JP2012527312A - 耐用期間インジケータをマスクするためのカバーを有するフィルターカートリッジ - Google Patents

Abstract

吸着濾材４２と、耐用期間終了（ＥＳＬＩ）インジケータ４０と、ハウジングと、ハウジングカバー２４と、含む、フィルターカートリッジ１２。ハウジング２２は、それを通じてＥＳＬＩ４０が見えるようにする窓枠を有する側壁２６を有する。カバー２４は、ハウジング側壁２６の第１外辺部２８に固定されて、空気処理表面３２及び不透明な延長部３６を有する。不透明な延長部３６は、延長部がハウジング側壁２６の外側表面に対して並列に配置されるように、カバー２４上に位置付けられる。カバー延長部３６はまた、ＥＳＬＩ４０がそれを通じて見えるように、内部に位置する窓枠も有する。カバー２４上の不透明な延長部３６及び延長部３６内のウィンドー３８の提供は、フィルターカートリッジ１２の製造中に、センサーの整合位置が常に達成されるようにＥＳＬＩ４０が適切にマスクされることを可能にする。

Description

本発明は、耐用期間終了インジケータが正確に可視化され得るように、フィルターカバー延長部に位置するウィンドーを有するフィルターカートリッジに関する。

フィルターカートリッジは、空気がレスピレータの着用者によって吸入される前に空気を濾過するために、レスピレータマスク本体に一般的に取り付けられる。レスピレータフィルターカートリッジの例は、以下の米国特許第７，３２０，７２２（Ｂ２）号（Ｍｉｔｔｅｌｓｔａｄｔら）、同第７，４１９，５２６号（Ｇｒｅｅｒら）及び同第６，２７７，１７８号（Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ−Ｂｒｏｗｎら）に示される。

いくつかのフィルターカートリッジは可視の色変化信号をレスピレータ着用者に提供する−耐用期間終了インジケータ、すなわちＥＳＬＩを有する。この可視の信号（場合によって「反応信号」と称される）は、フィルターカットリッジがその耐用期間を終えるときを指示する。ＥＳＬＩを使用するカートリッジの例は、以下の米国特許第４，５３０，７０６号、同第４，３２６，５１４号及び同第４，１５４，５８６号に記載される。これらの製品それぞれにおいて、フィルターカートリッジは、それを通してＥＳＬＩを見ることができる透明な側壁又はシェルを備える。しかしながらＥＳＬＩ比色分析センサーは、多くの場合、指示ゾーンにおいて、漸進的色変化を呈する。したがって、色の変化がどの時点において、フィルターカートリッジを交換するべきであるほど顕著であるか、判断するのが難しい場合がある。この難しさは一般的に、フィルターカートリッジを交換する時期の指標である、特定の色変化を特定するためのユーザーの訓練を必要としてきた。この問題に対処するため、米国特許第６，４９７，７５６号（Ｃｕｒａｄｏら）は、フィルターカートリッジを交換する時期の特定において、着用者に所望の安全範囲を提供するために、インジケータの下流端部の既定部分を不明瞭にするため、センサーディスプレイ領域を囲む不透明な境界によって画定されたディスプレイウィンドーを記載する。

センサー反応信号の開始における、依然として利用可能なカートリッジ耐用期間の割合が、ハウジング内のセンサーの軸方向の配置に強く依存するため、適切なＥＳＬＩの配置に対する必要性が、製造者の作業に更に顕著な正確性を要求する。センサーが二元性であることを意図される場合、すなわち、アナログ型の読み取り（カートリッジの交換の前に空間的に漸進的な色変化が見られる場合）に対して、第１の可視の色変化において、カートリッジ交換の必要性が生じる場合、センサーは比較的小さくなくてはならず、これはセンサー配置の正確性に対する顕著な必要性を生じる。

この欠点を緩和するための手法は、約１センチメートル以上の特徴的な寸法の、ハウジング内の比較的大きなセンサーを使用することであった。接着ラベルなどのマスクが、生じるウィンドーを通じて反応信号のみを見ることができるよう、センサーに重なるようにカートリッジの外面に適切に位置付けられる。Ｎｏｒｔｈ Ｓａｆｅｔｙはこのような構成を有している、カートリッジＲＴ ４１Ｐ１００を販売している。ラベルの手法は、適切な反応ゾーンのみが見られることを可能にするが、僅かな位置的許容誤差で接着ラベルを配置することは、レスピレータフィルターカートリッジを大量製造しようとする際には場合により困難であり得る。

本発明は、（ａ）吸着濾材と、（ｂ）耐用期間終了（ＥＳＬＩ）インジケータと、（ｃ）吸着濾材及びＥＳＬＩが内部に配置されるハウジングであって、このハウジングは第１外辺部を有する側壁を有する、ハウジングと、（ｄ）ハウジング側壁の第１外辺部に固定されるカバーであって、このカバーは空気処理表面及び不透明な延長部を有し、不透明な延長部は、延長部がハウジング側壁の外側表面に対して並列に配置されるように、カバー上に位置付けられる、カバーと、（ｅ）ハウジング側壁及び不透明な延長部の両方を通じてＥＳＬＩが見えるようにするウィンドーと、を含む、新しいフィルターカートリッジを提供する。

