JP2006527632A - 呼気弁に弾性封止面を有するろ過マスク - Google Patents

Abstract

マスク本体と新規な呼気弁１４とを有するろ過マスク１０。マスク本体は、ヒトの少なくとも鼻および口を覆って適合し、マスクを着用しているときに内部気体空間を画定するように構成されている。呼気弁１４は、内部気体空間と外部気体空間との間の流体連通を可能にする。呼気弁１４は、弁座２０とフラップ２２を有する。弁座２０は、弾性封止面２４と、呼気が内部気体空間から流出するために通過し得るオリフィス３０とを具備する。弁が閉鎖位置にあるときフラップ２２が弾性封止面２４と接触するように、且つ、フラップ２２は、呼気することに応答して封止面２４から離れることができ、呼気がオリフィス３０を通過して最終的に外部気体空間に流入できるように、フラップ２２は弁座２０に取り付けられている。弾性封止面を有する呼気弁を使用するろ過マスクは、かなり低い圧力で弁を開放することができ、そのため、着用者の快適さを改善し得る。

Description

本発明は、新規な呼気流体弁を使用してマスク内部から呼気をパージする、ろ過マスクに関する。弁が閉鎖位置にあるとき、弁フラップが封止面と良好に接触できるように、弁はその弁座に弾性材料を有する。弁は、閉鎖時に良好に密閉することができ、且つ、呼気している間、マスク内部から呼気を迅速に排出することにも寄与できるため、弁はろ過マスクに使用するのに、特に好適である。

汚染された環境で作業する人は、通常、浮遊汚染物質の吸入から身を守るため、ろ過マスクを着用する。ろ過マスクは、典型的には、空気から粒子状および／又は気体状汚染物質を除去できる繊維フィルタ又は吸着剤フィルタを有する。汚染された環境でマスクを着用しているとき、着用者は、一般に、自分の健康が守られていると認識しているため安心しているが、しかし、同時に、顔の周囲に蓄積する温かく湿った呼気を不快に感じる。このような顔の不快感が大きいほど、不快な状態を軽減するために、着用者が一時的に顔からマスクを取り外す見込みが大きくなる。このようなことが起こるのを低減するため、ろ過マスクの製造業者は、暖かく湿った呼気をマスク内部から迅速にパージできるように、マスク本体に呼気弁を取り付けることが多い。呼気を迅速に除去すると、マスク内部はより涼しくなり、そのためマスクの着用がより快適になり、マスクの着用者が、鼻や口の周囲に蓄積する暑く湿った環境を排除するためにマスクを顔から取り外す可能性が低くなるので、作業者の安全性が向上する。

何年もの間、市販の呼吸用マスクには、マスク内部から呼気をパージするため、「ボタン式」の呼気弁が採用されてきた。ボタン式の弁には、マスク内部から呼気を逃がす動的機械要素として、薄い円形の可撓性フラップが採用されてきた。フラップは、心柱を通して弁座の中心に取り付けられる。ボタン式の弁の例は、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に示されている。ヒトが呼気するとき、フラップの周囲部分は弁座の封止面から持ち上がり、空気をマスク内部から逃がすことができる。

ボタン式の弁は、着用者の快適さを改善する試みにおいて進歩が見られたが、研究者らは更なる改善を行い、その一例は、特許文献５（ブラウン（Ｂｒａｕｎ）に付与）に示されている。この特許に記載されている弁は、放物線状の弁座および細長い可撓性フラップを使用している。ボタン式の弁と同様に、ブラウン（Ｂｒａｕｎ）の弁も中心に取り付けられるフラップを有し、フラップの縁部分は、呼気している間、封止面から持ち上がり、呼気をマスク内部から逃がすことができる。

ブラウン（Ｂｒａｕｎ）の開発後、ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らによって、呼気弁の技術に更に改良が行われた―特許文献６および特許文献７参照。ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らの弁は、弁の開放に必要な呼気圧を最小限にするために、片持ち梁のように偏心取付けされる単一の可撓性フラップを使用する。開弁圧が最小限になると、弁の作動に必要な力が小さくなり、これは、呼吸時に、マスク内部から呼気を排出するのにあまり労力を要さないことを意味する。ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らの弁の後に導入された他の弁も、中心をずらして取り付けられる片持ち梁式の可撓性フラップを使用する―特許文献８、特許文献９および特許文献１０参照。この種の構成を有する弁は、「フラッパー式」又は「片持ち梁式」呼気弁と称されることがある。

更に別の開発では、第１および第２の並列層を具備し、該層の少なくとも１つが、もう一方の層よりも剛性が高い、又は弾性率が低い可撓性フラップを呼気弁に設けた―特許文献１１（マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）らに付与）参照。この呼気弁の好ましい実施形態では、より弾性率が低く、より柔軟で、より可撓性が高い（剛性が低い）層であるフラップ層が、弁座の封止面と接触する可撓性フラップの部分に配置されている。フラップのこの位置に、より可撓性のある層を使用すると、中立状態で、即ち、着用者が吸気も呼気もしていないとき、可撓性フラップと封止面の間を、より良好に密閉することができる。また、多層フラップを使用すると、より薄く、より動的可撓性が高いフラップを使用できる場合もあり、より小さい通気抵抗で弁を更に容易に開放することができ、より低い呼気圧でマスク内部から温かく湿った呼気を逃がすことができる。従って、着用者は、あまり力を費やすことなく、内部気体空間からより多くの呼気をより迅速にパージすることができ、その結果、マスク着用者の快適さが改善される場合がある。

既知の弁製品では、前述の呼気弁と同様に、弁座は、構成に比較的硬質の封止面材料を有すると一貫して記載されている。例えば、特許文献５（ブラウン（Ｂｒａｕｎ）に付与）および特許文献７（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与）では、弁座全体が、射出成形プラスチックから製造されると記載されている。モルデックス−メトリック社（Ｍｏｌｄｅｘ−Ｍｅｔｒｉｃ Ｉｎｃ．）によって販売されているベンテックス（Ｖｅｎｔｅｘ）（商標）弁のような市販の製品も同様に、硬質プラチックを使用して弁座全体を形成してきた。既知の呼気弁製品は、呼気がマスク内部から更に容易に流出することを促進して、着用者の快適さを改善することに成功したが、既知の弁製品はどれも弁座に弾性封止面を使用しておらず、弾性封止面を使用すると、後述のように、弁の性能、従って着用者の快適さを改善するような利点が提供され得る。
米国特許第２，０７２，５１６号明細書 米国特許第２，２３０，７７０号明細書 米国特許第２，８９５，４７２号明細書 米国特許第４，６３０，６０４号明細書 米国特許第４，９３４，３６２号明細書 米国特許第５，３２５，８９２号明細書 米国特許第５，５０９，４３６号明細書 米国特許第５，６８７，７６７号明細書 米国特許第６，０４７，６９８号明細書 米国再発行特許第ＲＥ３７，９７４Ｅ号明細書 米国特許出願第０９／９８９，９６５号明細書

簡潔に要約すると、本発明は、ａ）ヒトの少なくとも鼻および口を覆って適合し、着用時に内部気体空間を画定するように構成されているマスク本体、およびｂ）マスク本体に固定されており、且つ、内部気体空間と外部気体空間との間の流体連通を可能にする呼気弁、を備えるろ過マスクを提供する。呼気弁は、（ｉ）弾性封止面と、呼気が内部気体空間から流出するために通過し得るオリフィスとを備える弁座、および、（ｉｉ）弁が閉鎖位置にあるとき弾性封止面と接触するように、且つ、呼気することに応答して封止面から離れることができ、呼気がオリフィスを通過して最終的に外部気体空間に流入できるように、弁座に取り付けられているフラップ、を具備する。

また、本発明は、フラップおよび弁座を具備する、新規な単一方向流体弁も提供する。フラップは、流体からの力に直接応答して閉鎖位置から開放位置に移動することができ、力が弱まると、開放位置から閉鎖位置に戻ることができる。フラップが配置されている弁座は、（ｉ）弁が開放位置にあるとき、流体が通過するオリフィス、および（ｉｉ）弁が閉鎖位置にあるとき、フラップが接触する弾性封止面を有する。

