JP2002253689A

JP2002253689A - 顔面用濾過マスク

Info

Publication number: JP2002253689A
Application number: JP2002060002A
Authority: JP
Inventors: Daniel A Japuntich; ダニエル・エイ・ジャプンティチ; Vaughn B Grannis; ヴォーン・ビー・グラニス; Harold J Seppala; ハロルド・ジェイ・セッパラ; Anthony B Ferguson; アンソニー・ビー・ファーガソン
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2002-09-10
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: CA2134764C; US20020170563A1; JP3907500B2; US5509436A; CA2134764A1; MX9302879A; EP0674535A1; EP0674535B1; US6854463B2; AU4112093A; AU665082B2; JP3359033B2; WO1993024181A1; US20030084902A1; US20020185133A1; DE69312509D1; US7311104B2; DE69312509T2; JPH07506751A; US6843248B2

Abstract

(57)【要約】【課題】呼気排出中に圧力の低下が非常に小さい顔面
マスクを提供する。【解決手段】顔面用濾過マスクの排気弁１４は、可撓
性フラップ２４を備える。可撓性フラップ２４は、排気
弁１４が閉鎖位置にあるとき、弁座２６の曲線シールリ
ッジ３０と接触する。シールリッジ３０の凹湾曲は、カ
ンチレバーのように一端を固定し、かつ、可撓性フラッ
プ２４の自由部分に一定力及び／又は少なくとも可撓性
フラップ２４の自由部分の質量に等しい大きさの力を加
えた可撓性フラップ２４が示す変形曲線に一致する。可
撓性フラップ２４は、シールリッジ３０上にほぼ均一な
圧力を加えて、充分な密閉力を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野本発明は、(i)顔面用濾過マスクの排気弁として利用す
ることが可能である逆止弁と、(ii)排気弁を使用した顔
面用濾過マスクと、(iii)逆止弁の製造方法とに関す
る。

【０００２】発明の背景排気弁は、以前から顔面用濾過マスクに利用されてお
り、例えば、米国特許第4,981,134号、4,974,586号、4,
958,633号、4,934,362号、4,838,262号、4,630,604号、
4,414,973号、及び、2,999,498号各明細書に開示されて
いる。特に米国特許第4,934,362号明細書（'362号特
許）は、弁座に固定した可撓性フラップを有する一方向
排気弁を開示しており、上記弁座は、放物線状の円形シ
ールリッジを備える。その可撓性フラップは、放物曲線
の頂点で弁座に固定され、弁が閉じた状態のときに、円
形シールリッジ上に接する。顔面マスクの着用者が息を
吐き出すと、その呼気によって、可撓性フラップの自由
端がシールリッジを離れて持ち上がる。その結果、呼気
が顔面マスクの内側から放出される。'362号特許は、顔
面用濾過マスクに使用する上記構造の排気弁によれば、
圧力低下はかなり小さいことを示している。

【０００３】発明の要旨まず第１に、本発明は、次のような逆止弁を提供する。
弁は、第１部分及び第２部分を有する可撓性フラップを
備える。第１部分は弁座に取り付けられる。弁座はオリ
フィス及びシールリッジを有し、シールリッジは側面か
ら見ると凹湾曲を有する。可撓性フラップは、流体がオ
リフィスを通過していないときシールリッジの凹湾曲と
接触する。可撓性フラップの第２部分は、流体がオリフ
ィスを通過しているときシールリッジから自由に持ち上
がる。逆止弁は、（i）変形曲線に対して垂直に、変形
曲線沿いに作用する一定力、（ii）重力の方向に作用す
る力であって、可撓性フラップの第２部分の質量と、少
なくとも１重力単位の加速度との積に等しい大きさを有
する力、又は、（i）及び（ii）が組み合わされた力を
加えた可撓性フラップの第２部分が示す変形曲線に一致
する凹湾曲を備えることを特徴とする。

【０００４】第２に、本発明は、次のような顔面用濾過
マスクを提供する。顔面マスクは、（ａ）人の鼻及び口
を覆ってフィットするようにしたマスクボデーと、
（ｂ）マスクボデーに取り付ける排気弁とを備える。排
気弁は、次のような弁座及び可撓性フラップを備える。（１）弁座は、（i）流体が通ることのできるオリフィ
スと、（ii）オリフィスを包囲し、側面から見ると凹湾
曲を有する、シールリッジを備える。シールリッジの凹
湾曲の頂点は、湾曲の外端に対して、オリフィスを通る
流体の流れの上流側に位置決めされる。（２）可撓性フラップは、第１及び第２部分を備える。
第１部分は、オリフィスの包囲した領域の外側の弁座部
分に取り付けられる。第２部分は、弁が閉鎖位置にある
ときシールリッジの凹湾曲を呈し、また、流体が上記オ
リフィスを通っているときシールリッジから自由に持ち
上がる。

【０００５】第３に、本発明は、次のような顔面用濾過
マスクを提供する。顔面マスクは、以下の構成のマスク
ボデーと排気弁を備える。（ａ）マスクボデーは、人の鼻と口を覆ってフィットす
るようにした形状を有し、マスクボデーを通る流体の汚
染物質を除去するフィルター手段を備える。マスクボデ
ーは開口を有するため、流体は、フィルター手段を通ら
ずにマスクボデーから排出される。開口は、顔面用濾過
マスクを着用者の顔面の鼻と口を覆って装着したとき
に、開口が着用者の口のほぼ真上にくるようにマスクボ
デー上に位置決めされる。（ｂ）排気弁は、開口の位置でマスクボデーに取り付け
られる。排気弁は、可撓性フラップと弁座を備える。弁
座は、オリフィスとシールリッジを備える。可撓性フラ
ップは、第１端部のところで弁座に取り付けられ、排気
弁が閉鎖位置にあるときシールリッジ上に接する。可撓
性フラップは第２の自由端を備える。第２の自由端は、
流体が排気弁を通っているときにシールリッジから持ち
上がる。

【０００６】流体透過性を有する顔面マスクは、通常の
呼気試験において少なくとも８メートル毎秒の速さで気
体が顔面用濾過マスク内に流入したとき、負の圧力低下
を示してもよい。

【０００７】第４に、本発明は、以下のステップ
（ａ），（ｂ）を有する逆止弁を製造する方法を提供す
る。（ａ）シールリッジに包囲されたオリフィスを有する弁
座を設けるステップ。シールリッジは、側面から見ると
凹湾曲を有し、凹湾曲は、次のような可撓性フラップが
示す変形曲線に一致する。可撓性フラップは、カンチレ
バーのように面に固定された第１部分を備え、第２部分
である非固定部分は、一定力、すなわち、可撓性フラッ
プの第２部分の質量と、少なくとも１重力単位の加速度
との積に等しい大きさを有する力又はその力が組み合わ
された力を受ける。（ｂ）可撓性フラップの第１部分を、次のように弁座に
取り付けるステップ。（i）可撓性フラップは、流体が
オリフィスを通っていないときシールリッジと接触す
る。また、（ii）取り付けられた可撓性フラップの第２
部分は、流体がオリフィスを通っているときシールリッ
ジから自由に持ち上がる。

【０００８】顔面用濾過マスクは、安全かつ快適に着用
できなければならない。安全性のために、顔面マスク
は、汚染物質が排気弁を通って顔面マスクの内部に流入
しないようになっていなければならない。また、快適に
装着するために、顔面マスクは、最小限の力で、排気弁
を通してできるだけ多くの呼気を取り除かなければなら
ない。本発明は、次の可撓性フラップを有することによ
って、安全な排気弁を提供する。可撓性フラップは、排
気弁の位置にかかわらず、弁座に実質的に均一なシール
を実現する。本発明によって、着用者の不快感は取り除
かれる。すなわち、（１）顔面用濾過マスク内の呼気の
圧力を最小限に抑え、（２）（呼気がフィルター手段を
通るようにするのではなくて、）呼気の大部分を排気弁
から除去し、また場合によっては、（３）外部冷気が顔
面マスク内に流れるようにするために、呼気中に顔面用
濾過マスク内を負圧にする。