上記のように、既知のフィルターカートリッジはカートリッジハウジング側壁を通じて可視のセンサーを使用してきた。しかしながら、これらのフィルターカートリッジは、フィルターカートリッジカバーの延長部のウィンドーをも提供することはなかった。このようなウィンドーの存在により、本発明はフィルターカートリッジ製造者が、典型的な製造アセンブリ技術を使用したセンサーの正確な位置付けをより容易に管理することを可能にする。したがって、ハウジング及びカバー構成は、部品を互いに接合する方法においては本質的に同じままであり得るが、カバーに関連するウィンドーの提供は、反応性センサーの位置合わせを、過去に行われてきたマスキングラベルの配置ではなく、フィルターカートリッジハウジング及びカバー構成の関数にすることを可能とする。本発明はしたがって、着用者が、ＥＳＬＩが反応信号を生成した時点を確認することを可能にする、適切に配置された観察ウィンドーを提供するために、追加的な部品又は追加的な製造工程を必要としない。したがって、適切なセンサーマスク配置のための許容誤差要件は、フィルターカートリッジ製造のために実質的な費用を追加することなく、常に満たされ得る。

用語解説
本明細書では、
「清浄な空気」は、汚染物質を取り除くために濾過された、ある量の大気周囲空気を意味する。
「汚染物質」は、気体、蒸気及び粒子（埃、霧及び煙を含む）並びに／又は一般的に気体、蒸気若しくは粒子とみなされない場合があるが、空気中に存在し、人間にとって有害であり得る他の物質を意味する。
「耐用期間終了インジケータ」又は「ＥＳＬＩ」とは、濾過能力の部分的な又は完全な消尽のために、フィルターがもはや使用に好適でなくなり得る時期に関する情報を人に提供することができる装置を意味する。
「延長」とは、典型的な構成を超えて、著しく寸法を増加させた条件を意味する。
「外部気体空間」は、吐き出された気体が、マスク本体及び／又は呼気弁を通過し、それらを越えた後に入る、周囲大気中の気体空間を意味する。
「フィルターカートリッジ」とは、濾材又は濾過媒体を囲うように主に設計され、個人用呼吸保護装置のマスク本体に接続するように適合された構成を意味する。
「濾材」又は「濾過媒体」とは、清浄な空気を提供するように適合された部品又は要素の構造又は組み合わせを意味する。
「ハウジング」とは、別の品目を収容するために作られた部品の構造又は組み合わせを意味する。
「一体の」とは、当該部分が、同時に一緒に作製されるのであって、その後一緒にされる２つの別個の部品ではないことを意味する。
「内部気体空間」は、マスク本体と人の顔面との間の空間を意味する。
「並置される」又は「並列に配置される」とは、ほぼ並行な関係で配置されているが、必ずしも互いに接していないことを意味する。
「マスク」とは（「マスク本体」と称さない場合）、マスクの反対側にある物体の視界を制限する能力を有することを意味する。
「不透明の」とは、透明であるものよりも顕著に可視光の通過を制限することを意味する。
「窓枠」とは、空気透過性であっても、なくてもよいウィンドーの平坦な透明な領域を意味する。
「反応信号」とは、フィルターカートリッジを交換する時期が到来したことを観察者に告げる、可視の指示を意味する。
「吸着剤」とは、吸収、吸着、化学吸着、分解、反応、触媒又は他の好適な手段によって、汚染物質を捕捉、閉塞又は交換することができる材料を意味する。
「透明」とは、「透明」という語で修飾される、構造の反対側の所望の画像を見るために、可視光が十分に通過することができることを意味し、
「ウィンドー」とは、人にそれを通じて見る能力を提供する構造を意味する。

本発明によるレスピレータ１０の斜視図。 本発明によるフィルターカートリッジ１２の斜視図。 直線３−３に沿ってとった、図２に図示されるフィルターカートリッジ１２の断面図。 図１〜３に図示されるフィルターカートリッジの１２の背面図。 ハウジング２２及びカバー延長部３６の拡大断面図。 ＥＳＬＩ ６０の断面図。

図１は、マスク本体１４の相対する側部に固定され得るフィルターカートリッジ１２を有するレスピレータ１０を示す。マスク本体１４は着用者の顔にぴったりとフィットするように作られる。この目的のため、レスピレータ１０は、マスク本体１４を着用者の顔の方に引くためのハーネス１６を含む。ハーネス１６は、この目的のために、１つ以上のストラップ１８を含み得る。ストラップ１８がマスク本体１４に接合されてもよく、バックル２０の使用によって長さを調節され得る。フィルターカートリッジ１２は、差し込み取付部２１、ねじ手段又はカートリッジ１２をマスク本体１４に固定するための他の任意の好適な手段によって、マスク本体１４に取り付けられ得る。フィルターカートリッジ１２は、ハウジング２２及びカバー２４を有し、これはフィルターカートリッジ１２を通じてマスクの内側に引かれる周囲空気を濾過するための濾過媒体を収容する。ユーザーによる呼気は、呼気弁２５を通じて内部気体空間から外部気体空間へと通過する。