本発明のろ過マスクは、着用者が吸気も呼気もしていないとき、弁フラップが接触する弾性封止面を呼気弁に設けることにより、既知の呼吸用マスクとは異なる。呼気弁の弁座に弾性封止面を使用すると、より硬質であるが、より薄いフラップを弁に採用することができる。このようなフラップを使用すると、弁はかなり小さい力又は圧力で開放することができる。弁の開放に必要な力は着用者の呼吸によって発生するため、着用者は、弁を作動させるのに、あまり激しく呼吸する必要がない。従って、マスクを着用しているとき、弁の作動に必要な力が小さい。その結果、弾性封止面を使用すると、特にマスクを長時間着用するとき、マスクの着用をより快適にすることができるという点で、ろ過マスクの着用者に有益になり得る。快適さが改善されると、汚染された環境で着用者が顔からマスクを取り外す可能性が少なくなる。従って、本発明のろ過マスクは、着用者の安全性を改善する場合がある。

用語解説
本発明の説明に使用される用語は、次の意味を有する。
「清浄な空気」は、ろ過して汚染物質が除去された、又はその他の方法で呼吸するのに安全にされた一定体積の空気又は酸素を意味する。
「閉鎖位置」は、可撓性フラップが封止面と本質的に完全に接触している位置を意味する。
「汚染物質」は、粒子、および／又は、粒子であるとは考えられないが空気中に浮遊し得る他の物質（例えば、有機蒸気など）を意味する。
「呼気」は、ろ過マスクの着用者が呼気する空気である。
「呼気流」は、呼気している間、呼気弁のオリフィスを通過する空気流を意味する。
「呼気弁」は、ろ過マスクの内部気体空間から流体が流出できるように開放する弁を意味する。
「外部気体空間」は、呼気弁を通過し、それを過ぎた後、呼気が流入する周囲の大気空間を意味する。
「ろ過マスク」は、着用者の少なくとも鼻および口を被覆し、着用者に清浄な空気を供給できる呼吸用保護装置（半面マスクおよび全面マスクおよびフードを包含する）を意味する。
「フラップ」は、呼気流の移動する流体（空気など）の力に応答して、位置を変える動的要素を意味する。
「可撓性フラップ」は、移動する流体からかかる力に応答して曲がる又は撓むことができるシート状の物品を意味し、移動する流体は、呼気弁の場合には呼気流であり、吸気弁の場合には吸気流である。
「吸気ろ過要素」は、ろ過マスクの着用者に吸入される前に空気が通過し、汚染物質および／又は粒子を空気から除去できる、流体透過性の構造を意味する。
「吸気流」は、吸気している間、吸気弁のオリフィスを通過する空気又は酸素の流れを意味する。
「吸気弁」は、流体がろ過マスクの内部気体空間に流入できるように開放する弁を意味する。
「内部気体空間」は、マスク本体とヒトの顔の間の空間を意味する。
「マスク本体」は、ヒトの少なくとも鼻および口を覆って適合することができ、且つ、外部気体空間から分離された内部気体空間を画定することを助ける構造である。
「粒子」は、空気中に浮遊できる任意の液体および／又は固体物質（例えば、病原体、細菌、ウイルス、粘液、唾液、血液など）を意味する。
「弾性」は、フラップからの力に応答し、変形しても回復可能であり、硬さが約０．０２ギガパスカル（ＧＰａ）未満であることを意味する。
「封止面」は、弁が閉鎖位置にあるとき、フラップと接触する表面を意味する。
「剛性がある、又は剛性」は、片持ち梁としてそれ自体で水平に支持され、重力を受けるとき、撓みに抵抗するフラップの能力を意味する。より剛性が高いフラップは、あまり剛性のないフラップほど容易に重力や他の力に応答して撓まない。
「単一方向流体弁」は、流体が一方向に通過できるが、もう一方向には通過できないように設計されている弁を意味する。

本発明の実施において、着用者の快適さを改善し、それに付随して、汚染された環境で使用者がマスクを連続的に着用する可能性を高め得る、新規なろ過マスクを提供する。本発明は、このようにして作業者の安全性を改善し、呼吸用保護装置を着用する作業者などに、長期間にわたる健康上の利点を提供し得る。

図１は、本発明と共に使用してもよい、ろ過マスク１０の一例を表す。ろ過マスク１０は、呼気弁１４が取り付けられているカップ形のマスク本体１２を有する半面マスク（鼻および口を被覆するが目は被覆しないため）である。呼気弁は、超音波溶接、グルーイング、接着（米国特許第６，１２５，８４９号明細書（ウィリアム（Ｗｉｌｉａｍ）らに付与）参照）、又は機械的締付け（米国特許出願第２００１／００２９９５２Ａ１号明細書参照）などの様々な技術を使用して、マスク本体に固定することができる。呼気弁１４は、着用者が呼気するときに起こるマスク１０の内側の圧力増加に応答して、開放する。呼気弁１４は、好ましくは、呼吸と呼吸の間、および吸気している間、閉鎖した状態を維持する。呼気弁１４は弁座２０を有し、弁座２０にフラップ２２が静止部分２５で固定されている。フラップ２２は、呼気している間、弁座２０から持ち上がる自由部分２６を有する可撓性フラップとすることができる。自由部分２６が弁座２０と接触していないとき、呼気は内部気体空間から外部気体空間に流れ得る。呼気は、外部気体空間に直接、流入してもよく、又は、例えば、マスクがインパクタ要素（米国特許第６，４６０，５３９Ｂ１号明細書（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与）参照）も具備するか、若しくは、フィルタ付き呼気弁（米国特許出願第２００３／０００５９３４Ａ１号明細書および米国特許出願第２００２／００２３６５１Ａ１号明細書（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与）参照）を具備する場合、より曲がりくねった通路を取ってもよい。

マスク本体１２は、着用者の顔とマスク本体の内面の間に内部気体空間又は空隙を作り出すように、着用者の顔に対して離間した関係で、ヒトの鼻および口を覆って適合するように構成されている。アルミニウムなどの金属の曲げやすく弾力性のない柔軟なバンドからなる鼻クリップ１６をマスク本体１２上に配置し、鼻が頬と接するところで着用者の鼻を覆って適合する所望の関係にマスクを保持するように鼻クリップ１６を付形することができる。好適な鼻クリップの一例は、米国特許第５，５５８，０８９号明細書および米国意匠特許第４１２，５７３号明細書（カステリオーネ（Ｃａｓｔｉｇｌｉｏｎｅ）に付与）に示されている。記載されているマスク本体１２は流体透過性であり、典型的には、マスク本体自体を通過することを必要とせず、呼気が弁１４を通って内部気体空間から流出できるように、呼気弁１４をマスク本体１２に取り付けるところに配置される開口部（図示せず）が設けられている。マスク本体１２上における開口部の好ましい位置は、マスクが着用されているとき、着用者の口があるところのすぐ前である。この位置に開口部、および、従って呼気弁１４を配置すると、弁は呼気流の力又は運動量に応答して更に容易に開放することができる。図１に示される種類のマスク本体１２では、本質的にマスク本体１２の全露出面が、吸気に対して流体透過性である。マスクを着用者の顔の上にぴったりと保持するため、マスク本体は、マスクを着用者の顔に当てて支持するように、マスク本体に取り付けられるストラップ１５、結び紐、又は、他の任意の好適な手段などのハーネスを有することができる。本発明と関連して使用してもよいマスクハーネスの例は、米国特許第６，４５７，４７３Ｂ１号明細書、同第６，０６２，２２１号明細書および同第５，３９４，５６８号明細書（ボストロム（Ｂｏｓｔｒｏｍ）らに付与）、米国特許第６，３３２，４６５Ｂ１号明細書（シュエ（Ｘｕｅ）らに付与）、米国特許第６，１１９，６９２号明細書および同第５，４６４，０１０号明細書（バイラム（Ｂｙｒａｍ）に付与）、並びに、米国特許第６，０９５，１４３号明細書および同第５，８１９，７３１号明細書（デュールード（Ｄｙｒｕｄ）らに付与）に示されている。

