JPH1133015A

JPH1133015A - 呼吸用フィルタユニット

Info

Publication number: JPH1133015A
Application number: JP9230188A
Authority: JP
Inventors: Sunao Maeda; 直前田
Original assignee: Minato Medical Science Co Ltd
Current assignee: Minato Medical Science Co Ltd
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-02-09
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3521395B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】物理的濾過と電気的補集とを組み合わせた濾過
機能と安全性の高い濾材を使用し、しかも空気抵抗とデ
ッドスペースを少なくした呼吸用フィルタユニットを提
供する。【解決手段】呼吸用フィルタユニットは、一対のケース
２１と、物理的濾過と電気的捕集を組み合わせた高い濾
過機能の、また安全性の高い、シート状の濾材２３から
構成され拡開部で乱流が発生し難く、デッドスペースを
最小にするようにした一対のケースと、濾過機能と安全
性の高いシート状の濾材から構成される。又ケースの一
方の筒部を延長してマウスピースの機能を合わせ持つよ
うにした呼吸用フィルタユニットと、濾過機能と安全性
の高いシート状の濾材から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、呼吸装置に接続して使
用する呼吸用フィルタユニットの改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】呼吸装置には、呼吸機能を測定する呼吸
機能検査装置や、呼吸を制御する人工呼吸器などがあ
る。本発明はいずれにも使用できるが、ここでは呼吸機
能検査装置を例に述べる。呼吸機能検査は、図４（Ａ）
のように、装置のセンサ部４１に接続したマウスヒース
４２を被検者の口にくわえさせ、努力呼出などの指定の
呼吸をおこなわせて、このときの呼吸気流量を測定し、
必要なデータを求めるもので、呼吸機能を評価する際の
補助として用いられる。

【０００３】この検査では呼吸を直接測定するので、唾
や痰がセンサ部４１に入り、測定結果や装置自体に影響
を及ぼすことがある。この唾や痰を濾過するために、図
４（Ｂ）の呼吸用フィルタユニット４３を、生体とセン
サ部４１の間に介在させて使用することが多い。しかし
従来の濾材は目が粗く、サイズの大きな唾や痰しか濾過
できないため、もしセンサ部４１にウイルスやバクテリ
アなどの細かい感染性物質があると濾過できず、感染す
る危険性がある。最近、特に感染の問題がクローズアッ
プされており、呼吸の測定でもその対策の重要性が指摘
され、より濾過機能の高い呼吸用フィルタユニットが開
発され、使用されるようになってきた。

【０００４】このような呼吸用フィルタユニットの例
を、図５と図６に示す。図５は現在市販されている、あ
る程度は感染性物質も濾過できるフィルタユニットの例
である。図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、外
観図、断面図、フィルタの図面である。フィルタユニッ
トは、筒部５１の一部にフィルタ収納部５２を設け、そ
の内部に濾材５３を収納している。濾材は数十ミクロン
程度の物質を濾過できるもので、空気抵抗を低くするた
めに、シート状の濾材を折り曲げてプリーツ状にしてい
る。

【０００５】このようなフィルタユニットは現在、２〜
３社から市販されている。その中のＡ社製について、Ｍ
ＩＬ規格（ＭＩＬ−Ｍ−３６９５４Ｃ）に基づく捕集効
率を測定したところ、黄色ブドウ状球菌１００個のテス
トで９３．２％、１０万個のテストで３０．９％の捕集
効率であった。測定したフィルタユニットは市販品の中
では機能的に優れている方であるが、濾過機能はまだ十
分ではない。

【０００６】一方図６は、図５のような呼吸用フィルタ
ユニットをさらに改良するために開発された、特許願平
成８−２１２６８記載の呼吸用フィルタユニットであ
る。６１はフィルタユニットのケース、６２は嵌合部、
６３はシート状の濾材である。これは薄いシート状の濾
材を用いているので、図５のようなプリーツ状の濾材を
用いたものよりもデッドスペースが少なくて済む。ま
た、嵌合させて組み立てるので、嵌合部に接着剤を必要
とせず、揮発性ガスが発生せず、安全で衛生的である。
さらに、組立が簡単でコスト削減になる、などの特長を
有する。しかし特許願平成８−２１２６８の発明では、
嵌合で組立てることについては説明しているが、呼吸用
フィルタユニットの機能として重要な濾過機能，空気抵
抗，デッドスペースなどについては検討が十分ではな
い。また、拡開部の内壁面形状の最適化に付いては検討
をおこなっていない。

