JP2005537447A

JP2005537447A - マスク及び球状形態弁

Info

Publication number: JP2005537447A
Application number: JP2004531939A
Authority: JP
Inventors: ブルーネル、ロバート・エイ
Original assignee: ルイス・エム・ガーサン・カンパニー・インク
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-12-08
Also published as: EP1534981A1; US20040040562A1; WO2004020883A1

Abstract

弁（２０）は可撓性部材（２２）と、結合部材（４４）を有する支持部材（２４）とを含む。可撓性部材は結合部材に結合しており、この結合部材は実質的に球状形態である。

Description

発明の分野

本発明は一般に弁に関し、特にフィルタマスクに用いる弁に関する。

発明の背景

空気濾過マスク（以下「フィルタマスク」と称す）は浮遊汚染物質から人間を保護するために広く用いられている。例えば、浮遊粉塵は種々広範な作業現場でよく知られた危険因子である。従って、このような現場の作業員はしばしばフィルタマスクを着用して、潜在的に危険な粉塵の吸入を避けている。この目的のために、吸入空気から汚染物質を濾過するフィルタ材料から様々な形式のフィルタマスクが製造されている。しかしながら、このようなフィルタマスクの一つの問題点は、フィルタ材料は空気抵抗を形成することが多いので、自然呼吸の妨げとなることである。この問題を少なくとも部分的に解決するために、或るフィルタマスクは、着用者に一層自由に吐息可能にさせる一方向弁を包含する。

着用者が吐息しない場合、弁は閉止状態に留まらせねばならない。実際、マスクの全ての物理的方位についてそのようにすることは好ましいことである。フラップ弁は重力以外の何らかの力により常閉に付勢されないのであれば、例えば、着用者が前かがみ姿勢になったときや、或いは重力で付勢されて弁座から跳ね上がるときに開放してしまう。従ってこのフィルタマスクは意図された空気濾過の利点を与えない。

この問題に対処するために、当該技術は、全ての物理的方位について常閉に付勢された一方向弁を有するフィルタマスクを提供している。このような弁の一例は可能撓性フラップを含み、これは全ての向きについて、その弁座に対して常に付勢状態に留める目的のために特別に成型されている。このような弁は、その意図された目的のためには有益であるが、特殊成型されたフラップを必要とすることから比較的に生産費がかさむ。この他、機能的に同様な形態のものも開発されているが、依然として複雑であり、信頼性に欠け、及び／または生産費がかさむ。

発明の概要
本発明の一つの局面による弁は、可撓性部材と、結合部材を有する支持部材とを含む。可撓性部材は、実質的に球状形態の結合部材に結合してある。

或る実施形態では、支持部材は弁座を含み、可撓性部材は閉止状態では弁座に対抗して付勢されて流体流を阻む。弁座は有効中心を有してもよく、結合部材は弁座の有効中心から離間させてもよい。実施形態では弁座は単一面内にある。代替的には弁座は少なくとも一つの面内にあり、結合部材は、弁座についての少なくとも一つの面とは異なる面内にあって、可撓性部材を常に弁座に対抗するように保持する。

可撓性部材は閉止状態では球状形態に付勢し得る。或る実施形態における可撓性部材は、結合部材に結合されていないときに、通常は平坦になるように製作してある。支持部材は概ね球状形態のリブを含んでもよく、そのリブの半径は結合部材の半径にほぼ等しい。他の実施形態における支持部材は、結合部材へ接続された弁座も含む。弁座と結合部材と可撓性部材とは、閉止状態では共に空隙を形成する。

本発明の他の局面による弁は、流体流を阻む閉止状態と、流体流を可能にする開放状態とを有すると共に、通常は平坦な可撓性部材と、弁座及び結合部材を有する支持部材とを含む。可撓性部材は結合部材に接続されており、閉止状態では概ね球状形態になるように付勢されている。

本発明の上述の説明及び利点は添付図面を参照する以下の更なる説明からより明白になろう。

具体的実施形態の説明
本発明の具体的実施形態では、フィルタマスクは球状形態弁と共に製作されており、その弁は、通常の使用期間中には、使用者が妨げなければ、全ての方位で閉止状態に留まる。この目的のため、弁は、この弁が閉止状態にあるときに、シーリングフラップを球状形態に通常は付勢する内部部品を有する。以下、実施形態の詳細について説明する。

図１は本発明の具体的実施形態により構成された具体的なフィルタマスク１０を概略的に示す。このマスク１０は、下記の係属中の米国特許出願に開示されたものに類似している。即ち米国特許出願第６０／３８６，２９７号（発明の名称”FACE NASK AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME”（防護マスク及びその製造方法）、２００２年６月５日出願、Robert A. Brunell及びGeorge A. Snow並びに共同発明者名義）であり、この特許出願の開示事項はその全体が参照により本明細書に組み込まれている。その特許出願及び図１に示されたマスク１０について説明するが、勿論、それとは異なる形態のフィルタマスクを本発明の様々な実施形態に使用し得ることに留意されたい。