マスク本体１２は、図１に示されるように、湾曲した半球状の形状を有することができる（また、米国特許第４，８０７，６１９号明細書（デュールード（Ｄｙｒｕｄ）らに付与）も参照）、又は、必要に応じて他の形状を取ってもよい。例えば、マスク本体は、米国特許第４，８２７，９２４号明細書（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与））に開示されるマスクのような構成を有するカップ形のマスクとすることができる。また、マスクは、使用しないときは平坦に折り畳めるが、着用時にはカップ形の形状に開くことができる３つ折りの形状を有することもできる―米国特許第６，４８４，７２２Ｂ２号明細書および同第６，１２３，０７７号明細書（ブロストック（Ｂｒｏｓｔｏｃｋ）らに付与）、および米国意匠特許第４３１，６４７号明細書（ヘンダーソン（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ）らに付与）、および米国意匠特許第４２４，６８８号明細書（ブライアント（Ｂｒｙａｎｔ）らに付与）参照。また、本発明のマスクは、米国意匠特許第４４８，４７２Ｓ号明細書および米国意匠特許第４４３，９２７Ｓ号明細書（チェン（Ｃｈｅｎ）に付与）に開示される平坦な２つ折りマスクのような他の多くの形状を取ってもよい。また、マスク本体は、流体不透過性とすることもでき、例えば、米国特許第６，２７７，１７８Ｂ１号明細書（ホルムクイスト−ブラウン（Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ−Ｂｒｏｗｎ）らに付与）、又は米国特許第５，０６２，４２１号明細書（バーンズ（Ｂｕｒｎｓ）およびライシェル（Ｒｅｉｓｃｈｅｌ）に付与）に示されるマスクのように、マスク本体にフィルタカートリッジを取り付けることもできる。更に、マスク本体は、前述の陰圧マスクとは対照的に、陽圧空気を吸入して使用するように構成することもできる。陽圧マスクの例は、米国特許第６，１８６，１４０Ｂ１号明細書（ホーグ（Ｈｏａｇｕｅ）に付与）、同第５，９２４，４２０号明細書（グラニス（Ｇｒａｎｎｉｓ）らに付与）、および同第４，７９０，３０６号明細書（ブラウン（Ｂｒａｕｎ）らに付与）に示されている。これらのマスクは、使用者の腰周りに着用される電動ファン付き呼吸用保護具本体に接続されてもよい―例えば、米国意匠特許第４６４，７２５号明細書（ペザーブリッジ（Ｐｅｔｈｅｒ）らに付与）参照。また、ろ過マスクのマスク本体は、例えば、米国特許第５，０３５，２３９号明細書および同第４，９７１，０５２号明細書に開示されるような、着用者に清浄な空気を供給し得る自蔵式呼吸装置に接続することもできる。マスク本体は、着用者の鼻および口だけ（「半面マスク」と称される）でなく、目も被覆し（「全面マスク」と称される）、着用者の呼吸器系に加えて着用者の視力も保護するような形状に作られてもよい―例えば、米国特許第５，９２４，４２０号明細書（ライシェル（Ｒｅｉｓｃｈｅｌ）らに付与）参照。

マスク本体は、着用者の顔から離間してもよく、又は、着用者の顔と同一平面上にあっても若しくは近接してもよい。どちらの場合も、マスクは、呼気がマスク内部から呼気弁を通って流出する前に流入する内部気体空間を画定する。また、マスク本体は、適切に適合したかどうかを着用者が容易に確認できるように、その周辺に適合性を表示するサーモクロミック封止を有することもできる―米国特許第５，６１７，８４９号明細書（スプリンゲット（Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔ）らに付与）参照。

図２は、マスク本体１２が、内側付形層１７および外側ろ過層１８などの複数の層を備えてもよいことを示す。付形層１７は、マスク本体１２に構造を付与し、ろ過層１８に支持を提供する。付形層１７は、ろ過層１８の内側および／又は外側（又は両側）に位置してもよく、例えば、熱融着性繊維の不織ウェブから製造し、カップ形の形状に成形することができる―米国特許第４，８０７，６１９号明細書（デュールード（Ｄｙｒｕｄ）らに付与）、および米国特許第４，５３６，４４０号明細書（バーグ（Ｂｅｒｇ）に付与）参照。また、付形層１７は、多孔質層、又は、米国特許第４，８５０，３４７号明細書（スコブ（Ｓｋｏｖ）に付与）に開示される付形層のような、可撓性プラスチックのオープンワーク「魚網」型の網状組織から製造することもできる。付形層は、スコブ（Ｓｋｏｖ）の特許又は米国特許第５，３０７，７９６号明細書（クロンザー（Ｋｒｏｎｚｅｒ）らに付与）に記載されるものなどの既知の手順に従って成形することができる。付形層１７は、主に、マスクに構造を付与し、且つ、ろ過層に支持を提供するという目的で設計されているが、付形層１７は、フィルタ、典型的には、より大きい粒子を捕捉するフィルタの役割をしてもよい。層１７および１８は一緒に、吸気フィルタ要素として機能する。

ろ過層は、任意に、米国特許第５，８０４，２９５号明細書および同第５，７６３，０７８号明細書（ブラウン（Ｂｒａｕｎ）に付与）に記載されるように、波形の形状とすることができる。また、マスク本体１２は、磨耗力からフィルタ層１８を保護することができ、且つ、フィルタ層１８および／又は付形層１７から解れ出る場合がある繊維を保持することができる、内側および／又は外側カバーウェブ（図示せず）を具備してもよい。また、カバーウェブは、ろ過能力を有してもよいが、典型的には、ろ過層１８ほど優れておらず、および／又は、マスクの着用をより快適にする役割をしてもよい。カバーウェブは、例えば、ポリオレフィン、およびポリエステルを含有するスパンボンド繊維などの不織繊維材料から製造されてもよい―例えば、米国特許第６，０４１，７８２号明細書（アンガジバンド（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）らに付与）、同第４，８０７，６１９号明細書（デュールード（Ｄｙｒｕｄ）らに付与）、および同第４，５３６，４４０号明細書（バーグ（Ｂｅｒｇ）に付与）参照。

着用者が吸気するとき、空気はマスク本体を通して吸い込まれ、浮遊粒子が繊維間、特に、フィルタ層１８の繊維間の隙間に捕捉される。図２に示される実施形態では、フィルタ層１８はマスク本体１２と一体である、―即ち、フィルタ層１８はマスク本体の一部を形成し、フィルタカートリッジのように、後でマスク本体に取り付けられる（又は、マスク本体から取り外される）品目ではない。