図２〜４は、フィルターカートリッジ１２が、第１外辺部２８から第２外辺部３０に延びる側壁２６を有する、ハウジング２２を含み得ることを例示する。カバー２４は、カバー２４の周辺部に沿って位置する空気処理表面３２及び固定フランジ３４を含み得る。カバー２４は、ハウジング外辺部２８で側壁２６に固定され得る。カバー２４は、内部に位置するウィンドー３８を含む、不透明な延長部３６を更に含み得る。ウィンドー３８は、耐用期間終了インジケータ（ＥＳＬＩ）４０がそれを通じて見えるようにする。ウィンドー３８は周囲に位置する不透明なフレーム３９を有し、ウィンドーに注目を引き、インジケータに対して９０°のＥＳＬＩ観察を促進する。延長部３６は、例えばプラスチック樹脂などのカバーを含む材料の選択若しくは色素の選択によって、又は不透明な媒体を延長部３６の内面若しくは外面に印刷することによって、不透明に作ることができる。延長部３６が不透明であるとみなされるために、延長部３６全体が不透明である必要はない。例えば、ウィンドーを画定するために十分な部分のみが不透明である必要がある。したがって、延長部３６の少なくとも一定の部分が不透明であり、他の部分は透明であり得る。延長部３６は、カバー２４の固定フランジ３４から離れるように延びてもよく、それによってこれはハウジング側壁２６全体の深さの実質的な部分の上に位置する。あるいは、延長部３６は、フランジ３４の１つ又は２つの区分３７でのみ、固定フランジ３４から延びていてもよい。したがって、第１延長部及び第２延長部は、ハウジング側壁２６の相対する部分４１、４１’（図４）にわたって提供され得る。延長部３６は、約３〜６センチメートル（ｃｍ）長さ×約１〜２ｃｍ幅（深さ）であるように構成され得る。ハウジング側壁２６に窓枠を提供するに当たり、側壁はその表面全体の多くにわたって透明であってもよく、ＥＳＬＩ ４０の付近でのみ透明であってもよく、それによってウィンドー３８を通じて見ている人が、ＥＳＬＩ ４０を見る際に視界を阻害されない。ＥＳＬＩは、ハウジング側壁２６の内側表面に対して並列に配置され得る。ウィンドー３８はしたがって、不透明な延長部３６内に位置する第１の窓枠及びハウジング側壁２６内に位置する第２の窓枠を有してもよい。第１の窓枠は空気の移送を可能にする開放窓枠であってもよく、一方で第２の窓枠は気体の移送に対して不透過性の中実窓枠であり得る。加えて、複数のウィンドー３８は、１つ以上の延長部で使用されて、複数のＥＳＬＩがまた使用されることを可能にし、それによって各ＥＳＬＩは、酸性気体、アンモニア、ホルムアルデヒド及び有機蒸気、又は異なる有機蒸気汚染濃度に対処する（本特許出願と同日に出願される米国特許出願第６１／１８０，４９２号、表題「Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ」を参照。窓枠は、これに対して垂直に見たときに、円形に加えて、例えば、矩形、楕円形、三角形、五角形、六角形、八角形など、様々な形状を取り得る。

フィルターカートリッジの使用中、周囲空気は、空気処理表面３２に位置する一連の取り込みポート４３を通じて移動する。この空気はその後、濾材４２を通過し、ここで周囲空気中に存在する汚染物質が除去される。濾材４２を通過した後、空気はフィルターカートリッジ１２の基部４６に対して並置されるプレナム４４に入り得る。プレナム４４内に存在する空気はその後、フィルターカートリッジ出口ポート４８を通過する。濾過された空気はその後、マスク本体１４の内部気体空間に入ることがあり、ここで空気はレスピレータ着用者によって吸入される。空気がフィルターカートリッジを通じて移動する際に、空気中に存在する汚染物質がＥＳＬＩと相互作用する。一度十分な濃度の汚染物質がＥＳＬＩと相互作用すると、これは変色する。変色は勾配の形態をとる場合があり、したがって、見る必要のない変色はマスクすることが望ましい場合がある。したがって、この目的のために提供されるウィンドー３８は、ハウジング２２の側壁２６に沿って適切に位置付けられなくてはならない。ウィンドー３８の位置付けは、使用されている特定のＥＳＬＩ及びフィルターカートリッジ１２内におけるその位置に依存する場合がある。適切な反応信号を提供するためのウィンドーの所望の位置は、「整合位置」と称される。

いくつかのＥＳＬＩは、インジケータから９０°で見ない場合に、異なる色を有するように見える場合がある。このような非垂直な観察によるリーダー誤差を排除するため、及びインジケータの十分な可視性を可能にするために、図５に示されるようなウィンドーは、好ましくは、約２０〜７０°、典型的には約３０〜６０°及び更により典型的には約４５〜５５°の角度オメガθによって画定される円錐を通じてのみＥＳＬＩを見ることができるように構成される。角度θは、ウィンドーから垂直に延びる直線５１から、ＥＳＬＩがウィンドー３８を通じてもはや見ることができないところまでこの直線５１から横方向にオフセットされた直線５３までの角度である。ウィンドーは典型的には、約２〜１０ミリメートル（ｍｍ）、より一般的には約３〜５ｍｍの直径ｄを有する。窓の厚さは、約１．２〜１２ｍｍ、より典型的には約３〜６ｍｍであり得る。ウィンドー厚さ対ウィンドー直径ｄの比率（縦横比）は、約０．１〜６、より典型的には０．５〜３及び更により典型的には約１〜１．５である。ウィンドーの表面又は開放面積は典型的には約３〜１００ｍｍ^２、より一般的には７〜２０ｍｍ^２である。カバー延長部３６は好ましくはカバー２４と一体であり、よってカバー２４が製造されるのと同時に、マスキング特性が提供され得る。基準インジケータ５２は、延長部３６上に、ウィンドー３８と隣接するように配置されてもよく、それによって着用者は、フィルターカートリッジの交換の必要性を指示する、ＥＳＬＩの特定の色、色相、及び／又は反射率を特定し得る。

