表面カバー（密閉容器、樹脂製）
３ 裏面カバー（密閉容器、樹脂製）
４ 取っ手（樹脂製）
５ 操作パネル
６ 電源スイッチ（樹脂製）
７ 酸素出口(樹脂製）
８ 酸素流量設定ボタン（８ａ、８ｂ）
１０ キャリア（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）
１１ キャスタ
１２ 固定ネジ
１３ カプラ（樹脂製）
１４ 鼻カニューラ（樹脂製）
１５ チューブ（樹脂製）
１７ フィルタ交換用蓋（樹脂製）
１６ ネジ
１９ ＡＣケーブル
２０ 外気導入フィルタ
２１ コードフック
２２ ゴム足
２３ スピーカ
２４ 配管
３０ 中継カプラ（樹脂製）
３１ 延長チューブ（樹脂製）
３２ 遮蔽板（成形品）
３３ 配管（樹脂製）
３４ 二段式防音室
３５ 密閉箱
３５ａ 側面開口部
３５ｂ 底面開口部
３６ 上段部材（アルミ製、防音材）
３７ 下段部材（アルミ製、防音材）
３８ 表蓋部材（アルミ製、防音材）
３９ 裏蓋部材（アルミ製、防音材）
４０ ベース体（樹脂製）
４０ｆ 取付リブ
４０ｂ 開口部
４０ｃ 排気開口部
４１ 底蓋（樹脂製）
４８ 位置決め用鍔部
４９ バンド
５０ 位置決め用リブ
５１ 防音スポンジ（振動防止複合材）
５６ モータ軸
５７、５８ コンロッド
５９、６０ ピストン
６１ コンプレッサ固定台（アルミ製）
６２ 圧縮コイルバネ（バネ鋼製）
６３ 防振ゴム
１０１ 吸気フィルタ
１０２ 吸気用バッファタンク
１０４ 冷却ファン
１０５ コンプレッサ（空気圧縮部１０５ａ、負圧部１０５ｂ）
１０８ａ、１０８ｂ 吸着筒体（アルミ製）
１０９ａ、１０９ｂ 三方切換弁
１１０ 消音器
１１１ 製品タンク
１１２ 圧力調整器
１１４ 酸素センサ
１１５ 比例開度弁
１１６ 流量センサ
１１７ デマンド弁
１１８ デマンド基板
１１９ 滅菌フィルタ
１２０ 負圧破壊第１弁
１２１ 負圧破壊第２弁
２００ 中央制御部（ＣＰＵ基板）
２０１ モータ制御部（モータドライバ基板）
２０２ 流量制御部
２０３ 音声発生部（音声モジュール基板）
２０４ 表示部
２０５ 不揮発性メモリ
２０６ ＲＡＭ
２０７ リアルタイムクロック
２０８ 圧力センサ
２２６ 電源制御装置
２２７ 外部バッテリ
２２８ 内蔵バッテリ
Ｄ 奥行き寸法
Ｗ 幅寸法
Ｈ 高さ寸法
Ｖ 振動方向
Ｆｎ 外気導入空気、原料空気、排気空気の流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気の一部を用いて圧縮空気を発生する圧縮空気発生手段と、負圧を発生する減圧発生手段と、
前記圧縮空気をその筒体の内部に導入し、前記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する吸着筒体と、
前記吸着筒体内に前記圧縮空気を導入する状態と、前記吸着剤が窒素で飽和したときに窒素を前記吸着筒体の外部に排出させるように前記吸着筒体内に前記負圧を導入する状態に流路を切り換える流路切換手段と、を備えた酸素濃縮装置であって、
前記減圧発生手段と前記流路切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を接続し、前記負圧破壊弁を開状態にして排気を行うことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記圧縮空気発生手段と前記減圧発生手段とを一体的に設けたコンプレッサを備えることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
前記吸着筒体は、前記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、前記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てその出口側から酸素を供給するとともに、前記触媒吸着剤が窒素で飽和したときに負圧を導入して窒素を外部に排出させる２本の吸着筒体であり、
前記流路切換手段は、前記２本の吸着筒体の前記入口側と前記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負圧流路と閉流路とに交互に切り換える２組の３方向切換弁であり、
前記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、
前記２本の吸着筒体の前記出口側の間で分岐配管されるとともに前記圧力センサで前記最高内圧値が検出されると前記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、
前記負圧破壊弁は前記減圧発生手段と前記３方向切換弁の前記負圧流路との間に接続されるとともに前記均等圧化を行うときに開状態にされることで消音器を介して排気を行うとともに、
酸素供給量を毎分０．１〜４リットル以上の範囲で設定する酸素供給量設定手段と、
前記２組の３方向切換弁と前記均等圧弁と前記負圧破壊弁の開閉制御を司る制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記酸素供給量設定手段による酸素流量設定に応じて前記開状態にされるべき前記負圧破壊弁の個数を決定することを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記消音器は、金属あるいは樹脂材料からなる管から構成され、かつ前記管の側面の長手方向に所定間隔で複数個の小孔が穿設されることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
また、ＡＣ駆動モードとバッテリ駆動モードとを備え、前記ＡＣ駆動モード時における酸素生成能力を前記バッテリ駆動モード時における酸素生成能力の約２倍になるように自動または手動的に切替えるとともに、前記コンプレッサと送風ファンを、前記ＡＣ駆動モード時において高速に、またバッテリ駆動モード時において低速に回転駆動する制御を行う制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項６】