フィルタマスク１０は、成型支持基部１４上に支持されたフィルタ層１２を含み、その成型支持基部１４は多孔質ではあるが比較的に堅い。或る実施形態においては、フィルタ層１２及び支持基部１４は充分に弾力的であるので、フィルタマスク１０は着用者の鼻と口とを密閉的に受け入れるための常開凹状領域を有する。更にフィルタマスク１０は、このマスク１０を着用者の鼻に正確に位置させて着用者の顔面に固定するためのノーズピース（図示せず）と、マスクを着用したときに着用者の顔の輪郭に沿う周囲リム１８とを含む。このフィルタマスク１０は上述した一方向弁２０も含み、これは吐息をより自由に可能にさせる。以下、この弁２０の詳細について図２Ａ乃至図６を参照して説明する。

ストラップ１６は弾性ラバー材料または他の従来公知の材料（例えば非弾性繊維）から構成でき、これは着用者の顔とリム１８との間の安定でぴったりとした装着を可能にする。従って、この目的のためにストラップ１６は内側方向へ指向された力を与える。最小限でも、この力はマスク１０をユーザーの顔面に少なくとも保持するのに充分でなければならない。更に、リム１８は着用者の顔面の輪郭に合うように型取りされた面を有することが好ましい。従ってストラップ１６が上述の内側方向力を加えるとき、型取り面は着用者の顔に対して形付けられるように充分に可撓で弾力的でなければならない。これは着用者の空気のほぼ大部分はマスク１０を通じて吸気及び吐気されることを保障する。或る実施形態においては、リム１８は着用者の顔面に対する有効な密閉（シール）を与えるために付加的な材料（例えばラバー）を含む。

図２Ａ乃至図６は弁２０の具体的実施形態の詳細を示す。特に図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、弁２０は堅固なプラスチックハウジングを含み、これは可撓性部材（以下、フラップ２２と称する）を含む。当業者はフラップ２２を「ダイアフラム」と称することもある。ハウジングの内面は、弁２０が閉止状態にあるときに、弁２０を通じる空気流を妨げるようにフラップ２２を位置させるべく作成してある。反対に、弁２０が開放状態にあるときは、フラップ２２は弁２０を通じる一方向の空気流を許すように位置する。従ってフラップ２２の移動は、弁２０をその開放状態と閉止状態との間で移行させる。

更に詳しくは、図３の分解組立図に示すように、弁２０は上述のフラップ２２と、２つのハウジング部分２４及び２６を含む。即ちハウジング部分２４及び２６は、フラップ２２を接続する支持部材２４と、そのフラップ２２を覆うカバー２６とを含む。カバー２６と支持部材２４とは、当該技術分野で公知の任意の方式、例えばスナップ式、または超音波溶接により接続できる。実施形態においては、カバー２６は歯２８を含み、これは支持部材２４内の対応するスロット３０と結合して、２つのハウジング部分２４及び２６を整合させる。更に、カバー２６はその周囲に小さな突出フランジ（図示せず）を有してもよく、このフランジは支持部材２４上の可撓な相手方リッジ（図示せず）へ嵌合する。

カバー２６は、空気流を自由に可能とする開口部分３６と、有蓋部分３８とを有する。開口部分３６は複数の指４０を含み、これは有蓋部分３８からカバー２６の周囲へ延出している。有蓋部分３８はマスクの型や形式を表すロゴその他の表示を含んでもよい。代替的な実施形態においては、カバー２６は有蓋部分３８を含まない。特に、このような実施形態においては、カバー２６のほぼ大部分は空気流を自由に許すように開放できる。

フラップ２２は具体的には可撓性材料から製作されており、通常は概ね平坦である。具体的実施形態においては、材料は通常のゴムラバーである。更に詳しくは、具体的実施形態においては、従来の工程処理によりフラップ２２をゴムラバーのシートからほぼ円形になるように型打ちしている。フラップ２２の屈曲の度合いを調整するための特殊な成型処理は必要としない。特定の材料（即ちガムラバー）について説明したが、この説明は例示的なものであって、本発明の目的を限定する意図はないことに留意されたい。

従って、ここに説明したゴムラバーのシートに対するものと同様な方式によりフラップ２２を通常はほぼ平坦に、そうでないときは弁２０に結合させる。フラップ２２は、このフラップを支持部材２４に接続する係止部材５２を受け入れる一対の孔４２を含んでもよい。代替的な実施形態においては、フラップ２２は、支持部材２４の対応する接続孔５０に固定される一体成型された係止部材（図示せず）を有してもよい。