本発明に関連するフィルターカートリッジの製造中、フィルターカートリッジハウジング、濾過媒体及びカバーは、現在既知の、又は将来開発される技術によって製造され得る。フィルターカートリッジハウジング及びカバーは、射出成型操作を使用して作製され得る。第１スクリム５４は、濾材４２を組み込む前に、プレナム４４の上部に位置付けられ得る。濾材４２は、気体又は蒸気汚染物質を除去し、１つ以上の望ましくない汚染物質を吸着することができる活性粒子を含む、濾材であり得る。吸着媒体は、活性炭及びアルミナなどの、様々な活性粒子を含み得る。米国特許第７，３０９，５１３号（Ｂｒｅｙら）、同第５，６９６，１９９号（Ｓｅｎｋｕｓら）、同第５，４９６，７８５号（Ａｂｌｅｒら）及び同第５，０７８，１３２号（Ｂｒａｕｎら）は例えば、本発明に関連して使用され得る様々な種類の活性粒子を記載する。活性粒子は、充填床又は結合床の形態であり得る（例えば、米国特許第５，０３３，４６５号（Ｂｒａｕｎら）及び同第６，３９１，４２９号（Ｓｅｎｋｕｓ）を参照）。ＥＳＬＩ ４０は、活性粒子導入の前に、ハウジング側壁２６の内側表面に対して配置され得る。ＥＳＬＩは、フィルター耐用期間が終了した際に適切な変色がウィンドー３８を通じて見られるように、ｙ寸法に対して適切に位置付ける必要がある。ｙ軸に沿った位置付けの僅かなずれが、反応信号における大きな差を生じる場合がある。第２スクリム５６が濾材４２の上流表面４５に配置されてもよい。上流スクリム５６は、活性粒子を適所に保持するのを助け、それを通じた低い圧力低下を提供し、これを通過する空気を適切に分配することを助ける、好適な繊維性媒体を含み得る。スクリム５４及び５６に使用され得る材料の例としては、不織布ポリエステル及び不織布ポリプロピレン、例えばスパンボンドウェブが挙げられる。濾材４２並びにスクリム５４及び５６がカートリッジハウジング２２内に適切に位置付けられた後、カートリッジカバー２４がハウジング側壁２６に固定されてもよい。固定は、例えば、溶接若しくは接着剤結合を含む、機械的、化学的又は物理的手段又は他の任意の好適な手段によって、フランジ３４において達成され得る。フィルターカートリッジ１２が適切に組み合わせられるように、カバー２４がハウジング２２に位置付けられるとき、ウィンドー３８はその適切な整合位置にある。本発明はしたがって、当該分野において一般的であり、ウィンドーの一貫した再現可能な位置付けを可能にする製造技術を使用して、このような位置合わせを達成させる。

本発明に関連して使用され得るＥＳＬＩは好ましくは、空気から濾過されることを所望される気体蒸気を吸収する又は吸着する受動センサーである。ＥＳＬＩは、フィルターがその耐用期間の終わりに達したという、適切な指示をレスピレータ着用者に提供することができる、本質的にあらゆる既知の又は将来開発される装置（受動又は能動）であり得る。受動耐用期間終了インジケータの例は、米国特許出願番号第２００８／００６３５７５（Ａ１）号及び同第２００８／００６３８７４（Ａ１）号（Ｒａｋｏｗら）に記載されている。利用され得るＥＳＬＩとしては、有機蒸気、反応性ガス、例えば、酸性ガス（例えば、ＳＯ_２、Ｃ１_２、ＨＣｌ、ＨＣＮ、ＨＦ、Ｈ_２Ｓ、及び窒素酸化物）及び塩基性ガス（例えば、アンモニア、メチルアミン）並びに塩化シアン（ｃｙｎｏｇｅｎ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及びホルムアルデヒドに反応するものが挙げられる。

図６に示されるように、これらの耐用期間終了インジケータ６０は、レスピレータフィルターカートリッジの排気口から排出口に流れる関心の蒸気を吸着し得る薄膜多層構成を含み得る。このような受動ＥＳＬＩは典型的には多孔質検出層６２、半反射性相６４及び反射性相６６を含む。多孔質検出層６２は、特定の蒸気の存在により変化する厚さを有する。半反射性相６４は、ＥＳＬＩの外部から可視であり、一般的に蒸気に対して透過性ではない。反射性層６６は蒸気に対して一般的に透過性ではなく、蒸気が反射性層を通じて検出層６２に入り、半反射性層６４を通じて見たときに、インジケータの外観の視覚的に認識可能な変化を生じるために十分に検出層光学厚さを変化させ得るように、濾過媒体に十分に近接している。

本発明に関連して使用されるＥＳＬＩは、剛性又は可撓性であり得る。これは、接着剤、物理的、充填技術又は機械的係合などの様々な手段によって、ハウジングカートリッジの内部に固定され得る。可撓性インジケータは望ましくは、これらが１つ以上のロール処理工程を使用して作製され得るために、破断することなく十分に屈曲可能である。

ＥＳＬＩは、１つ以上のロール処理工程において扱われ得る、ガラス又は可撓性プラスチックフィルムなどの、任意の基材６８を含み得る。基材は望ましくは、関心の蒸気がＥＳＬＩ検出層を透過して出入りすることがないように、十分に低い蒸気透過性を有する。多孔質基材は、反射性層と吸着媒体との間に配置され得る。例えば、関心の蒸気は、吸着媒体から透過性基材、及び反射性層を通じ、そこから検出層へと入ることが可能である。ＥＳＬＩの全体的な厚さ（基材を除く）は約０．５〜２マイクロメートル（μｍ）である。

