JP2013530822A - ロール巻きタイプのハウジング側壁を有するフィルタカートリッジを作製する方法 - Google Patents

Abstract

フィルタカートリッジを作製する方法であって、（ａ）互いに結合された活性粒子をそれぞれが含有する第１及び第２のフィルタ媒体層であって、それぞれが外周部を備える第１及び第２のフィルタ媒体層を設ける工程と、（ｂ）間隔を置いた関係でフィルタ媒体層を積み重ねる工程と、（ｃ）各フィルタ媒体層の外周部の少なくとも一部分にロール巻きタイプのハウジング側壁を固定する工程とを含む方法が開示される。結果として得られるフィルタカートリッジは軽量であるが、容積を増加したものであり、それによって耐用寿命が改善される。このカートリッジは、耐用寿命と重量との比を非常に良好にする。
【選択図】図７

Description

本発明は、フィルタカートリッジを作製する方法に関するものであり、この方法では、ロール巻きタイプ材料がフィルタ媒体層の外周部に固定されてハウジング側壁を形成する。結果として得られるフィルタカートリッジは、清浄な濾過空気を着用者に与える呼吸用保護具における使用に好適である。

呼吸用保護具は、作業者又は他の者を空中に浮遊する危険物に関連した健康上の悪影響から保護する装置である。これらの装置は顔の周りで着用され、呼吸用の給気から望ましくない混入物を除去する働きをする。混入物は、煙霧、バイオエアロゾル、又は他の粒子などの固体粒子であってもよく、あるいは、気体若しくは蒸気、又はそのような物質の組合せであってもよい。

呼吸用保護具は、様々な形状及び形態で提供されており、一般には着用者の保護要求に従って設計されている。呼吸用保護具製品は、通常は防塵マスクと呼ばれる単純な濾過覆面部から、１つ以上の交換式濾過カートリッジ接続するエラストマーの覆面部を使用する更に高度なシステムへと多岐にわたる。一部の呼吸装置は、清浄な給気を着用者に送達するのを支援するために、送風器を更に利用している。これらの製品は通常、陽圧呼吸用保護具又は電動ファン付き空気浄化式呼吸用保護具と呼ばれている。

呼吸マスクと共に使用するための種々様々なフィルタカートリッジ設計が、長年にわたって開発されてきた。典型的なフィルタカートリッジは、ハウジング内に配設された活性粒子のフィルタ媒体を収容している。いくつかの設計では、活性炭の充填層が、金属製の入れ物に入れて（例えば米国特許第４，５４３，１１２号を参照）、あるいは支持板の間に挟んで（例えばグリーア（Greer）らへの米国特許第７，４１９，５２６Ｂ２号を参照）使用されてきた。他のカートリッジでは、活性粒子を収容するために、射出成形されたプラスチックハウジング（例えば、ブラウン（Braun）らへの米国特許第５，０７８，１３２号及び同第５，０３３，４６５号を参照）が使用されてきたが、活性粒子は、接合用構成要素（同様に例えば、センクス（Senkus）らへの米国特許第５，９５２，４２０号及びレコウ（Rekow）らへの米国特許第６，２１６，６９３号を参照）によって互いに保持され得る。更に最近の設計において、研究者らは、全体的なカートリッジ重量を低減するために、熱成形する工程を用いてカートリッジハウジングを作製している（バイナー（Viner）らへの米国特許第７，４９７，２１７号及び同第６，８７４，４９９号を参照）。熱成形されたハウジングを用いると総重量は低減され得るが、既知のフィルタカートリッジは、金属又はプラスチックのハウジングを使用するものであり、完成したハウジング構造に伴う重量の増加に依然として対処しなければならない。典型的なフィルタカートリッジはまた、フィルタ媒体にかかる圧力降下を低減するために、二系統流れのパターンを備えていない。中央プレナムによって分離されたフィルタ媒体の２つの離間した層を含む、分岐した又は二系統流れのカートリッジもまた開発されてきたが（ブロストロム（Brostrom）らへの米国再発行特許第３５，０６２号を参照）、これらの二系統流れの製品はしかしながら、カートリッジの外周部を画定するハウジング側壁を有するものではなかった。結果として、二系統流れのカートリッジは一般に、より体積の小さいフィルタ媒体を収容することとなり、それによってフィルタカートリッジの耐用寿命に制限が課せられることになっていた。既知のフィルタカートリッジ製品はしたがって、重量と耐用寿命との対立に直面してきたが、これについて本発明は以下で議論するように対処する。

