JPH09511677A - ピストンを使用したベンチレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本願は，患者の肺に呼吸ガスを供給するためのピストンを使用したベンチレータであって，特にピストンロッドに付随するピストンヘッドをピストンシリンダ内で縦方向に移動することにより患者に呼吸ガスを供給するベンチレータ装置に関する。ピストンロッドはシリンダ内の中央に配置され，モータからのダイレクトドライブに応答してシリンダに沿って移動し，ピストンヘッドをシリンダ内で移動させることにより大量の供給ガスを患者に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】 ピストンを使用したベンチレータ 発明の背景 発明の技術分野 本願は，概して患者の肺に呼吸ガスを供給するためのベンチレータに関し，特 に患者に呼吸ガスを供給するのに使用するためのピストンを使用するベンチレー タの新規な構造に関する。 関連技術の説明 患者が補助無く正常に呼吸できないとき，該患者に呼吸ガスを供給するために 医療ベンチレータが広く利用されている。そのようなベンチレータは，患者がす でに吸気努力を開始した後に利用される圧力補助を含むさまざまな呼吸方法に使 用されるが，呼吸を完全に行うことは不可能である。そのようなベンチレーショ ン用に広く使用される装置のひとつが，ピストンタイプのベンチレータである。 初期の容積式ベンチレータは所望の圧力及び体積を患者に供給するためにベロ ーズ装置を利用していた。このての装置は非常に効果的であるが，設計及び構造 の点で限界があり，他のピストンタイプのベンチレータが登場した。 通常の当業者に周知のピストンタイプのベンチレータは，固定中心軸を通って ピストンヘッドが滑動するようなピストン組立体を使用する。供給されるべきガ スは，ピストンが引っ張られてる間に生じた吸引圧力により吸気バルブを通じて シリンダ内に引き込まれ，次に該ピストンを押し出すことにより排気バルブを通 じて患者に供給される。そのような装置において，供給される空気の体積はシリ ンダ内のピストン容積に直接的に比例している。便宜上，ピストンヘッドは，シ リンダ内の固定中央軸を通じて長手方向に動くように駆動装置により駆動される ひとつまたはそれ以上のピストンロッドに結合されている。 また，周知のピストン式ラングベンチレータは典型的に，ピストンとシリンダ 内壁の間隙をシールするための金属，プラスチックまたは合成のピストンリング を含む。過度の摩擦を防止するために，これらのピストンリングはシリンダ内壁 にあまりきつくシールされず，高濃度酸素の呼吸ガスの漏れを許容している。例 えば，典型的なピストンベンチレータにおいて，ピス トンの１ストロークで患者に２.０リットルの呼吸ガスを供給するために，ピス トン並びにシリンダ及び供給システムのガスの圧縮を通じて漏れる約０.７リッ トルの損失を見込んで，当該ピストンシリンダは約２.７リットルの体積を有す る。発火の危険性のために，酸素が濃縮された空気をベンチレータのような電気 製品の内部に集積することは危険である。患者に供給されるべき呼吸ガスの混合 気もまた，呼吸ガスをシリンダ内に引き込むためにピストンを引っ張る間にピス トンリングを通じて漏れる気体により薄められるか吹き飛ばされる。さらに，ピ ストンリングの使用による摩擦力により，ピストンを運転するためにより多くの エネルギーが必要であり，ピストンとシリンダ組立体の摩擦も増加する。 付加的に，周知のピストンベンチレータは通常以下のようなひとつまたはそれ 以上の部品を有する。シリンダ端部のプレートに配置された多重線形ベアリング 及びシールであって，装着後にピストンとシリンダ間に角変位並びに偶発的傾斜 及び干渉を引き起こすようなもの。モータ，ピストンロッド及びピストンヘッド 間を結合するためのいくつかのステージであって，装 置の作動中に生じるトレランス（tolerance）によるバックラッシュを引き起こ すもの。シリンダ内に収納されるベアリングハウジングであって，ピストンヘッ ド及び付属ロッドのストローク長を短縮させることにより装置の体積能力及びピ ストン容積能力を縮減させるもの。したがって，空気を排気するためのピストン であって，傾斜及び干渉を減少するためにセルフジギング（self-jigging）し， モータ及びピストンヘッド間の結合数を減少させ，コスト的に安価で現に有用な 装置と比較して製造が容易である，ようなピストンが新規である。本願発明はこ れらの要求を満たすものである。 発明の開示 端的に言って，本願発明は，ベンチレータからの吸気補助によって患者に呼吸 ガスを供給するための新規なピストン使用ベンチレータ装置を与える。本願の装 置はモータとピストンロッド間に必要な結合ステージ及び多くの部品を減少させ ることによりモータ効率を向上させる。 さらに，ピストンロッドとシリンダ間のシール間隙に必要なシール数が減少さ れる。 本発明に従って，ベンチレータ装置は，ピストン ヘッド及びシリンダ装置の中心軸線に沿った一点結合のピストンロッドの移動に より気体流を供給する。ピストンヘッドがシリンダ内部に吸引圧力を生成するべ く第１長手方向に変位されると，少なくとも一つの吸気バルブからの呼吸ガスが シリンダ内に流入する。