半反射性層及び反射性層は、それぞれ、拡散又は好ましい鏡面性の光反射をもたらす様々な材料から作製され得、これらは適当に離間したとき協調して、容易に視覚的に知覚可能なインジケータの外観の変化をもたらす。好適な半反射性層材料と反射性層材料には、アルミニウム、クロム、金、ニッケル、ケイ素、銀、パラジウム、プラチナ、チタン、及びかかる金属を含有する合金などの金属、酸化クロム、酸化チタン、及び酸化アルミニウムなどの金属酸化物、及び米国特許第５，６９９，１８８号（Ｇｉｌｂｅｒｔら）、同第５，８８２，７７４号（Ｊｏｎｚａら）、同第６，０４９，４１９号（Ｗｈｅａｔｌｅｙら）、及びＰＣＴ国際公開特許ＷＯ ９７／０１７７８号（Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋら）に記載された多層光学フィルム（複屈折性の多層光学フィルムを包含する）が包含される。反射性層及び半反射性層は、同じか、又は異なってよい。米国特許出願第１１／５３０，６１９号、表題「Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」に記載されるように、反射性層を形成するために、金属ナノ粒子コーティング（例えば、金属ナノ粒子インク）が使用されてもよい。

半反射性層は、反射性層ほど反射せず、いくらかの入射光線を透過する。半反射性層は、例えば、約２〜約５０ナノメートル（ｎｍ）の物理的厚さ、５００ｎｍにおいて約２０〜約８０％の光透過性及び５００ｎｍにおいて約８０〜約２０％の反射性を有し得る。半反射性層はそれ自体が蒸気に対して不透過性であってよく（かつその場合望ましくは連続的である）、かつ任意により好適な基材上にコーティングされるかないしは別の方法でこれに隣接する。半反射性層はまた、蒸気に対して透過性であってもよく（その場合、例えば、非連続的又は半連続的であってよい）、好適に蒸気不透過性の基材上にコーティングされるか、ないしは別の方法で隣接する。検出層に隣接する半反射性層の面は、望ましくは約±１０ｎｍ以内の精度で平坦である。

反射性層は、例えば、約１〜約５００ナノメートル（ｎｍ）の物理的厚さ、５００ｎｍにおいて約０〜約８０％の光透過性及び５００ｎｍにおいて約１００〜２０％の反射性を有し得る。反射性層は好ましくは、多孔質、パターン付き、非連続、半連続的ないしは別の方法により、蒸気が吸着媒体から反射性層を通じて検出層へと入ることができるように十分に透過性である。

検出層の混合物は、均質、又は不均質であってよく、例えば、無機化合物の混合物、有機化合物の混合物、又は無機及び有機化合物の混合物から作製することが可能である。構成成分の混合物から作製される検出層は、分析物群の改善された検出を提供できる。検出層は、望ましくは、吸着媒体の蒸気収着特性と同様な、蒸気収着特性をもたらすように選択された、孔径、又は表面積の範囲を有する。好適な多孔性は、米国特許第６，５７３，３０５（Ｂ１）号（Ｔｈｕｎｈｏｒｓｔら）に記載されるものなどのような、高内相エマルションから作製されるフォームなどの多孔質材料を使用して得ることができる。多孔性はまた、ミクロ孔質材料を作製するために二酸化炭素のフォーミングを介して（「Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、２００１、３４巻、ｐｐ．８７９２〜８８０１を参照）又はポリマーブレンドのナノ相分離（「Ｓｃｉｅｎｃｅ」、１９９９、２８３巻、ｐ５２０参照）によって得ることもできる。一般的に、孔の直径は、好ましくは、望ましいインジケータ着色のピーク波長よりも小さい。例えば約０．５〜約２０ｎｍ、０．５〜約１０ｎｍ、０．５〜約５ｎｍの平均孔径のナノサイズの孔が好ましい。

典型的な無機検出層材料としては、光学的干渉によって色、又は比色分析の変化を生じるために適当な厚さの、透明及び多孔質の層に形成され得る多孔質シリカ、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、又は他の無機材料を含む。例えば、無機検出層材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化チタン、酸窒化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、ゼオライト、又はこれらの組み合わせであってよい。多孔質シリカは、堅牢性及び湿式エッチング処理との適合性のために、特に望ましい無機検出層材料である。

代表的な多孔質シリカ物質は、ＯｇａｗａらのＣｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．ｐｐ．１１４９〜１１５０（１９９６）、ＫｒｅｓｇｅらのＮａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５９，ｐｐ．７１０〜７１２（１９９２）、ＪｉａらのＣｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３３（２），ｐｐ．２０２〜２０３（２００４）、及び米国特許第５，８５８，４５７号（Ｂｒｉｎｋｅｒら）に記載されている。様々な有機分子もまた、有機テンプレートとして使用することができる。例えば、グルコース及びマンノースなどの糖類が、多孔質シリケートを生成するための有機テンプレートとして使用されてもよい（Ｗｅｉら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１９９８，Ｖｏｌ．１０，ｐ．３１３（１９９８）を参照）。

代表的な有機検出層材料には、疎水性アクリレート及びメタクリレート、二官能モノマー、ビニルモノマー、炭化水素モノマー（オレフィン）、シランモノマー、フッ素化モノマー、ヒドロキシル化モノマー、アクリルアミド、無水物、アルデヒド官能化モノマー、アミン官能化若しくはアミン塩官能化モノマー、酸官能化モノマー、エポキシド官能化モノマー、並びにこれらの混合物又は組み合わせを包含するモノマーのクラスから調製した又は調製可能な、ポリマー、コポリマー（ブロックコポリマーを包含する）、及びこれらの混合物が挙げられる。米国特許出願公開第２００４／０１８４９４８（Ａ１）号には、かかるモノマーの広範なリストが記載されている。固有ミクロ孔質を有する上述のポリマー（ＰＩＭｓ）は、特に望ましい検出層を提供する。ＰＩＭは、典型的には、ミクロ孔質の固体を形成する非網状ポリマーである。これらの典型的に、高度に剛性で回旋状の分子構造のために、ＰＩＭｓは、空間を有効に満たすことができず、したがって開示されるミクロ構造を提供する。好適なＰＩＭｓには、Ｂｕｄｄらの「Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｏｆ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｓｉｔｙ（ＰＩＭｓ）：ｒｏｂｕｓｔ，ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ，ｏｒｇａｎｉｃ ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００４，ｐｐ．２３０〜２３１）に開示されたポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。更なるＰＩＭｓは、ＢｕｄｄらのＪ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．，２００５，１５，ｐｐ．１９７７〜１９８６、ＭｃＫｅｏｗｎらのＣｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２００５，１１，Ｎｏ．９，２６１０〜２６２０、及び公開済みＰＣＴ出願国際公開第２００５／０１２３９７（Ａ２）号（ＭｃＫｅｏｗｎら）に開示されている。