図１に示されるマスク１０のように、陰圧半面マスク呼吸用保護具によくあるろ過材料は、帯電した極細繊維、特にメルトブローン極細繊維（ＢＭＦ）の交絡ウェブを含有することが多い。極細繊維は、典型的には、平均有効繊維径が約２０マイクロメートル（μｍ）以下であるが、一般的には直径約１〜約１５μｍ、更により一般的には、約３〜約１０μｍである。有効繊維径は、デイビス，Ｃ．Ｎ．、「浮遊塵埃および粒子の分離」（英国機械学会、ロンドン、紀要１Ｂ、１９５２年（Ｄａｖｉｓ，Ｃ．Ｎ．，Ｔｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ １Ｂ．１９５２））に記載のように計算してもよい。ＢＭＦウェブは、ウェンテ，バンＡ、「極細熱可塑性繊維」工業技術化学、第４８巻、１３４２ページ以下参照（１９５６年）（Ｗｅｎｔｅ，Ｖａｎ Ａ．，Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ ｉｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，ｐａｇｅｓ １３４２ ｅｔ ｓｅｑ．（１９５６））、又は、ウェンテ，バンＡ、ブーン，Ｃ．Ｄ．，およびフルハーティ，Ｅ．Ｌ．著の「極細有機繊維の製造」（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ ｂｙ Ｗｅｎｔｅ，Ｖａｎ Ａ．，Ｂｏｏｎｅ，Ｃ．Ｄ，ａｎｄ Ｆｌｕｈａｒｔｙ，Ｅ．Ｌ．）と題された海軍研究所の報告書第４３６４号（Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．４３６４ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）（１９５４年５月２５日発行）に記載のように形成することができる。メルトブローン繊維ウェブは、一様に調製することができ、米国特許第６，４９２，２８６Ｂ１号明細書および同第６，１３９，３０８号明細書（ベリガン（Ｂｅｒｒｉｇａｎ）らに付与）に記載のウェブのように、複数の層を含んでもよい。ウェブ中の繊維をランダムに交絡させると、ＢＭＦウェブはマットとして取扱うのに十分な一体性を有することができる。例えば、米国特許第６，４５４，９８６Ｂ１号明細書および同第６，４０６，６５７Ｂ１号明細書（アイツマン（Ｅｉｔｚｍａｎ）らに付与）、米国特許第６，３７５，８８６Ｂ１号明細書、同第６，１１９，６９１号明細書、および同第５，４９６，５０７号明細書（アンガジバンド（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）らに付与）、米国特許第４，２１５，６８２号明細書（キュービック（Ｋｕｂｉｋ）らに付与）、および米国特許第４，５９２，８１５号明細書（ナカオ（Ｎａｋａｏ）に付与）に記載の技術を使用して、繊維ウェブに電荷を付与することができる。

マスク本体にフィルタとして使用してもよい繊維材料の例は、米国特許第５，７０６，８０４号明細書（バウマン（Ｂａｕｍａｎｎ）らに付与）、米国特許第４，４１９，９９３号明細書（ピーターソン（Ｐｅｔｅｒｓｏｎ）に付与）、米国再発行特許第Ｒｅ２８，１０２号明細書（メイヒュー（Ｍａｙｈｅｗ）に付与）、米国特許第５，４７２，４８１号明細書および同第５，４１１，５７６号明細書（ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）らに付与）、並びに、米国特許第５，９０８，５９８号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）らに付与）に開示されている。繊維は、ポリプロピレンおよび／又はポリ−４−メチル−１−ペンテンなどのポリマーを含有してもよく（米国特許第４，８７４，３９９号明細書（ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）らに付与）および米国特許第６，０５７，２５６号明細書（デュールード（Ｄｙｒｕｄ）らに付与）参照）、また、ろ過性能を向上させるためフッ素原子および／又は他の添加剤を含有してもよく（米国特許第６，４３２，１７５Ｂ１号明細書、同第６，４０９，８０６Ｂ１号明細書、同第６，３９８，８４７Ｂ１号明細書、同第６，３９７，４５８Ｂ１号明細書（ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）らに付与）、並びに、米国特許第５，０２５，０５２号明細書および同第５，０９９，０２６号明細書（クレーター（Ｃｒａｔｅｒ）らに付与）参照）、また、性能を改善するため低濃度の抽出可能な炭化水素を有してもよい（米国特許第６，２１３，１２２号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）らに付与）参照）。また、繊維ウェブは、米国特許第４，８７４，３９９号明細書（リード（Ｒｅｅｄ）らに付与）および米国特許第６，２３８，４６６号明細書および同第６，０６８，７９９号明細書（共に、ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）らに付与）に記載されるように、耐オイルミスト性が向上するように製造されてもよい。

図３は、可撓性フラップ２２が閉鎖しているとき、可撓性フラップ２２は封止面２４上で停止し、その静止部分２５で弁座２０に固定されていることを示す。フラップ２２は自由端２６を有し、自由端２６は、呼気している間、内部気体空間内で十分な圧力が達せられると、弾性封止面２４から持ち上がる。可撓性フラップ２２は、フラップ保持面２７で弁座２０に片持ち梁のように支持され、フラップ保持面２７はオリフィス３０に対して中心をずらして配置されている。封止面２４は、断面の側面から見るとき、縦寸法が全体に湾曲しているような形状に作ることができ、中立状態で、即ち、着用者が吸気も呼気もしていないとき、フラップを封止面の方に付勢又は押圧することができるように、フラップ保持面２７に対して整列されず、相対的に位置決めされてもよい。図示されるように、弾性封止面２４は、封止隆起部２９の極端部に位置決めされてもよい。フラップは、米国再発行特許第ＲＥ３７，９７４Ｅ号明細書として再発行された米国特許第５，６８７，７６７号明細書（バウアーズ（Ｂｏｗｅｒｓ）らに付与）に記載されるように、横方向の湾曲を有することができる（又は、或いは有してもよい）。

ろ過マスク１０の着用者が呼気するとき、呼気は、通常、マスク本体と呼気弁１４の両方を通過する。快適さを得るには、呼気がマスク本体のフィルタ媒体および／又は付形層および被覆層ではなく、呼気弁１４を迅速に通過するパーセンテージを最大にするのが最も良い。呼気が封止面２４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、内部気体空間から弁１４のオリフィス３０を通って排出される。固定又は静止部分２５と結合しているフラップ２２の周囲又は周辺の縁部は、呼気している間、本質的に静止状態を維持するが、可撓性フラップ２２の残りの周囲自由端は、呼気している間、弁座２０から持ち上がる。

可撓性フラップ２２は、静止部分２５で、弁座２０のフラップ保持面２７に固定され、フラップ２２を弁座２０に取り付け、位置決めするのに役立つピン３２を有することができる。可撓性フラップ２２は、超音波溶接、接着、および機械的締付けなどを使用して表面２７に固定することができる。また、弁座２０は、マスク本体１２に呼気弁１４をより適切に固定できる表面を提供するため、弁座２０の基部で弁座２０から横方向に延出するフランジ３３を有することもできる。

図３は、可撓性フラップ２２が閉鎖位置にあり、封止面２４上で停止している状態と、開放位置にあり、点線２２ａで表されるように表面２４から離れて持ち上がっている状態を示す。流体は、概ね矢印３４によって表示される方向に弁１４を通過する。マスク内部から呼気をパージするため、ろ過マスクに弁１４を使用する場合、流体の流れ３４は呼気流を表す。弁１４を吸気弁として使用する場合、流れ３４は吸気流を表す。オリフィス３０を通過する流体は可撓性フラップ２２に力を加え（又は、流体の運動量を可撓性フラップ２２に伝達し）、フラップ２２の自由部分２６を封止面２４から持ち上げて、弁１４を開放する。弁１４が呼気弁として使用されるとき、弁は、好ましくは、マスク１０が図１に示されるように直立に位置決めされるとき、可撓性フラップ２２の自由部分２６が静止部分２５より下に位置するような向きでマスク１０上に配置される。これによって、呼気を下方に逸らせ、着用者のアイウェア上で水分が凝縮することを防止できる。

図４は、フラップが取り付けられていない状態で正面から見た弁座２０を示す。弁オリフィス３０は、封止面２４から内側に半径方向に配置され、封止面２４、および最終的には弁１４を安定化させる交差部材３５を有することができる。また、交差部材３５は、吸気している間、可撓性フラップ２２（図３）が反転してオリフィス３０の中に入ることを防止できる。交差部材３５上に蓄積する水分は、フラップ２２の開放の妨げになる可能性がある。従って、フラップに面する交差部材３５の表面は、側面から見るとき、弁開放の妨げにならないように、好ましくは、僅かに封止面２４より下に窪んでいるが、封止面と同一平面上にあってもよい。