本発明は、フィルタカートリッジを作製する新しい方法を提供するものであり、その方法は、互いに結合された活性粒子をそれぞれが含有する第１及び第２のフィルタ媒体層であって、それぞれが外周部を備える第１及び第２のフィルタ媒体層を設ける工程と、間隔を置いた関係でフィルタ媒体層を積み重ねる工程と、フィルタ媒体層の外周部の少なくとも一部分にロール巻きタイプのハウジング側壁を固定する工程とを含む。

本発明の方法は、中央空間で分離されたフィルタ媒体の２つの層を有するので、広い露出表面積を濾過用に有するフィルタカートリッジを提供することができる。本発明においてハウジング側壁を設けることにより、より大きな深さ又は厚さを、結果として得られるフィルタカートリッジに与えることが可能となり、それによって容積が増加し、製品の耐用寿命も延長されることになる。更に、フィルタカートリッジの合体した個々の構成要素が（それら自体は一般に軽量であり、構造上の容量は小さい）、フィルタカートリッジとして機能するのに十分な構造的な完全性又は剛性を有する３次元の軽量な製品を提供するという点で、本発明は独特である。ハウジング側壁は、ロール巻きタイプ材料から得られ、それにより、結果として得られる製品は総容積に対して軽量となることができる。体積の増したフィルタ媒体が使用され得るため、製品の耐用寿命が延長でき、その結果耐用寿命と重量又は体積との比がより大きくできる。更に、本発明の方法は、多層状のカートリッジ構造にもかかわらず、組立て作業が迅速に達成され得るという点で有利である。個々の層は、ハウジング側壁を形成するのと同時に互いに接合され得る。そのプロセスはしたがって、製造し易くなり、それによって製品コストを低減し得る。

用語
下記に説明する用語は以下に定義されたような意味を有する。

「活性粒子」は、触媒作用及び／若しくはイオン交換などの化学的性質、並びに／又は、閉じ込め、吸着、吸収、若しくはそれらの組合せなどの物理的性質を含めた、いくつかの特徴又は性質に起因するいくつかの作用又は機能を実施するのに特に適している粒子又は粒体を意味する。