検出層の厚さもまた、例えば、米国特許第６，０１０，７５１号（Ｓｈａｗら）に記載されているようにしてパターン付きであってもよい。パターンは消滅する（例えば、薄い方の部分を、厚い方の部分と同じ厚さまで膨潤させる場合）又は出現する（例えば、ある部分を、隣接する部分よりも薄い厚さまで縮小させる場合）ことができる。トリップ点に到達した時点を着用者が容易に特定できるようにする基準インジケータを提供するとき、検出層厚さは変更されて、ＥＳＬＩのトリップ点と同一である外観を達成し得る。あるいは、本発明のウィンドーを通じて見えるＥＳＬＩと構造的に同一のＥＳＬＩ基準は、その反応信号にされて、その状態で保存され得る。又は、基準ＥＳＬＩが所望の反応信号を表示するように、検出層はより厚く作られてもよい。この適合するＥＳＬＩは、基準インジケータとしてフィルターカートリッジの外側に配置されてもよく、それによってこれとウィンドーを通じて見える画像との間の比較を行うことができる。センサーの最終的な状態と一致するか又はこれに近い基準色を、適切な染料又は色素を使用して印刷することもまた可能である。ウィンドーを通じて見えるＥＳＬＩが、基準インジケータと同じに見える場合、着用者はフィルターカートリッジがその耐用期間の終わりに達したことを認識する。

ＥＳＬＩは、所望に応じ、追加の層、又は要素を含んでもよい。例えば、吸着剤充填コンポジットの多孔質層（例えば、上記の米国特許第４，２０８，１９４号などに記載されるフィブリル化されたＰＴＦＥのマトリックスに含まれる、活性炭粒子のウェブ）が、反射性層と吸着媒体との間に配置されてインジケータ内に浸透する蒸気を均質化するか、ないしは別の方法で吸着媒体における状態に対するインジケータの反応を和らげる。カートリッジが交換されるべきであることを指示する色又は色相にＥＳＬＩが変化するとき、このような外観における変化は、フィルターカートリッジの交換を必要とする、特定の吸着剤消耗レベルを反映するものである。換言すれば、フィルターカートリッジの製造者は、特定のレベルの吸着剤消耗が達成され得るように、特定のＥＳＬＩの選択及びウィンドーのその整合位置への位置付けを調節してもよい。吸着消耗のレベルの選択は、フィルターカートリッジが交換を必要とするものと特定される際に、吸着剤が１００％消耗されていないように、十分な緩衝を提供することを含む、様々な要因に依存し得る。吸着材消耗レベルは例えば、着用者が、ＥＳＬＩが十分な反応信号又はカートリッジの交換の必要性を指示する変色を経たことに気づくための十分な時間を有するように、１〜３時間の追加的な使用を提供するように特定され得る。

フィルターカートリッジはまた、粒子を除去するように作られた１つ以上の層の濾過媒体を含み得る。繊維性粒子フィルターは、粒子汚染物質を周囲空気から取り除くために、活性粒子の上流又は下流で使用され得る。様々な繊維性ウェブは粒子フィルターのために好適であり得る。これらのウェブは典型的には、例えば、Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅの「Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」４８ Ｉｎｄｕｓ．Ｅｎｇｎ．Ｃｈｅｍ．１３４２〜４６、及び１９５４年５月２５日に公開されたＮａｖａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．４３６４、表題「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｂｅｒｓ」（Ｖａｎ Ａ．Ｗｅｎｔｅら）に記載されるような、エアレイドプロセス、ウェットレイドプロセス、水流交絡、スパンボンドプロセス及びメルトブローンプロセスなどの技術により作製され得る不織布繊維性構造である。繊維性ウェブは、これらの技術の組み合わせ及びこれらの繊維の組み合わせを使用して作製され得る。マイクロファイバー、特にメルトブロウンマイクロファイバーは、フィルターとして使用される繊維ウェブに特に好適に使用される。本明細書に使用される際、「マイクロファイバー」は約３５マイクロメートル以下の有効直径を有する繊維を指す。有効繊維直径は、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ．の「Ｔｈｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｄｕｓｔ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｉｎｓｔ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇｎ．，Ｌｏｎｄｏｎ Ｐｒｏｃ．１Ｂ（１９５２）の等式番号１２を用いて算出され得る。濾過用途の場合、マイクロファイバーは、典型的に約３０マイクロメートル未満、より典型的には約１〜約１５マイクロメートルの有効繊維直径を有する。フィブリル化フィルムから作製された繊維が使用されてもよい。例えば、米国特許第ＲＥ３０，７８２号、同第ＲＥ３２，１７１号、同第３，９９８，９１６号、及び同第４，１７８，１５７号（Ｖａｎ Ｔｕｒｎｏｕｔ）を参照。本発明のプロセスによって作製される不織布ウェブは、２、２．１、２．２及び２．３を超える品質係数ＱＦを呈し得る。