【０００７】以上、濾過機能を中心に従来の技術に付い
て述べたが、呼吸用フィルタユニットの設計では、空気
抵抗とデッドスペースについても検討する必要がある。
図４（Ａ）のようにセンサ部４１にマウスピース４２を
接続して呼吸をおこなうと、呼吸に対する抵抗、つまり
空気抵抗が発生する。図４（Ｂ）のようにフィルタユニ
ット４４を接続すると空気抵抗はさらに高くなり、濾過
機能を向上させようとしてより目の細かい濾材を用いる
と空気抵抗は一層高くなる。空気抵抗が高いと、生体お
よび呼吸パターン等に影響を及ぼし、また空気抵抗のあ
るところで呼吸をおこなうと気体の圧縮や膨張も生じる
ので、測定が不正確になる。そのため米国ではＡＴＳ
（ＡｍｅｒｉｃａｎＴｈｏｒａｃｉｃＳｏｃｉｅｔ
ｙ）が空気抵抗の基準を定めており、日本もこれに準じ
ている。

【０００８】デッドスペースとは、図４のようにして呼
吸をおこなうときの、口元からセンサ部まで容積であ
り、その間を呼吸気が通過するのにある時間がかかり、
またその間にガス温度が変化し、測定は不正確になる。
そのためこの量はできるだけ小さい方がよい。このよう
に、呼吸の測定では、呼吸用フィルタユニットの空気抵
抗とデッドスペースはできるだけ少なくすることが望ま
しい。その上で、いかに濾過機能を向上させるかという
ことが、呼吸用フィルタユニット設計のポイントとな
る。もちろん、フィルタユニットの組立にも配慮が必要
である。従来のように組立に接着剤を用いると、揮発性
のガスや剥離片を吸入する可能性があり、安全性と清潔
さが問題となる。組立に溶着法を用いているものもある
が、製造コストが高くつく。また、濾材をプリーツ状に
すると、その成形にもコストがかかる。このような点を
総合的に勘案し、コスト低減を計る必要もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、呼吸機
能検査では感染防止の観点から、呼吸用フィルタの濾過
機能を向上させることが重要である。また、測定精度を
向上させるために、デッドスペースと空気抵抗は最小に
しなければならない。さらに組立に使用するシール材等
が生体に与える影響等の問題もあり、安全性と衛生面か
らの検討も重要である。当然組立等に要する労力を含め
た総合的なコスト削減も課題である。これらの課題は、
呼吸機能検査の分野だけでなく、呼吸の制御の分野でも
同様である。

【００１０】これを解決するために、図５に示すような
呼吸用フィルタユニットが開発されているが、前述のよ
うに、濾過機能、空気抵抗、それにデッドスペースの点
でまだ解決すべき課題がある。また、フィルタユニット
の組立に接着剤を使用しているものでは衛生面と安全面
に、溶着で組み立てているのものについてはコスト面
で、それぞれ問題があった。

【００１１】これを解決しようとしたものが図６に示す
呼吸用フィルタユニットであり、嵌合方式で組み立てる
ようにしているので、衛生面と安全面、それにコスト面
ではある程度問題を解決している。しかもシート状の濾
材を使用しているので、従来よりもデッドスペースを少
なくすることができている。しかし前述のように、濾過
機能については検討ができていないし、空気抵抗とデッ
ドスペースの面でも検討が十分ではない。また、拡開部
内壁のテーパの形状も検討していない。そこで本発明で
は、これらの先行技術を改良し、濾過機能を向上させ、
デッドスペースと空気抵抗を低減した、安全で衛生的
な、低コストの呼吸用フィルタユニットを提供すること
を目的とした。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、図
１に示すように、両端を開口した筒状のケース１１の一
端を拡開させ、その開口縁に嵌合部１２を形成した一対
のケースを用い、間にシート状の濾材１３を介在させた
状態で前記一対のケースを嵌合させて組み立てるように
した。その上で、１枚のシート状の濾材を使用して、バ
クテリアやウィルスを含む微細な物質を除去し、より空
気抵抗とデッドスペースを少なくすることを検討した。
微細な物質を物理的濾過だけで除去しようとすると空気
抵抗が高くなり、実用化できない。そこで、物理的濾過
と電気的捕集とを組み合わせた濾材を検討した。また生
体への安全性を勘案し、濾材の一部が剥離し難いもの、
万一剥離してその破片を吸入しても生体に害の無いもの
を選択した。さらに、本発明では１枚のシート状の濾材
を使用するので、なんらかの原因で濾材がケース内面に
密着すると有効面積が減少して空気抵抗が高くなるの
で、これを防止するために、嵌合部に濾材押さえ羽根１
４と、濾材固定用のガイドピン１５を設けた。