「接合された」は、別の接触用構成要素又は物質の使用によって互いに結び付けられたことを意味する。

「清浄な空気」は、汚染物質を除去するために濾過された、ある体積の大気中の周囲空気を意味する。

「外部気体空間」は、吐き出された気体がマスク本体及び／又は呼気弁を通り抜けた後に入る、周囲大気の気体空間を意味する。

「フィルタカートリッジ」は、内部気体空間に空気が入る前に空気を濾過する目的で呼吸マスク本体に（脱着可能にあるいは永久的に）取付け可能である装置を意味する。

「フィルタ媒体」は、それを通過した空気から混入物を除去するように設計された通気性構造体を意味する。

「ハウジング側壁」は、その構造の側部の少なくとも一部分に位置する不通気性表面を意味する。

「結合させる」は、必ずしも直接、接触しないが（間に他の層があってもよい）、向き合うことを意味する。

「内部気体空間」は、マスク本体と人の顔との間の空間を意味する。

「多数」は、４以上を意味する。

「プレナム」は、複数の空気流路が別の空気流路と集まる又は合流する領域又は空間を意味する。

「複数」は、２以上を意味する。

「ロール巻きタイプ」は、ロール巻きの材料から入手されることを意味する。

「固定される」は、互いに連結されることを意味する。

マスク本体１４の対向する側部に位置する第１及び第２のフィルタカートリッジ１２及び１２’を有する呼吸用保護具１０の斜視図。 本発明によるフィルタカートリッジ１２の斜視図であり、特にその内面２８を示している。 図２の線３−３に沿った、フィルタカートリッジ１２の横断面図。 本発明に従ってフィルタカートリッジ１２を作製する方法を示す流れ図。 本発明と共に利用され得るフィルタ媒体の生産工程５４の斜視図。 本発明のフィルタカートリッジの作製に関連して利用され得る積み重ね工程５６。 本発明に従ってフィルタカートリッジを作製するために利用され得る巻付け工程５８の斜視図。

本発明を実施するにあたり、フィルタカートリッジを作製する新しい方法が得られ、その方法において、ロール巻きタイプのハウジング側壁が各フィルタ媒体層の外周部の少なくとも一部分に固定される。既知のフィルタカートリッジは、特に二又の空気流のパターンを有するフィルタカートリッジにおいては、ロール巻きタイプ材料を使用してハウジング側壁を画定するものではなかった。二又フィルタは、カートリッジの２つの面を通じて双方向的に生じる空気流路を有する。これらの流路は中央空間又はプレナムにて会合する。これらのフィルタカートリッジは、分流フィルタと呼ばれることもある。本発明においては、ロール巻きタイプのハウジング側壁が、離間したフィルタ媒体層の各々の外周部に固定されて、ストリップフレーム型のフィルタカートリッジを形成する。ハウジング側壁はロール巻きタイプ材料の形態をなすため、結果として得られたフィルタカートリッジは軽量であるが、耐用寿命を高めたものとなり得る。

図１は、ある人によって鼻と口に被せて頭部で着用され得る呼吸マスク１０を示している。呼吸マスク１０は、マスク本体１４の対向側部に位置する第１及び第２のフィルタカートリッジ１２及び１２’を有している。フィルタカートリッジ１２及び１２’は、脱着可能であっても、マスク本体１４に永久的に固定されていてもよい。カートリッジ１２、１２’は、マスク本体１４内に位置する内部気体空間の中に周囲空気が流入する前に、その周囲空気を濾過する。内部気体空間に存在するようになる空気は、着用者の吸息に適した清浄な空気である。マスク本体１４は、剛性のインサート１６と、エラストマー製の顔面接触部分１８とを有してもよい。そのような構造を有するマスク本体が、フランニガン（Flannigan）らへの米国特許第７，６５０，８８４号に記載されている。呼吸マスク１０はまたハーネス２０を有しており、このハーネス２０は、呼吸用保護具が着用されているときに、マスク本体１４を着用者の頭部上で支持するためのものである。ハーネス２０は様々な構成をなし得るが、一般には、着用者の頭部の後方を通る１本以上のストラップ２２を有している。ストラップ２２は、１つ以上のバックル２３によって互いに連結され得る。ハーネス２０は、例えば、ブロストロム（Brostrom）らへの米国特許第６，７３２，７３３Ｂ１号及び同第６，４５７，４７３号、バイラン（Byram）への同第５，６９１，８３７号、並びにセッパラ（Seppala）らへの同第５，２３７，９８６号に記載されているドロップダウンハーネスであってもよい。また、マスク本体１４を着用者の頭部上で支持するのを支援するために、頭頂部用部材２４が任意選択により用いられてもよい。マスク本体１４に固定されたフィルタカートリッジ１２、１２’は、第１及び第２の主表面２６及び２８と、ロール巻きタイプのハウジング側壁３０とを有している。ハウジング側壁３０は、少なくともフィルタ媒体の第１の層の第１の露出主表面３２から、少なくともフィルタ媒体の第２の層の第１の露出主表面３２’へと延びている。ハウジング側壁３０は、フィルタ媒体の第１及び第２の層の外周部に固定されている。ハウジング側壁３０は通常、フィルタ媒体内の活性粒子層の外周部全体にわたって延び、カートリッジの側面から活性粒子が見えないようになっている。ハウジング側壁３０はまた、第１及び第２の露出主表面２６及び２８の全体にわたって半径方向内向きに延びるフランジを設けられ得る。図示のように、フィルタカートリッジは、正面から背面にかけて湾曲していてもよい。カートリッジはまた、頂部から底部にかけて、あるいは両方の方向において、湾曲していてもよい。