支持部材２４は、弁２０がその閉止状態にあるときに、フラップ２２を球状形態にさせる目的で作成されている。更に詳しくは、フラップ２２は、その表面が全方向にほぼ均一な曲率半径を有するときに「球状形態」とみなす。換言すれば、球状形態とみなすには、フラップ２２の面上の全ての点が実質的に同一（但し有限−即ち平坦でない）の曲率半径を有する。更に一般的には、弁２０の要素は、この要素が実質的に均一な曲率半径を有するときに球状形態とみなされる。従って、通常は概ね平坦なフラップ２２を球状形態にするために、支持部材２４が球状形態部品を有する。フラップ２２は、支持部材２４の球状形態要素がフラップ２２を球状形態にさせるように、ハウジング内に装着されている。従ってフラップ２２は弁２０内にあるときは常に球状形態とみなし得る。

これらの目的のために、支持部材２４は、フラップ２２に接続するための球状形態フラップ連結部分４４と、このフラップ連結部分４４に対する構造的支持を与えるための一対の球状形態リブ４６とを含む。フラップ連結部分４４は比較的に大きな曲率半径を有し、この曲率半径はフラップ２２の最終的な曲率半径を比較的に大きなものにさせる。更に支持部材２４は弁座４８も含み、これはフラップ２２と協働して弁２０を密閉する。実施形態の弁座４８は単一の面内にあり、この面はフラップ連結部分４４の面とは異なる。以下に示すように、弁座４８をフラップ連結部分４４とは異なる面に位置決めすることは、より効果的にフラップ２２を球状形態にさせる。具体的実施形態においては、リブ４６も球状形態である。

フラップ２２を固定するために、フラップ連結部分４４は、フラップ２２を固定するための係止部材５２を受け入れるようにフラップ連結部分４４に形成された一対の孔５０を有する。上述したように、係止部材５２はフラップ２２から別個にしてもよく、或いはフラップ２２と一体的にしてもよい。別個の場合の係止部材５２は、このような目的のために用いられている任意の通常の材料、例えばプラスチックまたはラバーとしてもよい。付言すれば、係止部材は内側方向へ指向された力を与えるように作成されており、その力はフラップ２２が通常はフラップ連結部分４４に対して概ね面一になるようにフラップを付勢させる。特に、フラップ２２が内側へ付勢されたとき、その外周は弁座４８で支持されて、一方、その面の部分は連結部分４４に対して概ね面一である。協働する力の組み合わせはフラップ２２を球面形態にさせる。上述のように、フラップ２２は球状形態であるので、マスクの着用者が吐息しないときは全方向で閉止状態に留まる。

具体的な実施形態の一つの重要な特徴は、フラップ２２がフラップ連結部分４４に接続された場所が、全体的な弁２０に対して心ずれした場所に位置していることである。特に、フラップ２２はその中心またはその外周ではフラップ連結部分４４に接続されない。この配置構成は、依然として或る程度のスナップ剛性を可能としつつ、同一のフラップ２２が弁２０のほぼ中心で接続された場合よりも低い破断圧力（即ち、弁２０を開放させる最小空気圧）を可能とする。更に、その外周で接続された場合とは異なる方式で、この配置構成はフラップ２２の全３６０度を弁座４８から持ち上げて空気流を可能とする。上述の芯ずれ接続の原理は他の弁にも適用されるが、弁は必ずしも円形であることを必要としない。例えば、正確な中心に対して対称形状でない弁について、有効中心から離間した接続も同様な結果を与える。

様々な実施形態の球状形態を図示するため、図５及び図６はそれぞれ図４の線５−５及び線６−６に沿った弁２０の断面をそれぞれ示す。図４はフラップ２２及び支持部材２４のみを示すが、図５及び図６はカバー２６が支持部材２４へ取り付けられているときの断面図を示すように描いてある。図示のように、弁２０の両側から、フラップ２２は球状形態であり、弁座４８に対して面一に留まる。図５に示される方向における充分な空気流は、フラップ２２を弁座４８から持ち上げ、ひいては弁２０を開放させる。反対方向における空気流は妨げられる。これは、フラップ２２が弁座４８と協働して、空気流が弁２０を通過することを阻むためである。

或る実施形態においては、フラップ連結部分４４は弁座４８と円滑には一体的にならない。このような実施形態においては、弁座４８はフラップ接続部分４４の外側径方向部分に急峻な壁を形成しており、その位置でフラップ２２、弁座４８及びフラップ接続部分４４が共に小さな空隙を形成する。

本発明の様々な具体的実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく、本発明の幾つかの利点を達成する様々な変形例及び変更例が可能であることが当業者には明白であることに留意されたい。そのような変更例及び他の自明な変更例は添付の請求項により包含されるように意図されている。