圧縮空気を発生する圧縮手段と、負圧を発生する減圧手段と、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と、切換弁と、備えた酸素濃縮装置であって、
前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項７】
圧縮空気を発生する圧縮手段と負圧を発生する減圧手段とを備えたコンプレッサと、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と、切換弁とを備えた酸素濃縮装置であって、
前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項１】
大気の一部を用いて圧縮空気を発生する圧縮空気発生手段と、負圧を発生する減圧発生手段と、
前記圧縮空気をその筒体の内部に導入し、前記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する吸着筒体と、
前記吸着筒体内に前記圧縮空気を導入する状態と、前記吸着剤が窒素で飽和したときに窒素を前記吸着筒体の外部に排出させるように前記吸着筒体内に前記負圧を導入する状態に流路を切り換える流路切換手段と、を備えた酸素濃縮装置であって、
前記減圧発生手段と前記流路切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を接続し、前記負圧破壊弁を開状態にして排気を行うことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記圧縮空気発生手段と前記減圧発生手段とを一体的に設けたコンプレッサを備えることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
前記吸着筒体は、前記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、前記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てその出口側から酸素を供給するとともに、前記触媒吸着剤が窒素で飽和したときに負圧を導入して窒素を外部に排出させる２本の吸着筒体であり、
前記流路切換手段は、前記２本の吸着筒体の前記入口側と前記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負圧流路と閉流路とに交互に切り換える２組の３方向切換弁であり、
前記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、
前記２本の吸着筒体の前記出口側の間で分岐配管されるとともに前記圧力センサで前記最高内圧値が検出されると前記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、
前記負圧破壊弁は前記減圧発生手段と前記３方向切換弁の前記負圧流路との間に接続されるとともに前記均等圧化を行うときに開状態にされることで消音器を介して排気を行うとともに、
酸素供給量を毎分０．１〜４リットル以上の範囲で設定する酸素供給量設定手段と、
前記２組の３方向切換弁と前記均等圧弁と前記負圧破壊弁の開閉制御を司る制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記酸素供給量設定手段による酸素流量設定に応じて前記開状態にされるべき前記負圧破壊弁の個数を決定することを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記消音器は、金属あるいは樹脂材料からなる管から構成され、かつ前記管の側面の長手方向に所定間隔で複数個の小孔が穿設されることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
また、ＡＣ駆動モードとバッテリ駆動モードとを備え、前記ＡＣ駆動モード時における酸素生成能力を前記バッテリ駆動モード時における酸素生成能力の約２倍になるように自動または手動的に切替えるとともに、前記コンプレッサと送風ファンを、前記ＡＣ駆動モード時において高速に、またバッテリ駆動モード時において低速に回転駆動する制御を行う制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項６】
圧縮空気を発生する圧縮手段と、負圧を発生する減圧手段と、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と、切換弁と、備えた酸素濃縮装置であって、
前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項７】
圧縮空気を発生する圧縮手段と負圧を発生する減圧手段とを備えたコンプレッサと、圧縮空気を筒体の内部に導入し、前記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濃縮分離する吸着手段と、切換弁とを備えた酸素濃縮装置であって、
前記減圧手段と前記切換弁との間に少なくとも２つの負圧破壊弁を設けたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００８−１３７８５３（Ｐ２００８−１３７８５３Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２５９７８（Ｐ２００６−３２５９７８）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【出願人】（３９６００７６９４）株式会社医器研 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【出願人】（３９６００７６９４）株式会社医器研 (57)
【Ｆターム（参考）】
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