図２は、フィルタカートリッジ１２の反対側、つまり内側を示している。マスク本体へのカートリッジの固定を可能にするために、バヨネット継手３６がフィルタカートリッジの底部表面２８上に存在する。継手３６はまた、フィルタ媒体の第２の層を通じて、中央に配設されたプレナムの中に導管（又は導管へのアクセス）を設けることもできる。フィルタカートリッジ１２へのマスク本体の嵌合は、マスク本体上に配設された雄の継手をバヨネット継手３６の中に挿入し、マスク本体に対して適切な方向にフィルタカートリッジ１２を回転させることによって達成され得る。雄の継手はその上に配設されたノブを有し、そのノブはバヨネット継手３６内の切欠きノッチ３４と嵌合する。使用の際、フィルタカートリッジ１２の第１及び第２の主表面２６及び２８を通過した空気は、バヨネット継手３６内の開口部３７と流体連通するプレナムに進入する。したがって、バヨネット継手３６は、流体連通と固定手段の双方に寄与し得る。それに代わって、導管と継手がハウジング側壁３０上に、通常は主表面２８上ではなく側壁の前方部分上に設けられてもよい。導管と継手を側壁３０の上に再配置し、プレナムのすぐ近くにある溝付き開口部に空気を通すことにより、カートリッジ表面２８上の有効濾過面積が増加し得るが、その結果、製造プロセスにおいて廃棄物が減少すると共に性能が改善されることになり得る。

図３は、フィルタカートリッジ１２の内部構造の例を示している。図示のように、フィルタカートリッジ１２は、それぞれフィルタ媒体の第１及び第２の層３８及び４０を含んでいる。フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０はプレナム４２によって分離されている。フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０はそれぞれ、第１の主表面３２、３２’と、第２の主表面４４、４４’と、外周部４６、４６’とを有している。プレナム４２はフィルタ媒体の第１の層３８と第２の層４０との間に配設されており、そのため、プレナム４２はフィルタ媒体の各層３８、４０の第２の主表面４４、４４’を結合させるようになっている。プレナムは、スペーサ４５によって画定されてもよく、スペーサ４５は、各フィルタ媒体層の外周部４６、４６’に向かって導管４８から延びる一連のリブ４７を有するプラスチック構造体の形態をなしてもよい。ハウジング側壁３０は、概して、フィルタ媒体の第１の層３８の第１の主表面３２から、フィルタ媒体の第２の層４０の第１の主表面３２’へと延びている。ハウジング側壁３０は、適切な固定手段を使用して、それぞれフィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０の外周部４６、４６’に固定されてもよい。フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０の第１の主表面３２、３２’はそれぞれ流体透過性であり、それぞれ外部気体空間と流体連通している。カバーウェブ４９ａが、フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０の外側表面上に配設されてもよい。カバーウェブ４９ｂが、フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０の内側表面上に配設されてもよい。カバーウェブ４９ａ、４９ｂは、各層５０、５２内に活性粒子の粒体を保持することによって、活性粒子層５０、５２を保護するように働き得る。粗粒層５０は、細粒層５２の上流側に設置されており、一次濾過層として機能するが、細粒層５２は仕上げ層として作用する。フィルタカートリッジ１２の側部又は外周部に沿って配設されたハウジング側壁３０は、ロール巻きタイプであってもよく、つまり、ロール巻きから引き出すことができ、また様々な手段によってフィルタ媒体層３８、４０の外周部に固定され得る。固定手段は、感圧性接着剤などの接着剤、ホットメルト接着剤、ポリウレタン系反応性ホットメルト接着剤、又はＵＶ硬化性接着剤などの接着剤を用いて実現されてもよい。ハウジング側壁３０を組立体７２に固定するために使用され得る、商業的に入手可能な製品の例には、スリーエム（３Ｍ）ブランドの接着剤、ＪｅｔＭｅｌｔ（商標）、ＳｃｏｔｃｈＷｅｌｄ（商標）、及びＦａｓｔＢｏｎｄ（商標）が挙げられる。固定手段は通常、側壁３０の内部表面上の、少なくとも、フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０がハウジング側壁３０の内部表面と接触する領域に配設される。フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０とハウジング側壁３０の内部表面との間の固定は、使用中に空気がフィルタカートリッジ１２を通過している際に破壊通気が生じないようなものであるべきである。つまり、空気がハウジング側壁に沿ってカートリッジ１２を通り抜けることによって、フィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０の濾過機能を迂回することができないものである。フィルタ媒体層３８、４０はそれぞれ、活性粒子の多数の層を含むものとして示されているが、各フィルタ媒体層３８、４０は、活性粒子の単一の層を含んでもよい。