【００１３】請求項２の発明では、請求項１記載の発明
の呼吸用フィルタユニットをさらに改良し、空気抵抗と
デッドスペースを最小にするように、フィルタユニット
ケースの内壁テーパの形状と寸法を設計した。

【００１４】請求項３の発明では、請求項２で追求した
デッドスペースの削減をさらに進めるため、マウスピー
スとフィルタユニットを一体化させるようにした。

【００１５】

【作用】請求項１の発明により、図５に示すような従来
品と比較して、ウィルスやバクテリアを含む微細な物質
をより効率よく捕集することができ、また空気抵抗とデ
ッドスペースもより少なくすることができる。さらに接
着剤等を必要とせず、嵌合方式で組立てるようにしたの
で、より安全で衛生的であり、また組立も簡単で、コス
トを削減できる。請求項２の発明により、従来品や請求
項１記載の呼吸用フィルタユニットと比較して、さらに
空気抵抗とデッドスペースを少なくすることができる。
請求項３により、従来品だけでなく，請求項１または請
求項２記載の呼吸用フィルタユニットと比較して、さら
にデッドスペースを少なくすることができる。また別途
マウスピースを必要とせず、コストを低減することがで
きる。

【００１６】

【実施例】図１に請求項１記載の発明の実施例を示す。
１１はフィルタユニットのケースで、その一部を拡開し
て嵌合部１２を設け、濾材１３を挟むようにして嵌合部
を嵌合させるようにした。そして、濾材１３の選定およ
びフィルタユニット１１の形状を以下のように設計する
ことにより、前述の課題を決定した。つまり本発明は先
願特許願平８−２１２６８をベースにしたもので、この
先願特許が解決できていなかった課題を解決し、改良を
おこなうものである。まず、感染防止機能を向上させる
ために、物質捕集機能の面から検討した。バタテリアの
サイズは数ミクロンで、ウィルスはそれ以下であるた
め、１ミクロン以下の捕集機能を目標にした。しかしこ
の程度になると、物理的な捕集のみでは空気抵抗が高く
なり、実用化することはできない。そこで、ウイルスや
バクテリアを含む微粒子は電気的に引き寄せられるとい
う性質を利用し、常時帯電濾材を使用した。つまり物理
的捕集と電気的捕集を併用することにした。ただし強い
呼吸をおこなったとき、濾材の一部が剥離して吸入する
するようなことがあってはならないので、剥離しにくい
ものを、しかも万一吸入しても人体に安全な材料を選定
した。

【００１７】これらを総合的に勘案し、濾材に住友スリ
ーエム社のＦｉｌｔｅｒｅｔｅ^ＴＭタイプＧ−３００を
選定した。これは常時帯電性であり、その特性は、流速
５０ｃｍ／Ｓにおける圧力損失は２０ｍｍＨ_２Ｏ、粒径
０．３μｍの捕集効率は９８％であり、バクテリアと一
部のウィルスを捕集できる。これを用いると、濾材をプ
リーツ状にしないで、平面シート状のまま使用しても、
目的とする微細な物質を十分捕集することができるメド
がついた。次に濾材のサイズの決定である。前述のＡＴ
Ｓ基準では、気流量が０〜１４Ｌ／Ｓの範囲で、空気抵
抗は１５ｍｍＨ_２Ｏ／Ｌ／Ｓ以下であることと規定され
ている。この基準を満たす大きさに濾材の面積を設計す
る。このようにしてシート状濾材の寸法が決定できるの
で、これを収納する呼吸用フィルタユニットの寸法も決
定できる。呼吸用フィルタユニットの筒部の径は、セン
サ部のマウスピース装着部のサイズがＪＩＳで規定され
ているので、これをもとに決定できる。筒部の長さの規
定はないので、使用し易い範囲で、デッドスペースを勘
案した寸法に決定すればよい。