封止面２４は、オリフィス３０に外接し、又はオリフィス３０を取囲み、弁が閉鎖しているとき、汚染物質がオリフィスを通過することを妨げる。封止面２４および弁オリフィス３０は、正面から見るとき、本質的にどのような形状を取ることもできる。例えば、封止面２４およびオリフィス３０は、正方形、長方形、円形、楕円形などであってよい。封止面２４の形状は、オリフィス３０の形状と一致する必要はなく、またその逆も同様である。例えば、オリフィス３０は円形であってもよく、封止面２４は長方形であってもよい。しかし、封止面２４およびオリフィス３０は、流体の流れる方向に向かって見るとき、好ましくは、円形の断面を有する。本発明のろ過マスクに弁と共に使用される封止面は、弾性特性を有する、即ち、封止面は使用中に変形しても回復し、硬さが約０．０２ＧＰａ未満である。好ましくは、本発明と関連して使用される封止面は、硬さが約０．０１５ＧＰａ未満であり、更に好ましくは硬さが約０．０１３ＧＰａ未満であり、更により好ましくは硬さが約０．０１ＧＰａ未満である。更に好ましい封止面は、硬さが０．００６〜０．００１ＧＰａであってもよい。硬さは、更に０．００１ＧＰａ未満とすることができるが、但し、変形しても表面が回復することを条件とする。硬さは、後述のナノインデンテーション技術に準拠して決定されてもよい。接着、結合、溶接、摩擦係合などの、本質的に弾性封止面を弁座に固定するのに好適なあらゆる技術を使用して、弾性封止面を弁座に固定してもよい。或いは、弁座全体を「一体の」弾性部品として形成することができる、即ち、弁座全体を、後で一緒に接合される２つの別々の部品ではなく単一ユニットとして形成してもよい。封止面は、コーティング、フィルム、リング（Ｏリングなど）、又は発泡体（多孔質の独立気泡発泡体など）の形態であってもよい。

しかし、弁座２０の大部分は、典型的には、例えば、射出成形法などを使用して一体の１個の物体に成形される比較的軽量のプラスチックから製造され、弾性封止面がそれに接合される。可撓性フラップ２２と接触する封止面２４は、良好に密閉することを確実にするため、好ましくは、実質的に均一に平滑であるように形成される。封止面２４は、封止隆起部２９の頂部にあってもよく、又は弁座自体と平面的に整列していてもよい。封止面２４の接触領域は、好ましくは、可撓性フラップ２２と封止を形成するのに十分大きい幅を有するが、凝縮した水分又は排出された唾液によって生じる接着力により、可撓性フラップ２２が著しく開放しにくくなるほど幅広ではない。フラップが封止面の全周で封止面に接触することを容易にするように、フラップが接触する封止面の接触領域は、好ましくは、凹状に湾曲している。弾性封止面がない弁１４およびその弁座２０は、米国特許第５，５０９，４３６号明細書および同第５，３２５，８９２号明細書（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与）に更に完全に記載されている。

図５は、呼気弁１４’の別の実施例を示す。図３に示される実施形態とは異なり、この呼気弁は、側面から見るとき、フラップ保持面２７’と整列している平面状の封止面２４’を有する。そのため、図５に示されるフラップは、可撓性フラップ２２にかかるあらゆる機械的な力又は内部応力によって、封止面２４’の方に押圧されない、又はそれに押し当てられない。フラップ２２は、「中立状態」で、即ち、弁を通過する流体がなく、フラップが他に重力以外の外力を受けないとき、封止面２４’の方に予荷重がかからない、又は付勢されないため、フラップ２２は、呼気している間、更に容易に開放できる。本発明に従って弾性封止面を使用するとき、フラップは封止面２４’と接触するように付勢されなくてもよい又は押し動かされなくてもよいが、このような構成が所望される場合もある。そのため、本発明は、既知の市販の製品のフラップより剛性の高い可撓性フラップを使用してもよい。フラップは、重力が本質的にフラップにかかっているとき、付勢されていない状態で、著しく垂下して封止面２４’から離れないほどの剛性があってもよく、弁は、フラップが封止面より下に配置されるような向きに配置される。従って、図５に示される呼気弁１４’は、どのような向きであっても（例えば、着用者が頭を床の方に下方に曲げるときなど）、フラップを封止面の方に付勢（又は実質的に付勢）することなく、フラップ２２が封止面と良好に接触するように形成されうる。従って、剛性のあるフラップは、弁がどのような向きであっても、弁座封止面の方にプレストレス又は付勢力がほとんど又は全くない状態で、封止面２４’と気密型の接触をし得る。中立状態で弁が閉鎖している間、封止面にフラップが押し当てられることを確実にする所定の相当な応力又は力がフラップにかからないと、呼気している間、フラップは更に容易に開放することができ、そのため、呼吸中、弁の作動に必要な力を低減することができる。本発明のフラップは、概要が後述されている剛性決定に準拠して測定するとき、剛性が少なくとも５．９×１０^−１１ニュートン・平方メートル（Ｎ・ｍ^２）、更に好ましくは少なくとも８．６×１０^−１１Ｎ・ｍ^２、更により好ましくは少なくとも１．１×１０^−１０Ｎ・ｍ^２であってもよい。上端部で、剛性は、典型的には９×１０^−５Ｎ・ｍ^２未満、更に典型的には３．４×１０^−５Ｎ・ｍ^２未満、更により典型的には３．２×１０^−７Ｎ・ｍ^２未満である。

図６は、他の図に示される呼気弁と関連して使用するのに好適な場合がある弁蓋４０を示す。弁蓋４０は内部チャンバを画定し、可撓性フラップはその中で、閉鎖位置から開放位置に移動することができる。弁蓋４０は、可撓性フラップを損傷しないように保護することができ、呼気を下方に向けて着用者の眼鏡から離すのを助けることができる。図示されるように、弁蓋４０は、弁蓋によって画定される内部チャンバから呼気を逃がすことができるように、複数の開口部４２を有してもよい。開口部４２を通って内部チャンバから流出する空気は、外部気体空間に流入し、好ましくは下行し、着用者のアイウェアから離れる。弁蓋は、摩擦、締付け、グルーイング、接着、溶接などを包含する様々な技術を使用して、弁座に固定することができる。

フラッパー式又は片持ち梁式の呼気弁を参照して本発明を説明してきたが、本発明は、背景技術で前述したボタン式の弁のような他の種類の弁と一緒に使用するのに、同様に好適である。更に、本発明は、吸気弁と共に使用するのに同様に好適である。呼気弁と同様に吸気弁も、外部気体空間と内部気体空間の間の流体移送を提供する単一方向流体弁である。しかし、吸気弁は、呼気弁とは異なり、空気をマスク本体の内部に流入させることができる。そのため、吸気している間、吸気弁は、空気を外部気体空間から内部気体空間に移動させることができる。

吸気弁は、通常、フィルタカートリッジが取り付けられているろ過マスクと共に使用される。弁は、フィルタカートリッジ又はマスク本体のどちらかに固定されてもよい。いずれの場合でも、吸気弁は好ましくは吸気流中に配置され、空気はその下流でろ過されているか、又はその他の方法で呼吸に安全なものにされている。従って、吸気弁は、呼気弁とは異なり、主に、呼気がフィルタ媒体を通過しないようにするために使用される。吸気弁を具備する市販のマスクの例には、３Ｍ社によって販売されている５０００（商標）および６０００（商標）シリーズの呼吸用保護具がある。吸気弁を使用するろ過マスクの例は、米国特許第５，０６２，４２１号明細書（バーンズ（Ｂｕｒｎｓ）およびライシェル（Ｒｅｉｓｃｈｅｌ）に付与）、米国特許第６，２１６，６９３号明細書（リコウ（Ｒｅｋｏｗ）らに付与）、および米国特許第５，９２４，４２０号明細書（ライシェル（Ｒｅｉｓｃｈｅｌ）らに付与）に開示されている（また、米国特許第６，１５８，４２９号明細書、同第６，０５５，９８３号明細書、および同第５，５７９，７６１号明細書も参照されたい）。吸気弁は、例えば、ボタン式の弁の形態を取り得るが、或いは、図１、３、４および５に示される弁のようなフラッパー式の弁とすることもできる。これらの図に示される弁を吸気弁として使用するため、呼気している間ではなく吸気している間、可撓性フラップ２２が封止面２４又は２４’から持ち上がるように、弁はマスク本体に反対に取り付けられている。着用者が吸気することによって、呼吸用保護具の内側に、フラップを弁座から引き離して開放位置にするのに必要な陰圧が作り出される。着用者が呼気すると、呼吸用保護具の内側の圧力が増加し、フラップは密閉位置の方に戻ることができる。呼気がフィルタを通って逆流することを防止し、呼気を再び呼吸することと、水分が着用者の息からフィルタに導入されることの両方を防止するのが望ましいとき、吸気弁は有用である。そのため、フラップ２２は、吸気している間ではなく呼気している間、封止面２４、２４’に押し当てられる。本発明の吸気弁は、呼吸している間、吸気弁の作動に必要な力を低減することによって、同様に、着用者の快適さを改善することができる。呼気弁と吸気弁は、協働して使用することができる。フィルタカートリッジが取り付けられている流体不透過性フェイスピースを有する呼吸用保護具マスクは、同じマスクにそれらを両方とも使用することが多い。