図４は、本発明に従ってフィルタカートリッジを作製する際に用いられ得る全体的な工程を示している。図示のように、本発明は、フィルタ媒体層を設ける工程５４と、間隔を置いて積み重ねる関係でフィルタ媒体層を組み立てる工程５６と、フィルタ媒体層を少なくともそれらの外周部の一部分に沿って巻き付ける工程５８の３つの工程を基本的に含んでいる。フィルタ媒体層は、空気を濾過するために使用される活性粒子の層を構成し、それらの層を垂直に切断して、複数のフィルタ媒体の層をフィルタカートリッジ内での使用に合わせた寸法にすることによって設けられてよい。これらの層は、互いに関連した間隔を置いた関係で各層を積み重ねることによって、一緒に組み立てられてもよい。各層の所望の間隔を維持するためにスペーサが各層の間に設けられてもよい。更に、バヨネット継手は、同様にプレナムの中に通じる導管を提供できるものであるが、フィルタ媒体の第２の層を通じて設けられてもよい。積み重ねられた層は、互い関連した所望の位置へとに対して圧縮されている。各層が所望の位置に組み立てられると、質量が概ね軽量でありかつ頑丈な構造をなすフィルタカートリッジを得るために、ハウジング側壁が、組み付けられた層の外周部を囲んで巻き付けられる（５８）。