【０００９】本発明の第１及び第４の点において、可撓
性フラップが弁座のシールリッジ上に実質的に一定な力
を働かせることを可能にする逆止弁が提供される。可撓
性フラップの第１部分を面に取り付け、可撓性フラップ
の第２すなわち自由部分をカンチレバーのように支持す
ることによって、実質的に均一な力が得られる。次に、
可撓性フラップの第２すなわち自由部分を、コンピュー
ターシミュレーションを使用して変形する。コンピュー
ターシミュレーションでは、同一の大きさの複数の力ベ
クトルを、可撓性フラップの湾曲に対して垂直な方向
で、可撓性フラップに付与する。可撓性フラップの第２
部分は、変形曲線と呼ぶ特定の湾曲を呈す。変形曲線の
描いた軌跡をたどり、その軌跡は弁座のシールリッジの
湾曲を規定するのに使用される。この湾曲を有する弁座
によって、可撓性フラップが曲がったり、または、可撓
性フラップが、ある位置ではシールリッジとほとんど又
は全く接触せず、他の位置では強く接触しすぎることを
防止する。このように均一に接触することにより、汚染
物質の流入を防ぎ、弁を安全にする。

【００１０】本発明の第１及び第４の点において、逆止
弁は、また、呼気の圧力を最小限に抑える。最小限必要
な力を利用して、可撓性フラップをどのような位置にあ
っても閉鎖状態に保持することによって、上記利点が備
わる。弁座を有する排気弁を備えて、フラップを閉鎖す
る最小限の力を得る。弁座は、凹湾曲を有するシールリ
ッジを備える。この凹湾曲は、可撓性フラップがカンチ
レバーのように一端を固定し自重で曲がるときに可撓性
フラップの示す変形曲線に一致する。この変形曲線に一
致するシールリッジによって、排気弁は完全に裏返って
も閉鎖状態を保ち、また、最小の力で弁を開けて、顔面
マスク全域での圧力低下が小さくなるようにしている。

【００１１】本発明の第２の点において、顔面用濾過マ
スクは、小さい空気抵抗力を示す排気弁を備える。気流
の抵抗力が小さいと、排気弁の開放が容易になるという
利点がある。本発明においては、可撓性フラップを、弁
のオリフィスが境界となる領域の外側にある弁座部分に
固定することによって、上記の利点が達成された。上記
構造を有する排気弁によって、可撓性フラップが曲線形
シールリッジから容易に持ち上がるようになる。なぜな
ら、可撓性フラップが、オリフィスの包囲した領域の外
側の弁座に据え付けられると、モーメントアームはより
長くなるからである。上記構造を有する排気弁には、さ
らに、オリフィス全体が、排出中に気流に対して開放す
ることが可能であるという利点がある。

【００１２】上記利点に加えて、本発明によって、呼気
の大部分は排気弁を通って放出されることが可能にな
る。また、正の圧力を最初に加えて弁を開いた後におい
ては、顔面用濾過マスク内の圧力が低下して、場合によ
っては排気中に負圧となる場合がある。次のようにし
て、上記の２つの特徴を備える。（i）本発明の排気弁
を、マスク装着時の着用者の口にほぼ直接対面するよう
に、顔面用濾過マスク上に位置決めする。また、（ii）
排気弁のオリフィスのための好ましい断面積を規定す
る。本発明の排気弁が、流体の流れの方向に垂直な平面
から見て２平方センチメートル（ｃｍ^２）以上の断面積
を有するオリフィスを備え、また、顔面用濾過マスク上
に、着用者の口のほぼ真正面に、排気弁を位置決めした
とき、通常の排気中の顔面用濾過マスクの圧力は低下し
て負圧になり得る。

【００１３】本発明において、排出気流の速度が遅く、
容積流量が４０リットル毎秒（ｌ／min）以上で、圧力
の低下が２４．５パスカル以下のとき、少なくとも呼気
の４０パーセントは、排気弁を通って顔面マスクから放
出される。（例えば、着用者が唇をすぼめたときのよう
に、）排出気流の速度がより速いと、顔面用濾過マスク
内に負圧が生じるかもしれない。本発明の第３の点にお
いて、負圧を示す顔面用濾過マスクが提供される。負圧
によって、呼気の１００パーセント以上の空気量が排気
弁を通って放出される。さらに、負圧によって、人が息
を吐くと周囲の空気がフィルター手段を通って内部へ流
入する。この結果、着用者が次に息を吸うときには、着
用者の息よりも冷たく新鮮で、湿気が少なく、かつ、酸
素含有量の多い、周囲の空気を吸うことができる。周囲
の空気の流入を吸入と呼んでいる。吸入によって、着用
者はより快適に顔面マスクを装着できる。また、吸入効
果は、眼の保護カバーが曇るのを防止する。フィルター
手段を通って顔面マスクから出て行く呼気が少ないため
である。吸入効果の発見は、非常に驚くべきことであ
る。

【００１４】上記した本発明の新しい特徴及び利点は、
図面及び次の詳細な説明においてさらに詳細に示され
る。そこでは、類似部材を表わすのに同一の参照符号が
使用される。しかし、図面及び詳細な説明は、例示のみ
を目的としており、本発明の範囲を不当に限定するもの
ではないことを理解しておく必要がある。

【００１５】好適な実施例の詳細な説明本発明の好適な実施例の記載においては、特定の専門用
語を使用して明確に述べることにする。しかし、本発明
は、そのように選択した特定の用語の意味に限定される
ものではなく、選択した各用語は同様に機能する技術の
均等手段の全てを包含すると理解されなければならな
い。

【００１６】図１は、本発明に係る顔面用濾過マスク１
０を示している。顔面用濾過マスク１０は、排気弁１４
を取り付けたカップ型マスクボデー１２を備える。マス
クボデー１２は、開口（図示せず）を有し、呼気はフィ
ルター層を通過することなく、この開口を通って排出さ
れる。マスクボデー１２上の開口は、マスク着用時に着
用者の口の真上に位置するのが好ましい。マスクボデー
１２の露出表面全体は、排気弁１４のところを除いて、
吸気を透過する。

【００１７】マスクボデー１２は、曲線を描いた半球形
状でも、あるいはその他の所望形状でもよい。例えば、
マスクボデーは、ジャプンティチ（Japuntich）氏を発
明者とする米国特許4,827,924号明細書に開示された顔
面マスクのような構造を有するカップ型マスクを採用で
きる。マスクボデー１２は、内面形状保持層１６及び外
面フィルター層１８からなる（図２参照）。内面形状保
持層１６はマスク１０の構造を形成し、フィルター層１
８を保持する。形状保持層１６は、フィルター層１８の
内側及び／又は外側に備えられる。形状保持層１６は、
例えば、カップ型外形に成形した熱接着性繊維の不織布
からなる。形状保持層は、従来技術に従い成形すること
が可能である。形状保持層１６は、マスクの構造形成及
びフィルター層の保持を主要目的として設計されるが、
形状保持層１６は、また、濾過作用、通常は大粒子の濾
過作用、をするようにしてもよい。顔面マスクを着用者
の顔上にぴったり合わせて保持するために、マスクボデ
ーは、帯紐２０、結び紐又はマスクハーネス等を取り付
けるのがよい。マスクボデー１２上には、アルミニウム
のような金属からなる非常に柔軟な軟質バンド２２が備
えられる。上記バンド２２を設けることによって、マス
クボデー１２は所望の装着感にて着用者の鼻上で顔面マ
スクを保持する形状となり得る。

【００１８】顔面用濾過マスク１０の着用者が息を吐き
出すと、呼気は、マスクボデー１２及び排気弁１４を通
って排出される。マスクボデー１２のフィルター手段に
対して排気弁１４を通って排出される空気の割合が高け
れば、快適さが増す。呼気が弁座２６から可撓性フラッ
プ２４を持ち上げることによって、呼気は弁１４を通っ
て排出されることになる。可撓性フラップ２４は、フラ
ップ２４の第１部分２８のところで弁座２６に取り付け
られ、可撓性フラップ２４の縁部の残りの部分は、排気
中、弁座２６から自由に持ち上がることができる。ここ
で使用されている用語「可撓性」（flexible)とは、フ
ラップが、カンチレバーのように一端で固定されて側面
から見た際に（例えば図５を参照）、弓形の自己保持形
状に変形又は曲がれることを意味する。自己保持性のな
いフラップは水平面に対して約９０度で地面に向かって
垂れ下がることになる。