反対の長手方向へのピストンヘッドの変位により，ピス トンヘッド容積の空気体積が，一方向排気バルブを通じて排気され患者に供給さ れる。ピストンロッドはピストン直径に直角にピストンに固定され，シリンダの 中心軸線に沿って長手方向に伸長し，シリンダの送り出し端に配置された付加的 シールとともシリンダの対端に対置された２つのベアリング上を移動する。シリ ンダはピストンリングまたはシールに接触してはおらず，ピストンとシリンダ内 壁との間には狭いクリアランスギャップ（５０ミクロンのオーダー）を有する。 この構成を使用することにより，シリンダと内壁シールとの摩擦は除去され，ピ ストンロッド用のシール数は最少になる。装置内の摩擦及びバックラッシュをさ らに除去するために，ピストン軸上に刻まれたラック及びモータ軸の端部に固定 されたピニオンを有するラックピニオン構造がピストンロッドを駆動するのに 使用される。 本願発明の利点は，シリンダの端部においてベアリングキャップ内に押し込ま れた精密線形ベアリングによるセルフジギング構造を有することである。該ベア リングの突き出た部分は，フランジから伸長しかつシリンダエンドキャップ内の 中央穴と嵌合し，シリンダエンド内に押し込められる。エンドキャップベアリン グの表面はシリンダの内径と同じセットアップで機械製造されるため，ベアリン グがシリンダ内壁と同軸となるように全組立体が自動調心する。ピストンの同軸 性は，ピストンロッド上にラックを構成した後にピストン外径を研ぐことにより さらに保証される。 従来技術のピストンベンチレータに対する本願発明の効果は，故障や変形など に強く，製造及び組立が容易で，呼吸ガスポンピング用のシリンダ容積をより効 率的に使用し，よりコンパクトなデザインであり，従来の装置の摩擦及びパワー 損失の大部分を除去する点にある。装置は装着し易く，長期間の寿命にわたって 効果的に作動し続ける。本願発明のこれらの態様及び利点は，以下の詳細な説明 及び発明の実施例を示した図面により明確にされる。 図面の簡単な説明 図.１は，従来技術の単一動作のピストンベンチレータを示す。 図.２は，本願発明のピストンベンチレータの第１実施例を示す。 図.３は，図２のピストンベンチレータの斜視図である。 図.４は，図３のベンチレータの端部の分解図である。 図.５は，図４のベンチレータのセルフジギング・エンドキャップのエッジの 断面拡大図である。 好適実施例の詳細な説明 図１の従来技術に示されるように，典型的な従来のピストンベンチレータ10は ，混合呼吸ガスを受け取るための吸気口16及び呼吸サイクルの吸気の間に患者に 該混合呼吸ガスを供給するための排気口18を有する第１ガス供給部を有する固定 体積シリンダ12を含む。該吸気口はピストンシリンダ内に混合ガスの一方向流入 を許すチェックバルブ22を含み，また排気口18は同様に患者の気道への混合ガス の一方向流入を許すチェックバルブ24を有する。往復ピストンヘッド26は該ピス トンヘッドを移動するためのピストンロッド28に載置され，シリンダの第１ガス 供給部内の押し込み位置30と，シリンダの第２部分内の引っ張り位置32との間で シリンダ内を移動可能である。該ピストンヘッドはシリンダ内の中心軸29に沿っ てベアリング31上を滑動する。 図２は，本願発明の好適実施例を示したものである。ピストンロッド29はシリ ンダ36の中心軸と同軸の単一軸である。ピストンロッド29は，モータ62により回 転する回転モータ出力軸60上に嵌合ピニオンギア43と歯合するラックギアを形成 する歯状カット40を含む外表面38を有する。出力軸60は，ギアヘッドまたはピニ オンギア43に対し適当な速度にモータ速度を減速し，それによって所望のピスト ン速度を得るためのギア減速装置を含む。出力軸60の回転と同時に，ピニオンギ ア43の歯はピストンロッド29上の歯40と歯合し，それによってピストンロッドは シリンダの中心軸線に沿ったいずれかの長手方向に移動することができる。ピス トンヘッド26はピストンロッド29に直接取り付けられている。本発明により，中 央の円柱軸29の単一軸にのみ沿った往復の長手方向移動は，シリンダ内での ピストンヘッド26の傾斜及び軸方向のアライメント不良の可能性を減少させる。 バルブ16及び18はそれぞれ，呼吸サイクル中にシリンダへのまたはシリンダから の空気の流れを調節するためのチェックバルブ22及び24を含む。軸29はシリンダ の中心線に沿って滑動可能に載置され，対置するシリンダ端46及び48にそれぞれ 配置された精密線形ベアリング42及び44を通じて移動する。ピストン26は軸29上 に固定されている。 精密線形ベアリング42及び44は締め付けベアリングキャップ50及び52内に押し 込められ，中心の円柱軸29とベアリングキャップのシール組立体の後部の返し53 との間に典型的に25μｍほどの狭いクリアランス間隔を与える。他に，ピストン 軸は狭いクリアランス間隔を与える締め付けベアリングキャップ内にジャーナル （joumalled）されても良く，それによってシールの必要性が全く消滅し，クリ アランスを通じて許容範囲の小さな漏れが生じるが重大な摩擦源を除去すること ができる。