本発明の弁は、極めて低い通気抵抗を実現することができる。通気抵抗は、後述の通気抵抗試験に準拠して決定されてもよい。８５リットル毎分（Ｌ／分）の流量における弁の通気抵抗は、約６０パスカル（Ｐａ）未満となり得、３０Ｐａ未満となり得、更には１０Ｐａ未満となり得る。１０Ｌ／分の流量では、本発明の単一方向流体弁は、通気抵抗が２５Ｐａ未満、好ましくは２０Ｐａ未満、更に好ましくは１０Ｐａ未満となり得る。本発明による弁を使用し、１０Ｌ／分〜８５Ｌ／分の流量で約０〜６０Ｐａの通気抵抗が達成され得る。好ましい実施形態では、通気抵抗は、１０Ｌ／分〜８５Ｌ／分の流量で３０Ｐａ未満となり得る。図５に示されるような平らな弁座を採用する場合、通気抵抗は８５Ｌ／分の流量で１Ｐａ未満となり得る。

本発明の弁は、漏れ量、開弁通気抵抗、および様々な流量における弁の通気抵抗に関して良好な性能を提供し得る。これらのパラメータは、後述の漏れ量試験および通気抵抗試験を使用して測定されてもよい。

漏れ量は、中立状態で、閉鎖した状態を維持する弁の能力の尺度となるパラメータである。漏れ量試験は下記に詳述されているが、一般に、空気圧の差が水柱１インチ（２４９Ｐａ）のときに弁を通過できる空気の量を測定する。漏れ量は、２４９Ｐａの圧力で０〜３０立方センチメートル毎分（ｃｍ^３／分）の範囲であり、数値が低いほど密閉が良好である。本発明のろ過マスクを使用し、１０ｃｍ^３／分以下の漏れ量を達成できる。好ましくは、８ｃｍ^３／分未満、更に好ましくは６ｃｍ^３／分未満の漏れ量も達成し得る。本発明に従って形成された呼気弁は、約３〜６ｃｍ^３／分の範囲の漏れ量を示し得る。

開弁通気抵抗は、フラップが弁の封止面から最初に持ち上がることに対する抵抗の尺度となる。このパラメータは、通気抵抗試験に後述されるように決定されてもよい。典型的には、１０Ｌ／分における開弁通気抵抗は、後述の通気抵抗試験に準拠して弁を試験するとき、２５Ｐａ未満、好ましくは２０Ｐａ未満、更に好ましくは１０Ｐａ未満である。典型的には、開弁通気抵抗は、後述の通気抵抗試験に準拠して弁を試験するとき、１０Ｌ／分で約６〜１８Ｐａである。

本発明の弁は、作動効率が非常によい場合があり、弁効率が約２５ミリワット・グラム・立方センチメートル毎分（ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分）以下、好ましくは約７ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分以下、更に好ましくは約１ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分となり得る。弁効率は、後述の同名の試験に準拠して決定されてもよい。

試験装置、試験方法、および実施例
流量固定具（Ｆｌｏｗ Ｆｉｘｔｕｒｅ）
流量固定具を用いて、弁の通気抵抗試験を行った。流量固定具は、アルミニウム取付板および固定される空気プレナムで空気を特定の流量で弁に提供する。試験中、取付板は弁座を受容し、しっかりと保持する。アルミニウム取付板には、弁の基部を受容する頂面に僅かな窪みがある。窪みの中心には、２８ミリメートル（ｍｍ）×３４ｍｍの開口部があり、空気はそれを通って弁に流れることができる。接着面のある発泡材を窪み内の棚状物に取り付け、弁と板の間に気密性の封止を提供してもよい。２本のクランプを使用して弁座の左右の縁部を捕捉し、アルミニウム取付板に固定する。半球形のプレナムを通して空気を取付板に提供する。呼吸用マスクのキャビティ形状および体積を模擬するように、取付板を半球の頂部又は頂点でプレナムに固定する。半球形のプレナムは、深さ約３０ｍｍ、基部の直径８０ｍｍである。供給ラインからの空気は、プレナムの基部に取り付けられ、流量固定具を通して所望の流量を弁に提供するように調整される。生成した気流で、プレナム内の空気圧を測定し、試験弁の通気抵抗を決定する。

通気抵抗試験
前述のように流量固定具を使用して、試験弁の通気抵抗測定を行う。１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０および８５リットル毎分（Ｌ／分）の流量で、弁の通気抵抗を測定した。弁を試験するため、弁座が流量固定具の基部で水平に配置され、弁開口部が上を向くようにして、試験試料を流量固定具に取り付けた。弁を取り付ける間、固定具と弁本体の間に空気のバイパスがないことを確実にするように注意した。一定の流量に対して圧力計を較正するため、フラップをまず弁本体から取り外し、所望の気流を生成する。次いで、圧力計をゼロに設定し、システムを較正する。この較正工程の後、弁本体上にフラップを位置決めし直し、空気を特定の流量で弁入口に送り、入口の圧力を記録する。フラップがちょうど開放し、最小限の流量が検出される点における圧力を測定することによって、開弁通気抵抗（流量ゼロでフラップの開放が開始する点の直前）を決定する。通気抵抗は、弁への入口圧力と周囲空気の差である。

漏れ量試験
呼気弁に関する漏れ量試験は、概ね、米国連邦規則４２ＣＦＲ§８２．２０４に記載される通りである。この漏れ量試験は、弁座に可撓性フラップが取り付けられている弁に適している。漏れ量試験を行う際、弁座は２つの出入り口がある空気チャンバの開口部の間で密閉される。２つの空気チャンバは、下チャンバに導入される加圧空気が上に流れて弁を通り、上チャンバに流入するような形状に作られている。下空気チャンバは、試験中に内部圧力を監視できるように装備がなされている。チャンバを通る空気流を決定するため、空気流量計を上チャンバの出口ポートに取り付ける。試験中、弁は２つのチャンバ間で密閉され、フラップが下チャンバを向いている状態で水平に配置される。下チャンバは、空気ラインを介して加圧され、２つのチャンバ間に２４９Ｐａ（水柱２５ｍｍ、即ち、水柱１インチ）の差圧が生じる。この差圧は、試験手順全体にわたって維持される。上チャンバからの空気の流出量を試験弁の漏れ量として記録する。漏れ量は、２４９Ｐａの空気圧の差が弁にかかるときに得られる流量（立方センチメートル毎分）として報告される。

弁作動能力
一定の弁ポート面積（弁フラップに直接、空気を送るチャネルの面積（実施例では、８．５５ｃｍ^２））に対して、流量（横軸、Ｌ／分）と通気抵抗（縦軸、Ｐａ）を表す曲線を１０〜８５Ｌ／分の流量範囲で積分することにより、ある範囲の流量に対して、一定の流量における弁の「作動能力」を決定することができる。曲線の積分（グラフでは曲線の下の面積として表される）によって、ある範囲の流量で弁を作動させるのに必要な力が求められる。積分された曲線の値は、積分弁作動能力（ＩＶＡＰ）（ミリワット（ｍＷ）単位）と定義される。