【００１９】図３，４に示すように、弁座２６はシール
面３１を有するシールリッジ３０を備える。流体が弁１
４を通過していないとき、可撓性フラップ２４はシール
面３１に接触する。シールリッジ３０の径方向内側に
は、それを境界として、オリフィス３２が形成されてい
る。オリフィス３２は、シールリッジ３０及び結果的に
は弁１４を固定する十字部材３４を備える。十字部材３
４は、また、気体が逆流したとき、例えば息を吸ったと
きに、可撓性フラップ２４がオリフィス３２の内側に入
り込むのを防止する。側面から見ると、十字部材３４の
表面は、シール面３１より僅か窪んでおり（しかし、同
位置に並んでいてもよい）、十字部材３４は、可撓性フ
ラップ２４が持ち上げられてシール面３１から離れると
いうことのないようにしている（図３参照）。

【００２０】シールリッジ３０及びオリフィス３２は、
流体の流れの方向に対して直交する方向から見たときど
のような形状であってもよい（図４参照）。例えば、シ
ールリッジ３０及びオリフィス３２は、正方形、方形、
円形、楕円形等であってよい。シールリッジ３０の形状
は、オリフィス３２の形状に一致していなくてもよい。
例えば、オリフィス３２が円形で、シールリッジ３０が
方形であってもよい。ただし、シールリッジ３０はオリ
フィス３２の境界となるので、オリフィス３２を通って
望ましくない汚染物質が流入するのを防止することが必
要である。しかし、シールリッジ３０及びオリフィス３
２は、流体の流れに対する方向から見ると、円形領域を
有するのが好ましい。マスクボデー１２の開口は、好ま
しくは、少なくともオリフィス３２と同一の寸法を有す
る領域を備える。もちろん、可撓性フラップ２４は、オ
リフィス３２よりも広い範囲を覆い、少なくともシール
リッジ３０が囲んだ範囲の寸法を有する。オリフィス３
２は、好ましくは、２〜６ｃｍ^２の領域を有し、より好
ましくは３〜４ｃｍ^２である。この寸法のオリフィスを
形成することにより、顔面マスクは、暖かくて湿った呼
気を排除するに効果的な呼吸ができる。呼吸が行われる
際、オリフィスの寸法の上限が重要になる。というの
は、オリフィスを拡大すると、周囲の空気が、フィルタ
ー手段ではなく排気弁のオリフィスを通って顔面マスク
に流入することも考えられ、その結果、呼吸条件が安全
でなくなる可能性があるからである。

【００２１】図３は、シールリッジ３０上に接する閉鎖
位置の可撓性フラップ２４を示すとともに、破線２４ａ
で開放状態の可撓性フラップ２４を示している。シール
リッジ３０は、図３の方向から見ると、凹湾曲を有して
いる。この凹湾曲は、上記のとおり、可撓性フラップ２
４がカンチレバーのように固定されたときに、可撓性フ
ラップ２４の示す変形曲線に一致する。図３に示す凹湾
曲は、自由に湾曲し、図３の側面方向から見て全体的に
まっすぐな線に沿って延在するのが好ましい。流体は矢
印３６が示す方向に弁１４を通過する。凹湾曲の頂点
は、環状のオリフィス３２を通る流体の流れの、凹湾曲
の外端に対して上流側に位置する。環状オリフィス３２
を通る流体３６は、可撓性フラップ２４に対して、フラ
ップ２４の自由端３８を弁座２６のシールリッジ３０か
ら持ち上げる力を加え、弁１４を開ける。弁１４は、好
ましくは、次のように顔面マスク１０上に位置決めされ
る。すなわち、可撓性フラップ２４の自由端３８は、マ
スク１０が図１に示すように垂直方向に取り付けられた
ときに、固定端２８の下方に位置する。これによって、
呼気は下方に偏向し、着用者の眼の保護カバー上で水分
が凝縮するのを防止する。

【００２２】図３，４に示すように、弁座２６は、フラ
ップ保持面４０を備える。フラップ保持面４０は、オリ
フィス３２の領域の外側でかつシールリッジ３０の外端
を超えた領域の外側に位置決めされる。フラップ保持面
４０の幅寸法は、少なくともオリフィス３２の幅と同じ
寸法を有することが好ましい。フラップ保持面４０は、
該保持面４０が弁座２６を横切る方向に直線的に延在し
てもよい。フラップ保持面４０は、可撓性フラップ２４
を所定位置に保持するための複数のピン４１を備えるこ
とができる。可撓性フラップ２４を弁座２６に固定する
ための手段の一つとして、ピン４１を利用すると、可撓
性フラップ２４は、相応の開口を形成するとともに、ピ
ン４１の位置を超えて位置決めされて、好ましくはフラ
ップ保持面４０と接して保持される。可撓性フラップ２
４は、また、音波溶接、接着剤、機械的締結、又はその
他の適切な手段によって、フラップ保持面４０に取り付
けられてもよい。

【００２３】フラップ保持面４０は、好ましくは弁座２
６上に形成されていて、流体がオリフィス３２を通過し
ていないときには、可撓性フラップ２４はシールリッジ
３０に押し付けられて接している。フラップ保持面４０
は、側面から見ると、シールリッジ３０の湾曲に対して
接線をなすように弁座２６上に形成できる（図３参
照）。フラップ保持面４０は、オリフィス３２及びシー
ルリッジ３０から離れていることにより、排気中にフラ
ップが一方向に偏向するのを助長するためのモーメント
アームが構成される。フラップ保持面４０とオリフィス
３２の間の間隔が大きくなるにつれて、モーメントアー
ムは長くなり、かつ、可撓性フラップ２４のトルクは小
さくなる。その結果、可撓性フラップ２４に呼気による
力が作用したとき、可撓性フラップ２４の開放がより容
易になる。しかし、保持面４０とオリフィス３２との間
の距離は、可撓性フラップが自由に垂れ下がってしまう
ほど、大きくてはいけない。むしろ、可撓性フラップ２
４はシールリッジ３０に対して押し付けられて、弁が閉
鎖位置にあるとき、大略均一に密封された方がよい。フ
ラップ保持面とオリフィス３２の最接近部との間の距離
は、好ましくは約１〜３．５ｍｍ、より好ましくは１．
５〜２．５ｍｍである。

【００２４】オリフィス３２とフラップ保持面４０との
間隔は、また、可撓性フラップ２４がシールリッジ３０
の曲線をより容易に描くことを可能ならしめるための継
ぎ部を構成する。可撓性フラップ２４は、異なる公差に
対応できるように十分に柔軟であるのが好ましい。フラ
ップ保持面４０は平面であってもよいし、曲線状シール
リッジ３０の延長であってもよい。すなわち、フラップ
保持面４０は、可撓性フラップの有する変形曲線の曲線
的延長であってもよい。しかし、その場合、可撓性フラ
ップ２４は、固定点と、シールリッジ３０に対する接触
点との間に、上記継ぎ部を有するのが好ましい。

【００２５】弁座２６は、好ましくは、一体形に成形さ
れた比較的軽量のプラスティックからなる。弁座は、射
出成形技術を利用して製造できる。可撓性フラップ２４
と接触するシールリッジ３０の表面（接触面）は、好ま
しくは、ほぼ均一に平らに形成されて、確実に密閉され
るようにする。接触面は、可撓性フラップ２４に対して
シールをなす十分な幅を有することが好ましいが、幅が
広すぎて、凝縮した水分による接着力が、可撓性フラッ
プ２４を開放しにくくするようなことがあってはならな
い。接触面の幅は、好ましくは、少なくとも０．２ｍｍ
で、約０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍであるのが好ましい。