図５は、後に組み立てられハウジング側壁３０で巻き付けられるフィルタ媒体の第１及び第２の層３８、４０を設ける上で用いられ得る操作を示している。本発明に従って使用するためにフィルタ媒体の層を組み立てるには、複数の材料層が使用できる。例えば、第１のカバーウェブ４９ａ、活性粒子の第１の層５０、活性粒子の第２の層５２、及び第２のカバーウェブ４９ｂが、フィルタ媒体の半加工品６０をなすように組み立てできる。カバーウェブ４９ａ及び４９ｂの第１及び第２の層は、各層を保護するために、また、合成されたフィルタ媒体構造内に粒体が保持されるようにするために、活性粒子の各層５０、５２の対向する側に設けることができる。上記のように、活性粒子の第１の層５０は、活性粒子の第２の層５２と比べて、より低い圧力降下とより大きな細孔径を有するように構成できる。これは、第２の層５２と比べて、より大きな粒子を第１の層５０に使用することによって達成されてもよい。活性粒子の第１の層５０はしたがって一次濾過層として作用するが、第２の層５２はバックアップ層として作動する。活性粒子の第１の層５０は、より低い圧力降下を有するが、一般にはより厚い厚さを有し、したがって、第２の層５２と比べてより多量の混入物を除去するように適合されている。第２の層５２は一般に、より高い圧力降下を有し得るが、より高い吸着動特性を有することもでき、したがって、第１の層５２を通過し得る混入物を除去することができる。したがって、第２の層は一般に、仕上げ層と呼ばれる。第１の層５０にて使用される活性粒子の寸法は一般に、約１２×３０メッシュ〜２０×４０メッシュであってもよいが、第２の層５２の活性粒子は一般に、約４０×１４０メッシュ〜８０×３２０メッシュの大きさであってもよい。一次濾過層の厚さは約５ミリメートル（ｍｍ）〜２５ｍｍであってもよく、仕上げ層の厚さは約１ｍｍ〜４ｍｍであってもよい。カバーウェブ及び活性粒子の多数の層が、多層の半加工品６０へと組み立てられると、この半加工品は、線６２及び６４に沿って横方向に直線的に切断される。切断線６２と６４との距離は、カートリッジハウジングに配置されるフィルタ媒体の長さを規定する。切断された半加工品６８は次いで、更なる切断操作を受け、その切断操作において、切断された半加工品６０上に丸み付きの隅部７０が設けられる。これらの丸み付きの隅部７０は一般に、カートリッジハウジング内に配設されるフィルタ媒体層の幅を規定する。隅部を画定する切断工程の後、フィルタカートリッジ内に配設される各フィルタ媒体層の形状及び構成を完全に画定するように、一連の長手方向の切れ目７１が設けられる。これらの切断された層は次いで、後の組立て工程に送られ得るように分離される。この分離は、配列を反転させることによって達成されてもよい。

図６は、フィルタカートリッジ内部を画定する構造へと、個々のフィルタ媒体層３８、４０とプレナムスペーサ４５とを組み立てる工程を示している。フィルタカートリッジ用の内部組立体７２を構成するにおいて、フィルタ媒体の第２の層４０、スペーサ４５、フィルタ媒体の第１の層３８、及びバヨネット継手３６が順に受け器７４内に配置される。フィルタ媒体の第２の層４０は、その中に位置する開口部７６を有し、そのため導管４８をその開口部７６に通すことができるという点で、フィルタ媒体の第２の層４０は、フィルタ媒体の第１の層３８と区別される。導管４８は、管の形式でプレナムスペーサ４５から垂直に延びている。バヨネット継手３６は、図３に示すように、導管部材４８に連結される。各部品が適切に整列されると、プランジャ７８が使用されて組立て品が互いに押し付けられ、空間関係で互いに分離したフィルタ媒体の第１及び第２の層３８及び４０が生じる。スペーサ４５は、層３８と４０との適切な空間的距離を確保し、フィルタ媒体層３８及び４０から導管４８の中へ気流を分配するのに役立つ。

図７は、適切な圧縮状態にあり、ハウジング側壁３０を貼り付けられるように準備された組立体７２を示している。ハウジング側壁３０は、ロール８０から引き出され、フィルタカートリッジ組立体７２の外周部８２に固定される。特に、ハウジング側壁３０は、外周部８２に沿って顕著な破過が生じないように、フィルタ媒体の第１及び第２の層３８及び４０に固定される。この目的で、ハウジング側壁を作製するために使用される材料の内面に、好適な接合手段が設けられてもよい。ハウジング側壁３０がカートリッジ組立体７２の外周部８２に適切に固定されると、結果として得られるフィルタカートリッジは、空気を濾過する目的でマスク本体に取り付けられ得る。