【００１８】濾材の固定は、ケースを嵌合させるとき、
濾材を同時に締め付けるように固定する方式であり、こ
れは先願の特許願平８−２１２６８と同様である。しか
しこのままでは、なんらかの原因で濾材の一部がケース
の内壁に密着すると、濾材の有効面積が減少し、空気抵
抗が高くなる可能性がある。そこで本発明では、嵌合部
に濾材押さえ羽根１４および濾材固定用のガイドピン１
５を設けた。濾材押さえ羽根１４は濾材１３がたわまな
いように支えるもので、濾材固定ガイドピン１５は濾材
を嵌合部で確実に固定するためのものである。ここでは
濾材に住友スリーエム社のＦｉｌｔｅｒｅｔｅ^ＴＭタイ
プＧ−３００を選択したが、捕集機能、空気抵抗、デッ
ドスペース、それに安全性を勘案して同等またはそれ以
上の機能があれば、他の濾材でもかまわない。またフィ
ルタ収納部の形状は、図１の例では円形にしたが、他の
形状にしてもよい。

【００１９】請求項２記載の呼吸用フィルタユニットの
例を図２に示す。本発明は、請求項１記載の発明を、空
気抵抗とデッドスペースの面から、さらに改良をおこな
ったもので、以下のようにしてケースの設計をおこなっ
た。従来のケースは図５のように矩形に拡開したもの
や、図６のように三角形に拡開したものがある。特許願
平８−２１２６８では拡開部の内壁のテーパ形状を曲線
状にしたものも示しているが、その最適な形状について
は検討していない。拡開部の内面の形状が矩形や三角状
であれば、その部分で乱流が発生し、空気抵抗が高くな
る。そこで本発明では、拡開部内面を、特に筒部２１か
ら拡開部に移行する部分の近傍と、嵌合部近傍の形状
を、乱流が発生しにくい曲面状のテーパにし、しかも前
述のサイズの濾材を挟んで嵌合させたときデッドスペー
スが最小になるように、設計した。このようにして空気
抵抗が低くなると、その分だけ濾過機能を高くする、ま
たはデッドスペースを小さくする、ということが可能に
なる。つまり空気抵抗が低くなった分だけ、目の細かい
濾過機能の高い濾材を使用できるし、または、濾材のサ
イズを小さくしてデッドスペースを小さくすることがで
きる。濾過機能、空気抵抗、およびデッドスペースを、
目的に応じて組み合わせて濾材やその寸法、ケースの寸
法を設計すればよい。

【００２０】このようにして設計したフィルタユニット
を用いて、前述のＭＩＬ−Ｍ−３６９５４Ｃ規格に基づ
き、黄色ブドウ状球菌の捕集効率を測定した。その結
果、菌１００個で９６．３％、菌１０万個で７６．６％
の捕集効率であった。前述のＡ社の製品と比較して、大
幅に捕集効率が向上している。粒子径が０．３μｍの大
気塵を対象に、パーティクルカウンタによる捕集粒子数
測定試験もおこなった。フィルタ総合指数は、本発明の
フィルタの方が、従来品に比し、１桁高い数値を示し、
その有効性を確認している。本発明のフィルタユニット
の空気抵抗は、流量が１４Ｌ／Ｓの時、７．５ｍｍＨ_２
Ｏであり、ＡＴＳ基準以内に納めることができた。従来
品では空気抵抗は１０ｍｍＨ_２Ｏ以上あったので、空気
抵抗の面でも改良することができた。また、デッドスペ
ースは４９ｍＬで、従来品の８０〜１００ｍＬに比較し
て、大幅に減少させることができた。このように、本発
明により、濾過機能、空気抵抗、およびデッドスペース
が少ないフィルタユニットを実現することができた。こ
こで設計した呼吸用フィルタユニットの形状とサイズは
そのままでも、空気抵抗を基準の上限まで認めるなら、
そのぶん目の細かい濾材を使用でき、濾過機能を向上さ
せることができる。逆に、濾過機能を落として、空気抵
抗を大幅に低くすることもできる。

【００２１】図３に請求項３記載のマウスピース一体型
の呼吸用フィルタユニットの例を示す。これは、フィル
タユニットの一方の筒をマウスピースの機能を合わせ持
つ程度に延長したものである。これにより、従来のよう
に呼吸用フィルタユニットとマウスヒースを組み合わせ
て使用する場合に比べて、さらにデッドスペースを少な
くすることができた。また、本発明のフィルタユニット
を使用すると、従来のマウスピースは使用しなくてよい
ので、そのコストを低減でき、またセンサ部に接続する
手間を省略できる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明により、従来のフィ
ルタユニットと比較して、濾過機能が大幅に向上し、バ
クテリアや一部のウィルスを含めて微細な物質を濾過で
きるようになったので、感染の危険性を低下させること
ができる。また、空気抵抗とデッドスペースを共に小さ
くすることができるので、呼吸機能検査ではその測定精
度を向上させることができ、また呼吸管理ではより精度
の高い制御を可能にする。さらに、本発明では嵌合方式
でケースを組み立てるので、組立作業が簡単になりコス
トダウンになる、接着剤等を使用しないので安全かつ清
潔に使用できるという効果もある。なお嵌合方式という
点では先願の特許願平８−２１２６８と同様であるが、
これをさらに改善し、嵌合部に濾材押さえ羽根１４と、
固定ガイドピン１５を設けて、より確実に濾材を保持で
きるようにした。