【００２６】可撓性フラップ２４は、好ましくは、該可
撓性フラップ２４が保持面４０で弁座２６に固定される
ときに、シールリッジ３０に向かって付勢力をもつ材料
からなる。可撓性フラップは、好ましくは、力を加えな
いときには平面形状を有し、また、弾性を有し、永続的
な反りやクリープに対する抵抗力を有する。可撓性フラ
ップは弾性材料で作ることができる。弾性材料の例とし
ては、架橋天然ゴム（例えば、架橋ポリイソプレン）又
は、ネオプレン、ブチルゴム、ニトリルゴム、又はシリ
コーンゴムのような合成エラストマーが挙げられる。可
撓性フラップに使用されてもよいゴムの例として、次の
ものが挙げられる。アメリカ合衆国カリフォルニア州、
オレンジに住所を有するウエスト・アメリカン・ラバー
・カンパニー（West American Rubber Company）から入
手可能な化合物番号４０Ｒ１４９、ドイツ、ヘクスター
に住所を有するアーリッツ−オプティベルト合資会社
（Aritz-Optibelt-KG）から入手可能な化合物４０２Ａ
及び３３０Ａ、アメリカ合衆国ニューヨーク州、ウォー
ターフォードに住所を有するゼネラル・エレクトリック
・カンパニー（General Electric Company）から入手可
能なＲＴＶ−６３０である。好ましい可撓性フラップ
は、充分な応力緩和を有し、70℃で24時間、どのような
静止位置にあっても可撓性フラップをシールリッジに接
触した状態で保持できなければならない；上記の条件下
の応力緩和を測定する試験については、標準化のための
欧州委員会（European Committee for Standardizatio
n；CEN）の欧州規格、欧州規格（EN）第140篇5.3及び第
149篇5.2.2を参照。可撓性フラップは、好ましくは、
（米国）連邦規則法典（C.F.R.）第30編第11章183-2（1
991年7月1日）に述べられている規格に従って漏出のな
いシールを実現する。架橋ポリイソプレンは、応力緩和
の割合が小さいので好ましい。可撓性フラップは、通
常、ショアー硬度Ａスケール約３０〜５０を有する。

【００２７】可撓性フラップ２４は、全体的に均一な硬
度を有する材料の平板から切断してもよい。一般的に、
板の厚さは約０．２〜０．８ｍｍであり、より一般的に
は０．３〜０．６ｍｍであり、好ましくは、０．３５〜
０．４５ｍｍである。可撓性フラップは、好ましくは、
方形に切り取られ、自由端３８を有する。自由端３８
は、自由端３８とシールリッジ３０が接触するところで
シールリッジ３０の形状に一致するように形成される。
例えば、図１に示すように、自由端３８は、円形のシー
ルリッジ３０に一致した曲線状の端部４２を有する。そ
のように自由端３８を切断することによって、自由端３
８はより軽量になり、その結果、排気中にシールリッジ
３０から容易に持ち上がることができ、また、反対に吸
気中には容易に閉鎖する。可撓性フラップ２４の幅は、
好ましくは約１ｃｍ以上、より好ましくは約１．２〜３
ｃｍで、その長さは約１〜４ｃｍである。可撓性フラッ
プの固定端は、通常、可撓性フラップの縁部の周囲全体
の約１０〜２５％である。そして、残りの７５〜９０％
は、弁座２６から自由に持ち上がる。本発明に係る好ま
しい可撓性フラップの幅は、約２．４ｃｍで、その長さ
は約２．６ｃｍであり、曲線状の自由端３８の半径は、
約１．２ｃｍである。

【００２８】図１，４に最も良く示されるように、フラ
ンジ４３は、弁座２６から側方に延在して、排気弁１４
をマスクボデー１２に固定するための面を構成してい
る。フランジ４３は、好ましくは、弁座２６の周囲全体
に形成する。マスクボデー１２が繊維質の顔面用濾過マ
スクの場合、排気弁１４は、音波溶接、接着接合、機械
的締結又はそれらに類する手段によって、マスクボデー
１２に対してフランジ４３のところで固定できる。排気
弁１４は、顔面用濾過マスク１０のマスクボデー１２に
音波溶接されるのが好ましい。

【００２９】本発明に係る好ましい一方向に流体を通す
逆止弁は、次のような利点がある。すなわち、この逆止
弁は、１つの自由端３８を有する１つの可撓性フラップ
２４を備えており、それぞれが１つの自由端を有する２
つのフラップを備えているのではない点である。１つの
自由端３８を有する１つの可撓性フラップ２４を備える
ことによって、可撓性フラップ２４のモーメントアーム
を、より長くすることが可能であり、可撓性フラップ２
４は、着用者の呼気の動圧によってシールリッジ３０か
らより容易に持ち上がるようになる。さらに、１つの自
由端を有する１つの可撓性フラップを使用すると、呼気
が下方に偏向し、着用者の眼の保護カバー又は顔面シー
ルド（例えば、溶接工のヘルメット）が曇るのを防ぐこ
とができるという利点がある。

【００３０】図５は、可撓性フラップに対して一定力を
加えることによって、変形する可撓性フラップ２４を示
している。可撓性フラップ２４は、第１部分２８で保持
面４６に固定され、そこから第２部分すなわち自由部分
をカンチレバーのように支持する。保持面４６は平面で
あるのが望ましい。可撓性フラップ２４は、固定端部２
８の幅全体に沿って上記平面に固定されるのが好まし
い。一定力は、同一の大きさの複数の力ベクトル４７を
含み、それぞれが、可撓性フラップの湾曲に垂直方向に
作用する。その結果としての変形曲線を、弁座のシール
リッジ３０の湾曲を決めるのに使用することにより、可
撓性フラップがシールリッジ上に実質的に均一な力を加
えることができるようになる。

【００３１】実質的に均一なシール力を備えるシールリ
ッジ３０の曲率は、経験的に決定することは容易でな
い。しかし、有限要素法により数値的に表わすことがで
きる。適用すべき方法は、一部を固定するとともに、そ
の自由端に一定力を加えるようにした可撓性フラップの
モデルを作ることである。作用する力ベクトルは、可撓
性フラップ２４の湾曲に対して垂直になるようにする。
なぜなら、シールリッジ３０に対する可撓性フラップ２
４のシール力は、シールリッジ３０に対して垂直に作用
するからである。次に、この垂直な一定力を加えた可撓
性フラップ２４の変形した形状は、シールリッジ３０の
凹湾曲を形成するのに利用される。

【００３２】有限要素法を利用して、可撓性フラップ
は、一端を固定した曲げビームのように、２次元的有限
要素モデルとして設計できる。この場合、可撓性フラッ
プの自由端は、連続した無数の微小区域すなわち要素に
分割され、その微小区域すなわち要素の範囲で、ビーム
の変形を表わすために近似関数を使用する。ビームの全
体的変形は、個々の要素の作用の一次結合から導かれ
る。可撓性フラップの材料的物性は、モデルに使用され
る。可撓性フラップの材料の応力ひずみ作用が、弾性材
料の場合のように非線形であるならば、ムーニー−リヴ
リン（Mooney-Rivlin）モデルを使用できる［アール・
エス・リヴリン（R.S. Rivlin）氏、ディー・ダブリュ
ー・ソーンダース（D.W.Saunders）氏共著（1951年）、
フィラデルフィア・アール・ソサエティー会報(Phil. T
rans. R. Soc.）、A243，251-98の「等方性材料の大弾
性変形：第７章ゴム変形に関する実験（Large Elastic
Deformation of Isotropic Materials：ＶＩＩ Experim
ents on the Deformation of Rubber）」参照］。ムー
ニー−リヴリンモデルを使用するには、可撓性フラップ
の応力／ひずみ関係作用を示す一連の定数を、実験テス
トデータから決定する必要がある。これらの定数を、ム
ーニー−リヴリンモデル内にあてはめ、２次元有限要素
モデルに使用する。この分析は、大偏位（large deflec
tion）法及び非線形的分析である。数値的解法は、ベク
トルが面に対して垂直に保持されるため、一般に反復性
を有している。解は、前回の力ベクトルに基づいて計算
される。次に、力ベクトルの方向が更新されて、新たな
解が計算される。湾曲形状が、予め定めた最小公差以上
に、ある反復から次の反復に変化していないときに、収
束解が導かれる。ほとんどの有限要素分析コンピュータ
ー・プログラムによって、一定力は要素の圧力としてイ
ンプットされる。要素圧力は、最終的にノーダルフォー
スに変換されるか、又は、ノーダルフォースとして直接
インプットされる。ノーダルフォース全体の大きさは、
可撓性フラップの自由端の質量と、可撓性フラップの質
量に作用する重力加速度又は重力のその他の要因との積
に等しくてよい。好ましい重力要因は下記のとおりであ
る。可撓性フラップを示す湾曲したノードのＸ，Ｙの最
終的位置は、凹状シールリッジの形状を決定する多項方
程式に適合する曲線である。