消耗品としてのフィルタの位置付けに与えられた低コスト解決策に対する要求性を認識する簡潔なハウジングシステムを提供するという点で、本発明は特に有利である。ハウジング側壁は、板紙のバンドを備えてもよく、そのバンドの内層が接着剤で固着される。それに代わって、更なる頑健性が望まれる場合、薄いプラスチックのバンド、例えば、好適な特性を備えた０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ厚のプラスチック、例えばポリエステルが貼り付けられ得る。また、多層のロール巻きタイプの材料が使用されてもよい。その外面は望ましくは、印刷可能なしるしを受け入れることが可能である。側壁は通常、約２センチメートル（ｃｍ）〜３ｃｍの幅を有するが、６ｃｍ程度まで拡大されることもあり、その場合、目的の用途又は特定の規制基準の承認には、相当な量の炭素が必要となる。側壁の厚さは通常、約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。側壁のバンドは、ダイカット方法を用いて形成され得るが、これは、他のフィルタハウジング設計で一般に用いられる、費用のかかる射出成形とは対照的である。本発明のフィルタカートリッジは、０．９超、更には１．０超、更には１．１超の、有機蒸気耐用寿命と重量との比（分／グラム）を示し得る。本発明のカートリッジはまた、０．３５超、更には０．４超、更には０．４５超の有機蒸気耐用寿命と体積との比を有し得る。有機蒸気耐用寿命は、以下の実施例の節に記載された試験に従って判定できる。

結果として得られるフィルタカートリッジは、ロール巻きタイプの側壁を基本的に備えるハウジングから作製されるため、このカートリッジの重量は、既知のフィルタカートリッジよりも相当に軽いものとなり得る。既知のフィルタカートリッジは通常、押出されたプラスチックを使用するか、あるいは中実のハウジング基部を有するものであり、そのため全体的な製品重量が増加する。本発明のカートリッジは、２つの暴露面を有し、それらの暴露面を通過して空気がプレナムに進入し得る。フィルタカートリッジ上の２つの流体不透過性の面を使用することにより、重量が低減されるだけでなく、圧力降下も低減される。結果として得られるカートリッジはしたがって、重量が軽く、呼吸が容易となり得るものである。

本発明で使用されるフィルタ媒体は、様々な手段で互いに結合された活性粒子を含んでいる。そのような微粒子材料の部分集合の１つに、流体中の各成分と相互作用して組成物を除去するかあるいは変質させる微粒子がある。流体中の各成分は、活性粒子の上に又はその中に吸収されてもよく、あるいは活性粒子上に存在しても存在しなくてもよい、第２の成分と反応してもよい。したがって、活性粒子は、吸着性であっても、触媒性であっても、反応性であっても、それらの組合せであってもよい。多様な活性粒子が用いられ得る。望ましくは、活性粒子は、目的の使用条件下で存在すると予想される気体、エアロゾル又は液体を吸収又は吸着することが可能である。収着剤粒子は、ビーズ、薄片、顆粒又は凝集粒子を含む任意の有用な形態をなすことができる。典型的な収着剤粒子には、活性炭；アルミナ及び他の金属酸化物；炭化水素ナトリウム；吸着、化学反応、又はアマルガム化によって流体からある成分を除去できる金属微粒子（例えば銀粒子）；ホプカライト（一酸化炭素の酸化を触媒できる）などの微粒子状の触媒；酢酸などの酸性溶液又は水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液で処理された粘土及び他の無機質；イオン交換樹脂；モレキュラーシーブ及び他のゼオライト；シリカ；殺虫剤；殺菌剤及び抗ウイルス剤が挙げられる。活性炭及びアルミナが、一般的な収着剤粒子である。例えば気体の混合物を吸収するために、収着剤粒子の混合物もまた用いられ得るが、実際には気体の混合物を処理するためには、個々の層に別々の収着剤粒子を用いた多層シート物品を製作することがよい場合もある。所望の活性粒子の寸法は大いに異なり得るものであり、通常、幾分かは目的の使用条件に基づいて選択される。一般的な指針として、活性粒子は、平均直径が約５マイクロメートル〜３０００マイクロメートルと、寸法において様々であってよい。一般に、粒子は、平均直径が約１５００マイクロメートル未満、より好ましくは平均直径が約３０マイクロメートル〜約８００マイクロメートル、更に一般的には平均直径が約１００マイクロメートル〜約３００マイクロメートルである。活性粒子は、ガス除去能力を向上させるために、１種類以上の含浸剤で更に処理され得る。処理された活性粒子材料の例には、化学的に表面処理された活性炭が挙げられる（例えばブレイ（Brey）らへの米国特許第７，３０９，５１３号及び同第７，００４，９９０号、ハーン（Hern）らへの同第６，７６７，８６０号、スミス（Smith）らへの同第６，３４４，０７１号、並びにアブラー（Abler）への同第５，４９６，７８５号及び同第５，３４４，６２６号を参照）。空気浄化システムにおいて吸収剤として作用する典型的な微粒子は、活性炭、化学的に処理された炭素、及びアルミナ吸着剤微粒子である。使用され得る商業的に入手可能な活性炭の例が、クラレ（Kuraray）ＧＧ又はＧＣなど、クラレ（Kuraray）の商標で販売されており、それらは、クラレカーボン社（Kuraray Carbon Co.，Ltd.）の製品速報８７１２−１０００に記載されている。他の商品に、ＣＥＣＡＣＡＲＢＯＮ（商標）活性炭製品がある。