弁効率
通気抵抗試験と漏れ量試験の結果、およびフラップの質量を使用して、弁の弁効率パラメータを計算してもよい。弁効率は、（１）積分弁差動能力（ｍＷ）、（２）漏れ量（ｃｍ^３／分で記録）、および（３）フラップの重量（グラム）から決定される。弁効率は、次のように計算される。

ＶＥは、ミリワット・グラム・立方センチメートル毎分又はｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分の単位で表される。弁効率の値が低いほど弁性能が良いことを表す。本発明の弁は、約１〜２０ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分、更に好ましくは、約１０ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分未満のＶＥ値を達成し得る。

硬さ測定
ナノインデンテーション技術を採用して弁座に使用される材料の硬さを決定した。ナノインデンテーション技術により、弁座用途に使用される原料の試料、又は、弁アセンブリの一部として組み込まれる弁座の試験が可能になった。この試験は、ＭＴＳシステムズ社、ナノ・インスツルメンツ・イノベーション・センター（３７８３９、テネシー州オークリッジ、ラーソン・ドライブ１００１）（ＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐ．，Ｎａｎｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ １００１ Ｌａｒｓｏｎ Ｄｒｉｖｅ，Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ ＴＮ，３７８３９）から入手可能なマイクロインデンテーション装置、ＭＴＳナノＸＰマイクロメカニカル試験機（ＭＴＳ Ｎａｎｏ ＸＰ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ）を使用して実施した。この装置を使用して、６５°の半錐先端角を有するバーコビッチ（Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ）ピラミッド形ダイヤモンド圧子の侵入深さを、加えた力の関数として最大荷重まで測定した。公称荷重速度は、１０ナノメートル毎秒（ｎｍ／秒）であり、表面接近感度は４０％であり、空間ドリフト設定値は最大０．８ｎｍ／秒に設定した。溶融シリカ較正標準を例外として、全ての試験について、５，０００ｎｍの深さまで一定の歪み速度実験を使用し、溶融シリカ較正標準の場合は、最終荷重１００，０００マイクロニュートンまで一定歪み速度を使用した。歪み速度、調波変位（ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）およびポアソン比の目標値は、それぞれ０．０５秒^−１、４５ヘルツ、および０．４であった。試験試料をホルダに固定し、装置のビデオスクリーンを通して上から下を見下ろして、試験するターゲット表面を配置した。試験部位が所望のサンプル材料を表す、即ち、空隙、混在物又は破片がないことを確実にするため、試験装置のビデオ倍率１００倍で、試験部位を局所的に選択した。試験手順で、各実験操作に対する「証拠」として、溶融石英標準で試験を１回行う。顕微鏡の光学軸と圧子の軸の軸合わせを確認し、反復過程で試験する前に較正し、反復過程では、溶融石英標準に試験インデンテーションを行い、試験装置のソフトウェアで誤差を補正する。試験システムは、連続剛性測定（ＣＳＭ）モードで操作した。メガパスカル（ＭＰａ）で報告される硬さは、試料の塑性流動が開始する限界接触応力と定義され、次のように表される。

剛性の決定
単純な模型フラップを使用して、曲げに対するフラップの抵抗の尺度である剛性を決定した。フラップ模型は、商業的に使用されているフラップに類似の幾何学的形態および形状をベースにした。模型フラップの幾何学的形態には、一様な材料厚さを有する長方形の形状が選択された。模型化されたフラップの限界寸法は、幅２．２９ｃｍ、厚さ３５．５６μｍであった。模型フラップの幾何学的形態を使用する候補材料について、次のように剛性を決定することができる。

式中、

模型フラップの慣性モーメントは、８．６×１０^−１７ｍ^４である。実施例１に使用されるもののようなフラップ材料では、剛性は３．２×１０^−７Ｎ・ｍ^２と計算される。

実施例１
鋼から機械加工した弁本体に弾性Ｏリングを嵌めることによって弁を構成した。Ｏリングは、ナノインデンテーション硬さ測定で決定する時、硬さが１．７６メガパスカル（ＭＰａ）のニトリルゴム材料製であった。Ｏリングの円形断面の直径は１．５９ｍｍであり、内径は２０．４６ｍｍであった。鋼製の弁本体と一体で弁オリフィスと同心の金属製位置合わせリングを使用して、Ｏリングを位置決めした。弁開口部の内径は、１９．３２ｍｍであった。組み立てられた時、この開口部は、弁の流路面積を画定した。試験中、外周で気体の漏れが認められないように、図５に示されるように、Ｏリングを弁本体に取り付けた。弾性率３７８２ＭＰａで、２３．８２ｍｍ×２０．２６ｍｍの長方形部分（直径２３．８２ｍｍの半円形端部を有する）からなるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）弁フラップを、Ｏリングの頂面と同水準にある平面に延在するように弁本体に固定した。ＰＥＴフラップは、厚さ０．０３５６ｍｍ、硬さ３００ＭＰａ、剛性３．２×１０^−７Ｎ・ｍ^２であった。開閉時にフラップが片持ち梁式に作動できるような向きにフラップを配置し、固定点からＯリングの縁部までの距離が２．５２ｍｍとなるように一端に沿って固定した。フラップの固定されていない外縁部をＯリングの外縁部と整列させた。弁の流動性能を評価するため、アセンブリを前述の流量固定具に取り付け、弁に様々な気流を流した。漏れ量、差動能力、および弁効率を決定し、その結果を表１および図７に表す。

実施例２
市販の弁アセンブリの硬質の弁本体の座に弾性材料の薄いコーティングを施すことによって、弁を製造した。市販の弁から使用される弁本体は、米国特許第５，３２５，８９２号明細書および同５，５０９，４３６号明細書（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与）に概ね記載されており、３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な市販のマスク、モデル８５１１に採用される弁の構成要素である。入手した弁本体の硬さは、５２ＭＰａであった。入手した弁本体を使用し、弁本体の座領域にエラストマーをコーティングすることによって、本発明の弁座を作成した。溶解したエラストマーの溶液を使用して、弁本体にエラストマーを塗布した。溶液は、ＳＢＳゴム、フィナプレーン（Ｆｉｎａｐｒｅｎｅ）５０２（トータル・フィナ、テキサス州プラノ（Ｔｏｔａｌ Ｆｉｎａ，Ｐｌａｎｏ，ＴＸ）８０ｇを、顔料、ＳＬ１４６４２４３６（クラリアント社、ミネソタ州ミネアポリス（Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｃｏｒｐ．，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ））１．６ｇ、界面活性剤、アトマー（Ａｔｍｅｒ）１７５９（ユニケマ・ノース・アメリカ、イリノイ州シカゴ（Ｕｎｉｃｈｅｍａ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ））１．６ｇ、トルエン２４８ｇ、およびアセトン８ｇとブレンドすることによって調製した。材料を混合容器に仕込み、室温で３〜４時間、閉鎖容器内でブレンドした。ブレンド後、混合物を１２時間、放置した。完成したブレンドの固体含量は、２４．５重量％であった。ブレンドされた混合物を弁本体にコーティングすることによって、弁座を作成した。弁本体を混合物中に１〜２秒間浸漬した後、弁本体を混合物から取り出すことによってコーティングを達成した。次いで、濡れた弁本体を８２℃で２０分間、空気循環炉内で乾燥させた。このようにしてエラストマーを塗布すると、厚み約２３１ミクロン、硬さ７ＭＰａのエラストマー弁座が得られた。このようにして作成された弁座の硬さを表１に記載する。