【００３３】図６は、重力ｇにより変形している可撓性
フラップ２４を示す。可撓性フラップ２４は、硬質ボデ
ー４８の面４６に対して、端部２８のところでカンチレ
バーのように固定される。このように固定された可撓性
フラップ２４は、重力加速度ｇによって変形した曲線を
示す。上記したように、側面から見た弁座のシールリッ
ジの湾曲は、重力方向の力を加えたとき、可撓性フラッ
プ２４の変形曲線に一致するように形成できる。上記重
力方向の力は、少なくとも１単位の重力加速度ｇと可撓
性フラップ２４の自由端の質量との積に等しい。

【００３４】重力加速度の単位ｇは、9.807メートル毎
秒毎秒（m/s^２）に等しい値に定められた。１ｇを加え
た可撓性フラップの示す変形曲線に一致する曲率を有す
るシールリッジは、可撓性フラップを閉鎖位置で保持す
ることが充分可能である。しかし、シールリッジは、加
速度１ｇ以上、好ましくは１．１〜２ｇの力を加えた可
撓性フラップの示す変形曲線に一致する曲率を有するの
が好ましい。より好ましくは、シールリッジは、１．２
〜１．５ｇの加速度が加えられた可撓性フラップの変形
曲線に一致する曲率を有する。最も好ましいシールリッ
ジは、１．３ｇの加速度による力を加えた可撓性フラッ
プの変形曲線に一致する、側面湾曲を備える。さらに、
追加的重力加速度が、次のような安全要素を提供するた
めに利用される。すなわち、顔面マスクの方向性にかか
わらず、弁座に充分なシール力を保証し、また、フラッ
プの厚さの相違、及び凝縮した水分によるフラップの重
量増加に適応するための安全要素である。

【００３５】実際には、可撓性フラップに対して、１ｇ
を超える（例えば、1.1，1.2，1.3ｇなど）予荷重をか
けるのは困難である。しかし、そのような重力加速度の
大きさに一致する変形曲線は、有限要素法によって決定
できる。

【００３６】重力によって曲がる可撓性フラップを数学
的に表現するために、２次元有限要素モデルを、その一
端の自由度が完全に束縛されるように定める。要素ノー
ド（element nodes of interest）においてビーム変形
を生じしめて、１組の代数方程式を解く。要素ノードを
複合すると、変形曲線全体が形成される。これらの点に
曲線をあてはめることによって曲線の方程式が作られ
る。この方程式は、弁座のシールリッジの曲率を作るの
に使用できる。

【００３７】有限要素法のよいところは、重力定数の加
速度の大きさ及び方向を様々に変化させることにより、
可撓性フラップ上に所望の予荷重を作り出せるという点
である。例えば、可撓性フラップの重量の１０％の予荷
重が必要な場合、1.1ｇで作られる変形曲線は、側面か
ら見たシールリッジの湾曲として使用される。水平な支
持面に対して重力加速度のベクトルを回転させるか、又
は、重力ベクトルに対して支持面を回転させて、方向を
変化させることもできる。好適な変形曲線は、支持面４
６を水平面と平行にすることによって定められるが、本
研究においては次のことが明らかになっている。すなわ
ち、可撓性フラップ２４が水平面に保持されているが、
図５に示すように可撓性フラップ２４が水平面より高く
保持されて、支持面４６が２５〜６５度の範囲の角度θ
であるならば、可撓性フラップ２４の最大変形は起こら
ないのである。また、水平面に対してある角度で支持面
を回転することによって、曲線状フラップに対して垂直
な一定力を加えた変形曲線に近似する変形曲線を作れる
ことが分かった。長さが一定の可撓性フラップにとって
最良の回転角度θは、重力定数の大きさ及び可撓性フラ
ップの厚さによって決定される。しかし、一般的に、好
ましい変形曲線は、約４５度の角度θで支持面４６を保
持するときに示される。

【００３８】一定力及び／又は少なくとも１単位の重力
加速度の要素力が与えられる可撓性フラップの変形曲線
を定める数式は、多項式の数式であり、通常、少なくと
も３次の多項式の数式である。変形曲線を規定する特定
の多項式の数式は、可撓性フラップの厚さ、長さ、構成
材料、（複数の）付与力、及び該力の方向、のような変
数に関して変化できる。

【００３９】排気弁１４は弁カバー５０を備えていても
よい。これによって、可撓性フラップ２４を保護した
り、排気弁を通って汚染物質が通過するのを防止する。
図７に示した弁カバー５０は、壁部４４に対する摩擦力
により排気弁１４に固定する。弁カバー５０は、また、
超音波溶接、接着剤又はその他の好適な手段を用いて、
排気弁に固定してもよい。弁カバー５０は、流体の通路
である開口５２を備える。開口５２は、好ましくは、少
なくともオリフィス３２の寸法を有し、オリフィス３２
より大きいのが好ましい。弁カバー５０の開口５２は、
好ましくは、流体３６の流路に直接位置決めされ、逆流
が最小限に抑えられる。この点に関して、開口５２は、
可撓性フラップ２４の自由端３８が、開放及び閉鎖時に
描く軌跡にほぼ平行である。可撓性フラップ２４に関し
ては、弁カバーの開口５２は、好ましくは、流体の流れ
を下方に向け、着用者の眼の保護カバーが曇るのを防止
する。弁カバーに流体不透過性側壁部５４を備えると、
呼気全体を下方に向けることが可能である。開口５２
は、弁カバー５０の構造を保持しかつ弁カバー５０に美
観を与えるために、横断部材５６を備えてもよい。さら
に構造保持及び美観のために、一式のリブ５８を弁カバ
ー５０に取り付けてもよい。弁カバー５０の内部は次の
ように設計される。すなわち、内部は、弁座２６のピン
４１と嵌合する雌部材（図示せず）を有する。弁カバー
５０は、また、可撓性フラップ２４をフラップ保持面４
０に対して固定する面（図示せず）を備える。弁カバー
５０は、好ましくは、流体不透過性天部６０を有し、天
部６０は、可撓性フラップの固定端から自由端の方向へ
向かうに従って高くなる。天部６０の内部は、リブ又は
並目模様又は放出表面を設けて、天部又は可撓性フラッ
プ上に湿気が生じても、可撓性フラップの自由端が天部
６０に付着しないようにできる。弁カバー５０の設計
は、米国意匠特許出願第29/000,382号に充分に示されて
いる。本発明に係る顔面マスク上に利用するのに好適で
ある、他の弁カバーは、米国意匠特許出願第29/000,384
号に示されている。

【００４０】本発明に係る、一方向に流体を通す逆止弁
は、排気弁としての利用に関して述べた。しかし、上記
弁を他の用途に利用することも可能である。例えば、人
工呼吸器用の吸入弁、又は、衣服用又は正圧ヘルメット
用のパージ弁として利用することも可能である。

【００４１】本発明の利点及びその他の特徴を、さらに
次の実例に示す。しかし、次の実例が目的を達成すると
しても、選択した材料、使用量、及び、その他の条件と
詳細は、本発明の範囲を不当にも限定するものではない
と、明白に理解されなければならない。

【００４２】実例１（有限要素法による解析：１．３ｇ
の力を付加した可撓性フラップ）本実例において、弁座のシールリッジの湾曲を規定する
ために、有限要素法に基づく解析を利用した。湾曲は、
１．３ｇの加速度を受けた可撓性フラップの自由端が描
く変形曲線に一致した。可撓性フラップは、天然ゴムの
合成物からなる。この合成物は、ポリイソプレン８０重
量パーセント、酸化亜鉛１３重量パーセント、可塑剤と
しての長鎖脂肪酸エステル５重量パーセント、ステアリ
ン酸、及び、酸化防止剤を含む。可撓性フラップの材料
密度は、１．０８グラム毎立方センチメートル（g/c
m^３）であり、極限伸びは６７０パーセント、極限引張
強さは１９．１メガニュートン毎平方メートル、及び、
ショアー硬度Ａスケール３５であった。可撓性フラップ
の自由に動く部分の長さは２．４ｃｍ、幅２，４ｃｍ、
厚さ０．４３ｍｍ、及び、曲線状自由端の半径は１．２
ｃｍであった。可撓性フラップの全長は２．８ｃｍだっ
た。可撓性フラップに対して、張力試験、純粋剪断試
験、及び、２軸引張試験を行い、実際の挙動を示す３つ
のデータを採用した。このデータは、工学的応力及び工
学的歪み度に変換された。次に、有限要素用のアバカス
（ABACUS）・コンピューター・プログラム［米国ロード
アイランド州、ポータケットに住所を有するヒビット，
カールスソン・アンド・ソレンセン，インコーポレイテ
ッド（Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc.）から入
手可能］を利用して、ムーニー−リヴリン定数を得た。
経験的データに対する応力／歪み試験のコンピューター
・シミュレーションを確認した後に、２つのムーニー−
リヴリン定数を２４．０９と３．３９８に設定した。こ
れらの定数は、可撓性フラップ材料の試験から得た実際
のデータに最も近い数値結果であった。