また短繊維は、マイクロファイバーと組み合わされ、ウェブロフトを改善できる、すなわち、その密度を減少できる。ウェブ密度の減少でウェブに対する圧力低下を小さくでき、空気はより容易にフィルターを通過できる。より小さい圧力低下が、個人用呼吸保護装置において特に望ましい、というのは、それらが、呼吸用マスクの着用をより快適にする。圧力低下が小さければ小さいほど、フィルターを通して空気を吸うために必要なエネルギーは少なくなる。負圧マスクを着用する呼吸用マスク着用者（すなわち、フィルターを通して空気を吸うために着用者の肺にからの負圧を必要とする呼吸用マスクである）は、したがって濾過空気を呼吸するためにそれほど労力を要さない。また、より小さいエネルギー消費は、動力フィルターシステムに有益であり、ファンを動力で動かすことに関連するコストを下げ、バッテリー動力システムのバッテリーの耐用年数を延長する。典型的な不繊布繊維性フィルターでは、約９０重量％以下の短繊維が存在し、より典型的には約７０重量％以下の短繊維が存在する。多くの場合、繊維の残余は、マイクロファイバーである。短繊維を含有するウェブの例が、Ｈａｕｓｅｒに対する米国特許第４，１１８，５３１号に開示されている。

本発明は着用者の鼻、口及び目を被覆するフルフェースのレスピレータマスクを使用して例示されてきたが、本発明はまた、着用者の鼻及び口のみを被覆するハーフマスクに関連して使用され得る。更に、本発明に関連して使用されるフィルターカートリッジは、マスク本体に恒久的に又は取り外し可能に取り付けられ得る。加えて、レスピレータは、マスク本体に取り付け可能な１つ以上のフィルターカートリッジを有し得る。ハーネスはまた様々な構成を有してもよく、着用者の頭部にレスピレータを指示するためにクラウン部材などの追加的な部品を含んでもよい。したがって、フィルターカートリッジ上に配置される耐用期間終了インジケータを有するレスピレータマスクを提供する際に、本発明により様々な実施形態が想到される。

ＥＳＬＩ調製
２．０リットル（Ｌ）の三口丸底フラスコ内で、９００（ｍＬ）の無水Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に、３３．４３５７グラム（ｇ）の３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダン−５，５’６，６’−テトラオール（テトラオール）及び１９．８０１６ｇのテトラフルオロテレフタロニトリル（ＴＦＴＮ）を溶解させた。溶液は、機械的撹拌機で撹拌され、溶液に窒素を１時間泡出させた。８１．４４９１ｇの炭酸カリウムをこの溶液に追加した。フラスコは６８℃の油槽内に配置された。この混合物が、窒素雰囲気下において、６５時間、高温で撹拌された。重合混合物が、９．０Ｌの水に注がれた。真空濾過によって形成した沈殿物を単離させて、６００ｍＬのＭｅＯＨで洗浄した。単離させた物質を受け皿に広げ、一晩風乾させた。固体を広口瓶の中に配置し、真空下６８℃で４時間乾燥させた。生じた黄色い粉末を、４５０ｍＬのＴＨＦに溶解させた。溶液を、９．０Ｌのメタノールにゆっくりと注いだ。形成した沈殿物を真空濾過によって単離させた。単離させた物質を受け皿に広げ、一晩風乾させた。固体を広口瓶の中に配置し、真空下６８℃で４時間、乾燥させた。メタノール内の沈殿をもう一度実行した。生じた乾燥させた明るい黄色いポリマーは４２．８０ｇであった。光拡散検出を使用したＧＰＣによるポリマーの分析は、物質がおよそ３０，９００のＭ_ｎを有することを示した。

金属化したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材は、１０ｎｍ厚さのＮｉ金属層をＭｅｌｉｎｅｘ ＳＴ５０５クリアＰＥＴ上に蒸着することによって調製された。クロロベンゼン中の４重量％のＴＦＴＮ−ＰＩＭ溶液が調製され、溶液はスピンコーティングによってＮｉコーティングＰＥＴ上におよそ６００ｎｍの厚さで堆積された。銀ナノ粒子層は、１００ｇの１−メトキシ−２−プロパノールで希釈した、１００ｇの金属材料ナノシルバー懸濁液（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｎａｎｏｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＫｏｒｅａからのＤＧＰ−４０ＬＴ−１５Ｃ、メタノール中４０重量％の銀）を使用して、ＴＦＴＮ−ＰＭ層上へと溶液堆積された。銀懸濁液は、ＰＩＭ層上にスピンコーティングされた。堆積後、銀ナノ粒子を焼結するため、全体的なセンサー構造体が１５０℃で１時間加熱された。生じた薄膜インジケータは、透明なＰＥＴ基材を通じて垂直に視覚的に観察した際に、緑色の外観を有した。

カートリッジアセンブリ
フィルターカートリッジハウジングは、透明スチレン（Ｃｈｅｖｒｏｎ−ＰｈｉｌｌｉｐｓからのＫ−Ｒｅｓｉｎ）から成形された。Ｒｅｍａｙ（商標）スパンボンドポリエステル（Ｌｏｎｄｏｎ，Ｕｎｉｔｅｄ ＫｉｎｇｄｏｍのＦｉｂｅｒｗｅｂから入手可能）から作製されたスクリムは、ハウジングの底部で適所に溶接された。光学転写接着剤（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙからの３Ｍ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ ８１７２）が使用されて、ＰＥＴとカートリッジ側壁との間に結合部を作製することによってインジケータをハウジングの透明な内壁に接着させた。残りの濾過カートリッジ体積はその後、４５．８ｇの活性炭吸着剤（Ｋｕｒａｒａｙ ＣｏｒｐからのＧＧ ｃａｒｂｏｎ、１２×２０網目サイズの）で充填した。