【００２３】請求項２記載の発明によると、従来のフィ
ルタユニットはもちろん、請求項１記載の発明によるフ
ィルタユニットと比較しても、呼吸抵抗とデッドスペー
スをさらに小さくすることができるので、より精度の高
い呼吸機能検査をおこなうことができるようになった。
また、空気抵抗を低くすることができた分だけ一層、濾
過機能を向上させることができ、安全性を一段と向上さ
せることができる。

【００２４】請求項３記載の発明によると、従来のもの
や、請求項１および請求項２の発明と比較して、デッド
スペースを一層の低減することができ、測定精度を一段
と向上させることができる。また本発明によると、別途
マウスピースを必要としないため、マウスピースのコス
トを削減できるし、またマウスピースを接続する手間も
省力化できる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の呼吸用フィルタユニットの例
で，（Ａ）は外観の斜視図，（Ｂ）は分解図である。

【図２】請求項２記載の呼吸用フィルタユニットの例の
一部断面図で，（Ａ）と（Ｂ）は，必要な部分が表示で
きるように，角度を変えて図である。

【図３】請求項３記載の呼吸用フィルタユニットの例の
一部断面図である。

【図４】（Ａ）は呼吸機能検査装置で使用するセンサ部
とマウスピースである。（Ｂ）はマウスピースとセンサ
部の間に呼吸用フィルタユニットを介在させて使用する
場合の様子を示す。

【図５】従来の濾過機能の高い呼吸用フィルタユニット
の例で，（Ａ）は外観の斜視図，（Ｂ）はその断面図，
（Ｃ）は濾材である。

【図６】特許願平成８−２１２６８による呼吸用フィル
タユニットの例である。

【符号の説明】

１１‥‥呼吸用フィルタユニットのケース１２‥‥
嵌合部１３‥‥濾材１４‥‥
濾材押さえ羽根１５‥‥ガイドピン２１‥‥呼吸用フィルタユニットのケース２２‥‥
嵌合部２３‥‥濾材２４‥‥
濾材押さえ羽根２５‥‥ガイドピン３１‥‥呼吸用フィルタユニットのケース３２‥‥
嵌合部３３‥‥濾材４１‥‥呼吸流量測定用センサ部４２‥‥
マウスピース４３‥‥濾材４４‥‥
呼吸用フィルタユニット５１‥‥筒部５２‥‥
フィルタ収納部５３‥‥濾材６１‥‥呼吸用フィルタユニットのケース６２‥‥
嵌合部６３‥‥濾材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端を開口した筒状のケース（１１）の一
端を拡開させ、その開口縁に嵌合部（１２）を形成した
一対のケースを用い、間にシート状の濾材（１３）を介
在させた状態で前記一対のケース（１１）を嵌合させて
組み立てるようにした呼吸用フィルタユニットにおい
て、前記濾材（１３）に，物理的濾過と電気的捕集の両機能
を併せ持つ帯電性濾材を用いることを特長とする、呼吸
用フィルタユニット。
【請求項２】両端を開口した筒状のケース（２１）の一
端を拡開させ、その開口縁に嵌合部（２２）を形成した
一対のケースを用い、間にシート状の濾材（２３）を介
在させた状態で前記一対のケース（２１）を嵌合させて
組み立てるようにした呼吸用フィルタユニットにおい
て、前記ケース（２１）の拡開部の内面の形状を、空気抵抗
とケース内容積が最小になるテーパ曲面に成形したこと
を特長とする、呼吸用フィルタユニット。
【請求項３】両端を開口した筒状のケース（３１）の一
端を拡開させ、その開口縁に嵌合部（３２）を形成した
一対のケースを用い、間にシート状の濾材（３３）を介
在させた状態で前記一対のケース（３１）を嵌合させて
組み立てるようにした呼吸用フィルタユニットにおい
て、ケース（３１）の筒部の一方を口にくわえられる程度に
延長して、マウスピースの機能を合わせ持つようにした
ことを特長とする、請求項１または請求項２記載の呼吸
用フィルタユニット。