【００４３】格子点、境界条件、及び、荷重を表わす入
力変数を選択し、次に、これらの変数とムーニー−リヴ
リン定数をアバカスの有限要素用コンピューター・プロ
グラムに入力した。各要素の形状関数は、ミッドサイド
・ノード（mid-side nodes）を有する２次式となるよう
に選択した。重力定数は１．３ｇになるよう選択した。
最大変形湾曲の水平面からの回転角度θを、重力ベクト
ルを回転して３４度に設定した。データに示された曲線
の回帰は、弁座の曲線を次の方程式によって定めた。 y = + 0.052559x - 2.445429x^２ + 5.785336x^３ - 16.6
25961x^４ + 13.787755x^５ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標と縦座標を表してい
る。相関係数の２乗は、０．９９に等しく、有限要素法
による解析データに対するこの方程式の相関を見事に示
した。

【００４４】弁座は、アルミニウムを機械加工して作
り、シールリッジも形成した。シールリッジは上記の変
形曲線に一致する側面の湾曲を有した。３．３ｃｍ^２の
円形オリフィスを弁座に形成した。可撓性フラップを平
らなフラップ保持面に取り付けた。フラップ保持面は、
曲線状シールリッジに正接するオリフィスの最接近部か
ら１．３ｍｍ離れていた。フラップ保持面の長さは６ｍ
ｍであり、弁座を横断する長さは２５ｍｍであった。曲
線状シールリッジの幅は０．５１ｍｍだった。弁がどの
ような方向を向いた場合も、可撓性フラップはシールリ
ッジに接触したままであった。可撓性フラップと弁座の
間のシールは漏出を防ぐことが分かった。

【００４５】次に、この弁を開放するのに最小限必要な
力を設定した。これは、流体が透過可能なマスクボデー
に弁を取り付け、弁を閉鎖状態に固定し、気流容量の関
数である圧力低下をモニターすることによって定められ
た。弁が閉鎖した状態の顔面用濾過マスクの、圧力低下
対気流のプロットを作成した後、同様に、弁が開いた状
態の顔面用濾過マスクのプロットも作成した。この２組
のデータを比較した。２組のデータが異なる点は開弁時
を示した。何度も反復した結果、開弁時の圧力の低下は
平均して１．０３ｍｍＨ_２Ｏであった。この圧力は、オ
リフィス内の可撓性フラップの面積で、弁を開放するの
に必要な圧力を割ることによって、可撓性フラップを持
ち上げる力に変換された。オリフィス内の可撓性フラッ
プの面積は、３．４９ｃｍ^２であった。これは、０．０
０３５２ニュートンの開弁力を与えるものであった。可
撓性フラップの自由に動く部分の重量は、０．００２５
１ニュートンであり、重量に対する開弁力の比は、１．
４０ｇの予荷重を示した。この量は、選択した重量の定
数１．３ｇに近似しており、可撓性フラップを開放時に
曲げるのに必要な力がさらに加えられてもよい。

【００４６】実例２（有限要素法による解析：一定力を
付加した可撓性フラップ）本実例において、可撓性フラップが弁座のシールリッジ
上に一定力を加える弁座を規定するために、有限要素法
に基づく解析を利用した。本例で使用した可撓性フラッ
プは、実例１の可撓性フラップと同一であった。実例１
のアバカス（ABACUS）のコンピュータープログラムを、
有限要素の解析に使用した。本解析は、大偏位法及び非
線形を利用した解析であった。本解析で与えられた力の
要素は、可撓性フラップの表面に対して常に垂直であっ
た。反復計算を行った。つまり、曲線を前回の力ベクト
ルに基づいて計算し、その曲線を更新して新たな曲線を
求めた。変形曲線がある反復から次の反復へ大きく変化
しない場合に、曲線の収束方程式が導かれた。最終的な
曲率を、次の５次多項方程式に置き換えた。y = 0.0174
4x - 1.26190x^２ + 0.04768x^３ - 1.83595x^４ + 2.3378
1x^５ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標及び縦座標を表し
ている。

【００４７】実例３（有限要素法による解析：１．３ｇ
を付加した可撓性フラップ）本実例においては、実例１と同様に、弁座のシールリッ
ジの曲率を規定するために有限要素法に基づく解析を用
いた。弁座のシールリッジの湾曲は、１．３ｇの加速度
を受けた可撓性フラップの自由端の湾曲に一致する。こ
の実例は、可撓性フラップが、アーリッツ−オプティベ
ルト合資会社から入手可能な化合物３３０Ａからなる点
において、実例１と異なる。可撓性フラップの材料密度
は、１．０７グラム毎立方センチメートル（g/cm^３）で
あり、極限伸びは６００％以上であり、極限引張強さは
１７メガニュートン毎平方メートル、及び、ショアー硬
度Ａスケール４７．５であった。フラップの外形は、実
例１のフラップと同一であった。ゴムに対して実例１と
同様の試験を実施し、ムーニー−リヴリン定数を５３．
４７と−０．９３５４に設定した。第１の定数は、上記
材料が実例１の材料よりも硬質であることを示し、ま
た、これについては、（上記材料の）ショアー硬度Ａス
ケールがより大きいことにも示されている。

【００４８】この材料からなる厚さ０．４３ｍｍのフラ
ップを実例１の弁座上に取り付けると、ゴムは弁座の曲
線全体に沿い均一に付着した。しかし、この材料はより
硬質であるため、実例１の材料よりも、開弁時の圧力低
下は僅かに大きかった。より薄い０．３８ｍｍのフラッ
プを取り付けて、この圧力低下を小さくすると、この薄
さは弁座を均一に覆わず、曲線の中間で僅かに持ち上が
った。しかし、フラップを均一に漏出のないように弁座
に取り付けることは可能であった。このことは、フラッ
プ保持面を近付けるか、又は、実例１の曲線を僅かに変
化させて、曲線を緩やかにすることによって可能になっ
た。

【００４９】実例１において、この材料の変形曲線を求
めるために、アバカスのプログラムを利用した。重力定
数を１．３ｇになるように定め、変形曲線が可撓性フラ
ップの重量の３０パーセントの予荷重を有するようにし
た。この場合、最大変形曲線の水平面からの回転角度θ
を、フラップの厚さが０．３８ｍｍ、０．４３ｍｍのと
き、それぞれ４０度と３２度に設定した。データの曲線
の回帰は、次のような４次多項方程式で表される弁座の
曲線を示した。厚さ０．３８ｍｍのフラップの場合は： y = -0.03878x - 0.91868x^２ - 1.13096x^３ + 1.21551x
^４及び、厚さ０．４３ｍｍのフラップの場合は： y = 0.00287x - 1.03890x^２ + 0.19674x^３ + 0.20014x
^４ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標と縦座標を表してい
る。

【００５０】これらの曲線は、実例１で使用したゴムの
場合に求められた曲線よりも緩やかである。また、実例
１の弁座の曲線に適用すると、本例のゴムの予荷重が３
０パーセント以上であることを示している。

【００５１】実例４−６（本発明に係る弁と米国特許
第’３６２号の弁との比較）実例４〜６では、本発明に係る排気弁を、第’３６２号
特許の排気弁と比較した。実例４では、次の方法で、実
例１の排気弁の気流抵抗力をテストした。すなわち、排
気弁を、３．２ｃｍ^２の断面積を有する管の開口部に取
り付け、マノメーターで圧力低下を測定した。８５リッ
トル毎分（l/min）の気流を管に通した。測定した圧力
低下量は、オリフィスを覆う可撓性フラップの表面積に
従い増加し、気流の抵抗力も大きくなった。集計データ
を表１に示している。