図１〜３に図示される延長部を有するカートリッジ入口カバーは、ラピッドプロトタイプＡＢＣプラスチックを使用して作製された。やはりＲｅｍａｙ（商標）スパンボンドポリエステルから作製される第２スクリムが、カバーの内側表面に接着された。カバースクリムアセンブリはその後、ハウジングに超音波溶接され、プロセスで炭素を圧縮した。ウィンドーは約５ｍｍの厚さｔ、約４．２ｍｍの直径ｄ、約１３．９ｍｍ^２の表面積及び約５０°の視覚θの円錐角を有する。生じるカートリッジは、いかなる露出の前に、ウィンドーを通じて見た際に、緑色に見えるＥＳＬＩを呈した。カートリッジが傾いて観察者の視線が角度θ外にある際に、インジケータは見えなくなった。

本発明は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更を加えられてもよい。したがって、本発明は、上記に限定されないが、以下の請求項及び全てのその等価物に詳述する制限によって規制される。

本発明はまた、本明細書に具体的に開示されないいずれかの要素がない場合でも、好適に実施されることがある。

上記の全ての特許及び特許出願は、背景技術部分のものを含め、全体的に参考として本明細書に組み込まれる。そのような組み込まれる文献の開示と上記明細書との間に不一致又は矛盾がある限りにおいては、上記明細書が優先される。

Claims (20)

1. （ａ）吸着濾材と、
   （ｂ）耐用期間終了（ＥＳＬＩ）インジケータと、
   （ｃ）前記吸着濾材及びＥＳＬＩが内部に配置されるハウジングであって、前記ハウジングは第１外辺部を有する側壁を有する、ハウジングと、
   （ｄ）前記ハウジング側壁の前記第１外辺部に固定されるカバーであって、前記カバーは空気処理表面及び不透明な延長部を有し、前記不透明な延長部は、前記延長部が前記ハウジング側壁の外側表面に対して並列に配置されるように、前記カバー上に位置付けられる、カバーと、
   （ｅ）前記ハウジング側壁及び前記不透明な延長部の両方を通じて前記ＥＳＬＩが見えるようにするウィンドーと、を含む、フィルターカートリッジ。
2. 前記不透明な延長部が、前記ハウジング側壁を通じて可視の前記ＥＳＬＩの少なくとも一部をマスクする、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
3. 前記ウィンドーは第１の窓枠及び第２の窓枠を含み、前記第１の窓枠は前記カバー延長部内に存在し、前記第２の窓枠は前記ハウジング側壁内に存在し、前記第１の窓枠は空気に対して透過性である一方で前記第２の窓枠は空気に対して不透過性である、請求項２に記載のフィルターカートリッジ。
4. 前記不透明な延長部が前記カバーと一体である、請求項２に記載のフィルターカートリッジ。
5. 前記延長部が前記カバーの周辺部に沿って位置する固定フランジから延びる、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
6. 前記延長部が前記固定フランジの一区分のみから延びる、請求項５に記載のフィルターカートリッジ。
7. 第１延長部及び第２延長部が前記固定フランジの第１区分及び第２区分から延びる、請求項６に記載のフィルターカートリッジ。
8. 前記第１延長部及び第２延長部が前記ハウジング側壁の相対する部分上に配置される、請求項７に記載のフィルターカートリッジ。
9. 第１延長部及び第２延長部が前記ハウジング側壁の前記外側表面の第１の相対する部分及び第２の相対する部分に対して並列に配置される、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
10. 前記延長部は約３〜６ｃｍの長さ及び約１〜２ｃｍの幅である、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
11. 複数のＥＳＬＩが見えるようにするために、１つ以上の延長部に１つ以上のウィンドーを含む、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
12. 各ウィンドーは異なる汚染物質又は異なる汚染濃度に対応する、請求項１１に記載のフィルターカートリッジ。
13. 前記延長部の一部のみが不透明である、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
14. 前記ＥＳＬＩが、ウィンドー位置において前記ハウジング側壁の内側表面に対して並列に配置される、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
15. 前記ＥＳＬＩは、多孔質検出層、半反射性層及び反射性層を含み、前記検出層は、前記半反射性層と前記反射性層との間に並置される、請求項１４に記載のフィルターカートリッジ。
16. 前記不透明な延長部は前記ウィンドー周辺に位置する不透明なフレームを有する、請求項１４に記載のフィルターカートリッジ。
17. 前記ウィンドーは、３〜１００ｍｍ^２の表面積を有する、請求項１６に記載のフィルターカートリッジ。
18. 請求項１に記載のフィルターカートリッジが１つ以上取り付けられている、マスク本体。
19. ハーネス及び請求項１８に記載のマスク本体を含む、レスピレータ。
20. （ａ）マスク本体と、
    （ｂ）前記マスク本体に取り付けられたハーネスと、
    （ｃ）前記マスク本体に取り付け可能な１つ以上のフィルターカートリッジであって、前記１つ以上のフィルターカートリッジは、ハウジング、耐用期間終了インジケータ（ＥＳＬＩ）及びカバーを含み、前記ＥＳＬＩは、前記ハウジングの側壁の内側表面に対して並置され、前記カバーは前記ハウジングの側壁の外側表面に対して並置される延長部を含み、前記延長部は、観察者がそれを通じて前記ＥＳＬＩを見ることができるウィンドーを有する、１つ以上のフィルターカートリッジと、を含む、レスピレータ。

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