組立体は，ベアリング44がベアリングキャップ52の端部から突き出て いるように構成される。ベアリングキャップ52は，ボルト等によりシリンダエン ドキャップ58に載置するためのフランジ54を含む。ベア リング44のこの突き出た部分は，シリンダエンドキャップ58内の中央穴56内に順 に押し込まれる。最後に，セルフジギングするシリンダエンドキャップ58がシリ ンダ36内に押し込まれる。ここで重要なのは，エンドキャップベアリング穴56は ，図５に示された周縁72上の面取りされた段差70と同様の機械設定でくり抜かれ ているため，真に同軸である点である。組み立てられると，ベアリングがシリン ダの内径に関し同軸に配置され，ラック／ピストン組立体が再度シリンダ内径と 同軸に配置されることがさらに保証される。ピストンの周縁エッジはラックに組 み立てられた後に研がれ，さらに同軸性を保証する。 本願発明から多くの効果が得られた。装置は組立中にセルフジギングし，ピス トンは傾斜またはアライメント不良を起こさずにシリンダ内壁と狭いクリアラン スを維持する。また，ピストンロッドに関しより少ない体積がとられた結果，与 えられたストロークに対しシリンダの体積がより効果的に使用される。他の利点 は，装置がより少ないシール及びベアリングを使用することにより，摩擦が生じ にくくなった点である。部品数及び機械工程数がより少なくなったことにより， 製造及び組立がより経済的になった。 発明は特定の実施例について説明されてきたが，請求の範囲に記載された発明 の思想及び態様から離れることなくさまざまな変形及び修正が可能であることは 当業者の知るところである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．患者の気道に呼吸ガスを与えるためのピストンを使用したベンチレータであ って， 前記呼吸ガスの流れを供給するための前記ガスのソースと， 第１端及び第２端並びにそこに滑動可能に載置された可動中心軸を含む固定体 積シリンダであって，前記ガスを当該シリンダ内に流入するための吸気バルブ手 段と，前記ガスを患者の気道へ流出するための排気バルブ手段を有するところの シリンダと， 前記可動中心軸に固定されたピストンヘッドであって，前記シリンダの中心線 に沿った前記中心軸の動きが，前記シリンダの前記第１端と第２端の間で当該ピ ストンヘッドを長手方向に移動させるための手段を与えるところのピストンヘッ ドと， から成り， 前記第１端から第２端への前記ピストンヘッドの移動が大量の供給ガスを患者の 気道へ送り込み，第２端から第１端への移動がガスをシリンダ内へ引き込むとこ ろの装置。 ２．請求項１に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記中心軸を移 動するための手段は， ロータリーモータヘッドと， 対する前記ロータリーモータヘッド表面に配置された係合手段と係合するべく 前記中心軸の表面に配置された係合手段であって，それによって，前記ロータリ ーヘッドが第１方向へ回転すると，該ロータリーヘッドが中心軸の表面の係合手 段と係合して中心軸を長手方向へ移動させ，前記ロータリーヘッドが第２方向へ 回転すると，前記中心軸が反対の長手方向へ移動するところの係合手段と， から成る装置。 ３．請求項１に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記吸気バルブ 手段はチェックバルブから成る， ところの装置。 ４．請求項１に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記排気バルブ 手段はチェックバルブから成る， ところの装置。 ５．請求項１に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記シリンダの 内壁と前記ピストンヘッドの外径との間にクリアランス間隔が存在する， ところの装置。 ６．請求項５に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記クリアラン ス間隔は５０ミクロンである， ところの装置。 ７．請求項５に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記クリアラン ス間隔は２０から１００ミクロンである， ところの装置。 ８．請求項１に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記第１及び第 ２シリンダ端は各々が同軸に配置された同軸ベアリング穴を有するセルフジギン グするエンドキャップから成る， ところの装置。 ９．請求項８に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，少なくとも一つ の前記第１及び第２シリンダ端が前記中心軸を滑動可能に受けるための締め付け 開口部を有するベアリングキャップ組立体から成り， 前記中心軸と該ベアリングキャップ組立体との間のギャップを通じて呼吸ガスの 漏れを許容する， ところの装置。 １０．請求項９に記載のピストン使用ベンチレータ装置であって，前記ベアリン グキャップ組立体は線形ベアリングを含む， ところの装置。