比較例１
流量固定具を使用して市販のマスクの弁アセンブリを評価し、漏れ量、弁差動能力、および弁効率を決定し、その結果を表１および図７に表す。また、弁座表面の硬さも決定し、それを表１に報告する。弁の形状は、米国特許第５，３２５，８９２号明細書および同第５，５０９，４３６号明細書（ジャプンティチ（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）らに付与）に概ね記載されており、３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能なモデル８５１１マスクに採用されている弁本体に使用されている。弁本体には、弁座内に３．３平方センチメートル（ｃｍ^２）の円形のオリフィスが配置された。入手した弁は、長さ約４ミリメートル（ｍｍ）のフラップ保持面に固定され、弁座を約２５ｍｍ横切るフラップと一緒に組立てられた。湾曲した封止隆起部は、幅約０．５１ｍｍであった。可撓性フラップは、弁の向きに関わらず、中立状態で封止隆起部に隣接する関係を維持した。弁座には弁蓋を取り付けなかった。

表１の結果から、本発明の弁は、少ない漏れ量と、差動能力および弁効率の改善を実証できることが分かる。また、その結果は、慣用的な弁座を適切な弾性材料で処理することにより、所望の弾性表面を有する本発明の弁座を製造できることも実証している。

本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更および変形を行い得る。従って、本発明は、前述したものに限定されず、前記の特許請求の範囲に記載される限定およびそのあらゆる同等物によって規制されることを理解されたい。また、本発明は、本明細書に具体的に開示されていない要素がなくても好適に実施され得ることも理解されたい。

本発明と関連して使用してもよいろ過マスク１０の正面図である。 図１のマスク本体１２の部分断面図である。 図１の線３−３に沿った、呼気弁１４の断面図である。 本発明と共に使用してもよい、弁座２０の正面図である。 本発明によるろ過マスクに使用してもよい呼気弁１４’の代替の実施形態の側面図である。 呼気弁を保護するのに使用してもよい弁蓋４０の斜視図である。 本発明による弾性封止面を使用する弁と、既知の市販の弁の慣用的な封止面を使用する弁の通気抵抗、対、流量をプロットしたグラフである。

Claims (43)

1. ａ）ヒトの少なくとも鼻および口を覆って適合し、着用時に内部気体空間を画定するように構成されているマスク本体、並びに、
   ｂ）前記マスク本体に固定され、前記内部気体空間と外部気体空間との間の流体連通を可能にする呼気弁であって、
   （ｉ）弾性封止面と、呼気が前記内部気体空間から流出するために通過し得るオリフィスとを備える弁座、および、
   （ｉｉ）弁が閉鎖位置にあるとき前記弾性封止面と接触するように、且つ、呼気することに応答して前記封止面から離れることができ、呼気が前記オリフィスを通過して最終的に前記外部気体空間に流入できるように、前記弁座に取り付けられているフラップ、
   を備える呼気弁、
   を備える、ろ過マスク。
2. 前記弾性封止面の硬さが０．０１５ＧＰａ未満である、請求項１に記載のろ過マスク。
3. 前記弾性封止面の硬さが０．０１３ＧＰａ未満である、請求項１に記載のろ過マスク。
4. 前記弾性封止面の硬さが０．０１ＧＰａ未満である、請求項１に記載のろ過マスク。
5. 前記弾性封止面の硬さが０．００６〜０．００１ＧＰａである、請求項１に記載のろ過マスク。
6. 前記弾性封止面が、接着、結合、溶接、摩擦係合、又はこれらの組合せによって前記弁座に固定されている、請求項１に記載のろ過マスク。
7. 前記弾性封止面が、前記弁座に一体に配置されている、請求項１に記載のろ過マスク。
8. 一体部品に成形され、その成形された１個の物体に弾性封止面が接合された比較的軽量のプラスチックから前記弁座の大部分が製造される、請求項１に記載のろ過マスク。
9. 前記弾性封止面が、前記弁座の封止隆起部の頂部にある、請求項１に記載のろ過マスク。
10. 前記封止面が、凹状に湾曲している接触領域を有し、前記フラップが前記接触領域で前記封止面と接触する、請求項１に記載のろ過マスク。
11. 前記呼気弁が、側面から見るとき、フラップ保持面と整列している平面状の封止面を有する、請求項１に記載のろ過マスク。
12. 前記フラップが可撓性フラップである、請求項１に記載のろ過マスク。
13. 前記可撓性フラップが、前記可撓性フラップにかかる機械的な力又は内部応力により、前記封止面の方に押圧されない、請求項１２に記載のろ過マスク。
14. 前記フラップが、中立状態で、前記封止面と接触するように付勢されない又は押し動かされない、請求項１２に記載のろ過マスク。
15. 前記可撓性フラップは、本質的に重力が前記フラップにかかっているとき、付勢されていない状態で前記封止面から著しく垂下して離れず、前記弁は、前記フラップが前記封止面より下に配置されるような向きに配置される、請求項１２に記載のろ過マスク。
16. 前記フラップは、前記弁がどのような向きであっても、中立状態で前記フラップが前記封止面の方に付勢されることなく、前記封止面と接触する、請求項１２に記載のろ過マスク。
17. 前記可撓性フラップは、前記弁がどのような向きでも、前記フラップが前記封止面の方にプレストレス又は付勢力を加えられることなく、前記封止面と気密型の接触をする、請求項１２に記載のろ過マスク。
18. 前記フラップの剛性が、少なくとも５．９×１０^−１１Ｎ／ｍ^２である、請求項１に記載のろ過マスク。
19. 前記フラップの剛性が、少なくとも８．６×１０^−１１Ｎ／ｍ^２である、請求項１に記載のろ過マスク。
20. 前記フラップの剛性が、少なくとも１．１×１０^−１０Ｎ／ｍ^２である、請求項１に記載のろ過マスク。
21. 前記剛性が、９．５×１０^−５Ｎ／ｍ^２未満である、請求項１８に記載のろ過マスク。
22. 前記フラップの剛性が、３．４×１０^−５Ｎ／ｍ^２未満である、請求項１８に記載のろ過マスク。
23. 前記フラップの剛性が、３．２×１０^−７Ｎ／ｍ^２未満である、請求項１８に記載のろ過マスク。
24. 前記呼気弁が、フラッパー式の呼気弁である、請求項１に記載のろ過マスク。
25. 前記呼気弁が、ボタン式の呼気弁である、請求項１に記載のろ過マスク。
26. 前記呼気弁が、８５Ｌ／分の流量で６０Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
27. 前記呼気弁が、８５Ｌ／分の流量で３０Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
28. 前記呼気弁が、８５Ｌ／分の流量で１０Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
29. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分の流量で２５Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
30. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分の流量で２０Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
31. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分の流量で１０Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
32. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分〜８５Ｌ／分の流量で３０Ｐａ未満の通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
33. 前記呼気弁が、１０ｃｍ^３／分未満の漏れ量を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
34. 前記呼気弁が、８ｃｍ^３／分未満の漏れ量を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
35. 前記呼気弁が、６ｃｍ^３／分未満の漏れ量を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
36. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分で２５Ｐａ未満の開弁通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
37. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分で２０Ｐａ未満の開弁通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
38. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分で１０Ｐａ未満の開弁通気抵抗を示す、請求項１に記載のろ過マスク。
39. 前記呼気弁が、１０Ｌ／分で約６〜１８Ｐａの通気抵抗を示す、請求項３６に記載のろ過マスク。
40. 弁効率が、約２５ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分以下である、請求項１に記載のろ過マスク。
41. 弁効率が、約７ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分以下である、請求項１に記載のろ過マスク。
42. 弁効率が、約１ｍＷ・ｇ・ｃｍ^３／分以下である、請求項１に記載のろ過マスク。
43. ａ）ヒトの少なくとも鼻および口を覆って適合し、着用時に内部気体空間を画定するように構成されているマスク本体、並びに、
    ｂ）外部気体空間と前記内部気体空間との間の流体連通を可能にする吸気弁であって、
    （ｉ）弾性封止面と、吸入される空気が通過し得るオリフィスとを備える弁座、および、
    （ｉｉ）弁が閉鎖位置にあるとき前記弾性封止面と接触するように、且つ、吸気することに応答して前記弾性封止面から離れることができ、吸入される空気が前記オリフィスを通過して前記内部気体空間に流入できるように、前記弁座に取り付けられているフラップ、
    を備える吸気弁、
    を備える、ろ過マスク。
    
    

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