【００５２】実例５及び６は、第’３６２号特許の実例
２及び４にそれぞれ対応している。第’３６２号特許の
実例２及び４において、フラップの長さ及び幅は変化
し、実例４と同一のノズルを（気流が）８５リットル毎
分（l/min）で通る際の圧力低下について、各弁をテス
トした。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１のデータは、本発明に係る排気弁（実
例４）の気流抵抗力は、第’３６２号特許の排気弁より
も小さいことを示している。

【００５５】実例７（吸入効果）本例では、通常の呼気試験を行い、本発明に係る排気弁
が、呼吸中に顔面マスク内にどのようにして負圧を生じ
得るのかを明らかにした。

【００５６】「通常の呼気試験」とは、人の普通の呼気
を模擬する試験である。この試験では、顔面用濾過マス
クを厚さ０．５センチメートル（ｃｍ）の平らな金属板
に据え付ける。金属板は、１．６１平方センチメートル
（ｃｍ^２）（半径９／１６インチ）の円形開口を有する
か、それにノズルを取り付ける。顔面用濾過マスクは、
マスク基底部で平らな金属板に据え付けられ、ノズルを
通る気流を排気弁の方へ直接マスクボデー内部へ向ける
ようにする（つまり、マスク基底部を二分する平面上の
点から排気弁までの最短直線距離に沿って、気流が流れ
るようにする）。板は、垂直方向の導管に水平に取り付
けられる。導管を通る気流は、ノズルを通り、顔面マス
ク内部に流入する。ノズルを通過する気体の速度は、容
積流量（容積／時間）を円形開口の断面積で割って求め
る。顔面用濾過マスク内部にマノメーターのプローブを
取り付けることによって、圧力低下を測定することがで
きる。

【００５７】実例１の排気弁は、スリーエム（３Ｍ）の
製造番号８８１０番の顔面用濾過マスクに取り付けられ
た。すなわち、マスク着用時の着用者の口の位置に直接
対するように、マスクボデー上に排気弁を位置決めし
た。ノズルを通る気流は、約８０リットル毎秒（l／mi
n）増加し、気流速度は８．３メートル毎秒（ｍ／ｓ）
となった。この速度において、顔面マスク内の圧力低下
はゼロであった。普通の人は、平常時から重労働時まで
を平均すると、口の開放面積に応じて約５〜１３メート
ル毎秒の速度で、息を吐き出す。上記範囲の気流速度に
おいては、本発明に係る顔面マスクに負圧及び相当低い
圧力を生じる場合が多い。

【００５８】実例８−１３（本発明に係る顔面用濾過マ
スク--顔面マスクを通る全気流の関数である、圧力低下
及び排気弁を通る全流量率の測定）特定の圧力低下時の呼気全体の流量率で表される、排気
弁の呼気排出の効率は、着用者の装着感に影響する主要
な要因である。実例７〜１２では、実例１の排気弁を、
スリーエムの製造番号８８１０番の顔面用濾過マスク上
で試験した。この顔面マスクは、８０リットル毎秒で圧
力低下が約６３．７パスカルである。マスク装着時の着
用者の口の位置に直接対面するように、マスクボデー上
に排気弁を位置決めした。実例７で述べたように、断面
積が異なる気流ノズルを使用して様々な垂直方向の容積
流量の場合の、弁を通過する際の圧力低下を測定した。
全流量率を次の方法で測定した。第１に、正負の圧力低
下データから得た相関する経験的データによって、弁を
閉鎖した状態での、フィルター手段の容積流量（Ｑ_ｆ）
の圧力低下（ΔＰ）との関係を示す線形方程式を求めた
（注：圧力低下が正の場合、Ｑ_ｆもまた正である）。次
に、弁が開放可能な場合の圧力低下は、特定の容積流量
（Ｑ_Ｔ）で測定した。弁のみを通る流量（Ｑ_ｖ）は、そ
の圧力低下時のＱ_ｆを使用して、Ｑ_ｖ = Ｑ_Ｔ - Ｑ_ｆで
計算する。弁を通る呼気全体の流量率は、１００（Ｑ_Ｔ
- Ｑ_ｆ）/Ｑ_Ｔで表わす。呼気の圧力低下が負の場合、
フィルター手段を通る顔面マスク内への内向きの流れも
また負であり、弁のオリフィスから外向きの流量Ｑ_ｖが
呼気流量Ｑ_Ｔよりも大きいという条件を設定する。圧力
低下及び全流量率のデータは、表２に示している。

【００５９】

【表２】

【００６０】表２では、気流の運動量が少ないために、
気流が増加すると圧力低下率（ノズル１８．１ｃｍ^２の
場合）が増加することをデータが示している。気流の運
動量が少ないことは、通常の顔面マスクの使用において
希である。しかし、全流量率は、約３０リットル毎秒以
上で５０パーセント以上である（実例１０〜１３）。普
通の人は、その個人の作業量に従い約２５〜９０リット
ル毎秒で息を吐き出す。平均すると、人は約３２リット
ル毎秒の息を吐く。したがって、本発明の顔面マスク
は、気流の運動量が少なくても、着用者が快適に装着す
ることが可能である。

【００６１】気流の運動量が多くなったとき（２．２６
ｃｍ^２のノズルを使用したときに得られた）、流量が増
加し、１８．１ｃｍ^２のノズルを使用したときよりも圧
力の低下が小さくなる。流量が増加していると、圧力低
下が最大に達した時に呼吸効果は顕著になり、次に、流
量の増加により効果が減少する。排気弁を通る全流量率
は、気流が増加するに従って最大７０パーセントまで増
加する。その結果、着用者はより快適に装着することが
可能になる。

【００６２】気流の運動量が最大のとき（０．９５ｃｍ
^２のノズルを使用した）、圧力低下は多少大きくなり、
次に、気流が増加すると小さくなる。これが呼吸効果で
あり、全容積流量率が１００パーセント以上として、表
２に示している。例えば、実例１３では、８０リットル
毎秒のときの全流量率は１１９パーセントである。ここ
では、全容積流量率の１９パーセントはフィルター手段
を通って顔面マスク内部へ吸い込まれ、排気弁を通って
排出される。

【００６３】当該技術分野において通常の知識を有する
者には、本発明の範囲内で様々な改良や変更が可能であ
ることは明らかである。したがって、本発明は、上記に
示した実施例に不当に限定されることなく、請求の範囲
に示した範囲及びその均等範囲に制限されなければなら
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る顔面用濾過マスク１０の正面図
である。