図１は本発明の具体的な実施形態により製作されたフィルタマスクの概略図である。図２Ａは本発明の具体的実施形態により構成された弁をその閉止状態で概略的に示す斜視図である。図２Ｂは図２Ａに示す弁をその開放状態で概略的に示す斜視図である。図３は図２Ａに示す弁を示す概略的分解組立図である。図４は図２Ａに示す弁のフラップと結合した支持部材を示す概略的平面図である。図５は図４に示す支持部材及びフラップを図４の５−５線に沿って破断して示す概略的断面図である。図６は図４に示す支持部材及びフラップを図４の６−６線に沿って破断して示す概略的断面図である。

Claims

可撓性部材と、
結合部材を有する支持部材とを備える弁であり、
前記可撓性部材は前記結合部材に結合するようにされており、且つこの結合部材は実質的に球状形態になるようにされている弁。
請求項１に記載の弁において、前記支持部材が弁座を含むと共に、前記可撓性部材が閉止状態では前記弁座に対して付勢されて流体流を阻む弁。
請求項２に記載の弁において、前記弁座が有効中心を有すると共に、前記結合部材は前記有効中心から離間されている弁。
請求項２に記載の弁において、前記弁座が単一の面内にある弁。
請求項２に記載の弁において、前記弁座が少なくとも一つの面内にあり、前記結合部材は、前記弁座についての少なくとも一つの面とは異なる面内にあって前記可撓性部材を常に弁座に対抗させるように保持する弁。
請求項１に記載の弁において、前記可撓性部材が、閉止状態では球状形態になるように付勢されている弁。
請求項１に記載の弁において、前記可撓性部材が、前記結合部材に結合されていないときは、通常は平坦になるように作成されている弁。
請求項１に記載の弁において、前記支持部材が概ね球状形態のリブを含み、そのリブの半径は前記結合部材の半径にほぼ等しい弁。
請求項１に記載の弁において、前記支持部材が、前記結合部材へ接続された弁座も含み、前記弁座と結合部材と可撓性部材とは、閉止状態では共に空隙を形成する弁。
流体流を阻む閉止状態と、流体流を可能にする開放状態とを有する弁であって、
通常は平坦な可撓性部材と、
弁座及び結合部材を有する支持部材とを備え、
前記閉止状態においては、前記可撓性部材が前記結合部材に結合し、且つ前記弁座に対して付勢されて実質的に球状形態になる弁。
請求項１０に記載の弁において、前記弁座が有効中心を有し、前記結合部材は前記弁座と前記有効中心との間に位置している弁。
請求項１０に記載の弁において、前記結合部材が実質的に球状形態である弁。
請求項１０に記載の弁において、前記弁座が実質的に単一の面内にある弁。
請求項１０に記載の弁において、前記支持部材が概ね球状形態のリブを含み、そのリブの半径は前記結合部材の半径にほぼ等しい弁。
請求項１０に記載の弁において、前記可撓性部材が、前記結合部材に結合されていないときは、通常は平坦になるように作成されている弁。
可撓性部材と、
この可撓性部材を支持する支持手段とを備える弁であり、前記支持手段は、前記可撓性部材に接触させる接触手段と、前記可撓性部材を結合する結合手段とを含み、
前記結合手段は、前記可撓性部材が実質的に球状形態になるように、この可撓性部材を付勢する付勢手段を含む弁。
請求項１６に記載の弁において、前記結合手段が実質的に球状形態である弁。
請求項１６に記載の弁において、前記接触手段が前記可撓性部材と協働してシールを与える弁。
請求項１６に記載の弁において、前記接触部材が有効中心を有し、前記結合手段は前記有効中心と前記接触手段との間に位置している弁。
請求項１６に記載の弁において、前記接触手段が、単一の面内のリッジである弁。
請求項１６に記載の弁において、前記可撓性部材が通常は平坦であり、前記結合手段は閉止状態においては前記可撓性部材を実質的に球状形態へ付勢する弁。
請求項１６に記載の弁において、前記可撓性部材は、開放状態においては前記実質的に球状形態への付勢から開放される弁。
請求項１６に記載の弁において、前記可撓性部材が円形形状を有する弁。
弁を有するフィルタマスクであり、その弁は、
可撓性部材と、
結合部材を有する支持部材とを備え、
前記可撓性部材は前記結合部材に結合するようにされており、且つこの結合部材は実質的に球状形態になるようにされているフィルタマスク。
請求項２４に記載のフィルタマスクにおいて、前記支持部材が弁座を含むと共に、前記可撓性部材が閉止状態では前記弁座に対して付勢されて流体流を阻むフィルタマスク。
請求項２５に記載のフィルタマスクにおいて、前記弁座が有効中心を有すると共に、前記結合部材は前記有効中心から離間されているフィルタマスク。
請求項２５に記載のフィルタマスクにおいて、前記弁座が単一の面内にあるフィルタマスク。