【図２】図１の顔面用マスクボデーの一部断面図であ
る。

【図３】図１の３−３線に沿って切断した排気弁の断
面図である。

【図４】本発明に係る弁座２６の正面図である。

【図５】カンチレバーのように支持され、かつ一定力
を受けた状態の可撓性フラップ２４の側面図である。

【図６】カンチレバーのように支持され、重力加速度
ｇを受けた状態の可撓性フラップ２４の側面図である。

【図７】本発明に係る弁カバー５０の斜視図である。

【符号の説明】

１０顔面用濾過マスク１２マスクボデー１４排気弁２４可撓性フラップ２６弁座２８固定端３０シールリッジ３２オリフィス３４十字部材３８自由端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヴォーン・ビー・グラニスアメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州、セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427番 (72)発明者ハロルド・ジェイ・セッパラアメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州、セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427番 (72)発明者アンソニー・ビー・ファーガソンアメリカ合衆国55133−3427ミネソタ州、セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス33427番Ｆターム(参考） 2E185 AA07 BA04 BA16 CA03 CB07 CC06 CC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】顔面用濾過マスクであって、（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするように
したマスクボデーと、（ｂ）該マスクボデーに取り付ける排気弁とを備え、該
排気弁は、弁座及び単一の可撓性フラップを備え、（１）上記弁座は、（ｉ）シール面と、（ii）上記シール面に包囲されたオリフィスと、（iii）上記シール面から僅かに後退して配置され、上
記オリフィスを横断して上記オリフィス内に複数の開口
を形成する十字部材とを有し、（２）上記単一の可撓性フラップは、固定部と、自由部
と、対向する第１端及び第２端とを有し、上記単一の可
撓性フラップの上記第１端は、該フラップの上記固定部
と協働して呼気中に静止し続け、上記可撓性フラップの
上記第２端は、上記可撓性フラップの上記自由部と協働
して呼気中に上記シール面から持ち上げられて離れ、さ
らに、上記第２端は、当該顔面用濾過マスクが被装着者
に装着されているときに上記第１端より下に位置し、上
記可撓性フラップは、上記弁座上に配置され、流体が上
記オリフィスを通らないときに上記シール面に向けて押
圧されて上記シール面と接触する状態となる、顔面用濾
過マスク。
【請求項２】顔面用濾過マスクであって、（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするように
したマスクボデーと、（ｂ）該マスクボデーに取り付ける排気弁とを備え、該
排気弁は、弁座と単一の可撓性フラップと弁カバーとを
備え、（１）上記弁座は、（ｉ）シール面と、（ii）上記シール面に包囲されたオリフィスとを有し、（２）上記単一の可撓性フラップは、固定部と、自由部
と、対向する第１端及び第２端とを有し、上記単一の可
撓性フラップの上記第１端は、該フラップの上記固定部
と協働して呼気中に静止し続け、上記第２端は、該フラ
ップの上記自由部と協働して呼気中に上記シール面から
持ち上げられて離れ、さらに、上記第２端は、当該顔面
用濾過マスクが被装着者に装着されているときに上記第
１端より下に位置し、上記可撓性フラップは、流体が上
記オリフィスを通らないときに上記シール面に向けて押
圧されて上記シール面と接触する状態となり、（３）上記弁カバーは、上記弁座の上方に配置され、（ｉ）呼気中に上記可撓性フラップの上記自由部が上記
シール面から持ち上げられたときに流体の経路内に直接
配置される開口と、（ii）上記可撓性フラップの上記第１端から上記第２端
への方向に高さが増大する流体不浸透性天井と、（iii）上記弁カバーの上記開口内に配置される十字部
材とを有する、顔面用濾過マスク。
【請求項３】顔面用濾過マスクであって、（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするように
したマスクボデーと、（ｂ）実質的に被装着者の口に対向して上記マスクボデ
ー上に配置される排気弁とを備え、該排気弁は、弁座と
単一の可撓性フラップとを備え、（１）上記弁座は、（ｉ）シール面と、（ii）該シール面に包囲されたオリフィスとを有し、（２）上記単一の可撓性フラップは、固定部と、自由部
と、対向する第１端及び第２端とを有し、上記単一の可
撓性フラップの上記第１端は、該フラップの上記固定部
と協働して呼気中に静止し続け、上記第２端は、該フラ
ップの上記自由部と協働して呼気中に上記シール面から
持ち上げられて離れ、さらに、上記第２端は、当該顔面
用濾過マスクが被装着者に装着されているときに上記第
１端より下に位置し、上記可撓性フラップは、力が作用
しないとき標準的に平らな形状となるが、横から見ると
湾曲した形状を有し、流体が上記オリフィスを通らない
とき上記シール面に向けて押圧されて上記シール面と接
触した状態となる、顔面用濾過マスク。
【請求項４】顔面用濾過マスクであって、（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするように
したマスクボデーと、（ｂ）該マスクボデーに取り付ける排気弁とを備え、該
排気弁は、弁座と単一の可撓性フラップと弁カバーとを
備え、（１）上記弁座は、（ｉ）シール面と、（ii）上記シール面に包囲されたオリフィスと、（iii）フラップ保持面とを有し、（２）上記単一の可撓性フラップは、固定部と、自由部
と、対向する第１端及び第２端とを有し、上記単一の可
撓性フラップの上記第１端は、該フラップの上記固定部
と協働して呼気中に静止し続け、上記第２端は、該フラ
ップの上記自由部と協働して呼気中に上記シール面から
持ち上げられて離れ、さらに、上記第２端は、当該顔面
用濾過マスクが被装着者に装着されているときに上記第
１端より下に位置し、上記可撓性フラップは、上記弁座
上に配置され、流体が上記オリフィスを通らないとき、
上記シール面に向けて押圧されて上記シール面と接触す
る状態となり、（３）上記弁カバーは、上記弁の上方に配置され、上記
可撓性フラップを上記フラップ保持面に対して機械的に
保持する面を備える、顔面用濾過マスク。
【請求項５】顔面用濾過マスクであって、（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするように
したマスクボデーと、（ｂ）該マスクボデーに取り付ける排気弁とを備え、該
排気弁は、弁座及び単一の可撓性フラップを備え、（１）上記弁座は、オリフィスとシール面とを有し、該
オリフィスは、吐出された空気が通ることを許容し、上
記シール面に包囲され、（２）上記単一の可撓性フラップは、上記弁座の上記オ
リフィスに対して、非中心に作動的に配置され、上記排
気弁が閉じた状態のときに上記弁座の上記シール面に対
して押圧され、上記可撓性フラップは、閉状態のとき、
その断面が湾曲した形状を示し、該湾曲した形状は、上
記可撓性フラップの第１の静止した部分を上記弁座に固
定する第１位置から、上記可撓性フラップの第２の自由
な部分が上記シール面に接触する第２位置まで延在する
曲線形状を含み、上記可撓性フラップは、上記湾曲した
形状により、少なくとも一部が、閉状態に保持され、上記可撓性フラップの第２の自由な部分は、該フラップ
の自由部だけを形成し、曲がることができ、吐出された
空気が上記オリフィスを通って上記排気弁を開いた状態
にすることを許容し、上記可撓性フラップの第２の自由
な部分が上記第２位置において上記シール面との接触を
解除される一方、上記可撓性フラップの第１部分が上記
第１位置において静止し続ける、顔面用濾過マスク。
【請求項６】顔面用濾過マスクであって、（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするように
したマスクボデーであって、該マスクの被装着者によっ
て吸入される前に、吸入された空気が通過するフィルタ
ー層を有する、マスクボデーと、（ｂ）該マスクボデーに取り付けられ、被装着者によっ
て吐出された空気が上記マスクボデーの内部から外部へ
上記フィルター層を通過することなく通過することを許
容する排気弁とを備え、該排気弁は、弁座と単一の可撓
性フラップとを備え、（１）上記弁座は、（ａ）シール面と、（ｂ）該シール面によって包囲されるオリフィスとを有
し、（２）上記単一の可撓性フラップは、一つの静止部と、
一つの自由部と、一つの周縁とを有し、該周縁は、上記
フラップの上記一つの静止部と協働して呼気中に静止し
続ける第１セグメントと、上記可撓性フラップの上記一
つの自由部と協働して呼気中に上記シール面から持ち上
げられて離れる第２セグメントとを有し、さらに、上記
周縁の上記第２セグメントは、当該顔面用濾過マスクが
被装着者に装着されたときに上記第１セグメントより下
に位置し、上記可撓性フラップは上記弁座に取り付けら
れ、該フラップの上記一つの自由部は、側面から見たと
き湾曲を示し、流体が上記オリフィスを通過しないとき
上記シール面に向けて押圧されて上記シール面と接触す
る状態となる、顔面用濾過マスク。
【請求項７】顔面用濾過マスクであって、（ａ）人の鼻及び口を覆ってフィットするようにしたマ
スクボデーと、（ｂ）マスクボデーに取り付ける排気弁
とを備え、該排気弁は、弁座及び可撓性フラップを備
え、（１）上記弁座は、（i）流体が通過することのできる
オリフィスと、（ii）オリフィスを包囲し、側面から見
ると凹湾曲を有する、シール面とを備え、該シール面の
凹湾曲の頂点は、該凹湾曲の外端に対してオリフィスを
通る流体の流れの上流側に位置し、（２）上記可撓性フラップは第１及び第２部分を備え、
上記第１部分は、オリフィスの包囲した領域の外側の弁
座部分に取り付けられ、上記第２部分は、弁が閉鎖位置
にあるときシール面の凹湾曲を呈し、また、流体が上記
オリフィスを通過しているときシール面から自由に持ち
上がる顔面用濾過マスク。