フィルタ媒体の第１及び第２の層は、１つ以上の様々な手段によって互いに結合された活性粒子を含んでいる。例えば、活性粒子は、センクス（Senkus）らへの米国特許第６，３９１，４２９号に記載されているようなＰＳＡマイクロ微粒子を使用することによって互いに結合され得る。そのような手法を用いる場合、接着性ポリマーのマイクロ微粒子は一般に、活性粒子と比べて、寸法の小さいものである。接着性ポリマーのマイクロ微粒子は、例えば、寸法が約１マイクロメートル〜約１０００マイクロメートルであってもよい。接着性ポリマーのマイクロ微粒子は、柔軟な複合構造内で互いに接着するのに十分な量で、活性粒子の間に分散されてよい。マイクロ微粒子は、中実のポリアクリレートビーズの形態をなしてもよく、また、１個〜１４個の炭素原子を有する非第三級アルコールと極性モノマーのアクリル酸エステルから誘導されたものを含む反復単位を有するコポリマーを含んでもよい。反復単位は、酢酸ビニルから誘導されたものを更に含んでもよい。反復単位は、高級ビニルエステル、スチレンスルホン酸塩、マルチビニルモノマー、及びアルファ、ベータ−エチレン性不飽和ポリ（アルキレンオキシ）スルフェート、又はそれらの組合せからなる群から選択された化合物から誘導されたものを含んでもよい。ブラウン（Braun）らへの米国特許第５，０７８，１３２号に記載されている手法において、活性粒子は結合剤粒子によって互いに結合されてもよい。活性粒子を互いに結合する上で使用するのに好適な結合剤材料は一般に、米国特許第５，０７８，１３２号で参照されるポリマー結合剤融解試験を満たすものである。あるいは、活性粒子がポリマー繊維によって互いに結合されて、多孔質のシート状物品が形成されてもよい。多孔質のシート状物品は、約２０重量パーセント未満のポリマー繊維を有する自己支持不織ウェブであってもよい。活性粒子は、ウェブが少なくとも１．６×１０^４／ｍｍ（水柱）の吸収係数Ａを有するように、繊維ポリマーに混じってウェブ中に十分均等に分散される。吸収係数Ａは、ウッド（Wood）著、米国工業衛生協会誌（Journal of the AmericanIndustrial Hygiene Association）、５５（１）：１１〜１５（１９９４）に記載されているものと類似したパラメータ又は測定値を用いて算出され得る。次の米国特許出願公開には、本発明での用途に好適なポリマー繊維によって互いに保持された活性粒子について記載されており、それらは、ブレイ（Brey）らへの米国特許出願公開第２００６／００９６９１１Ａ１号、トレンド（Trend）らへの同第２００６／０２５４４２７Ａ１号、及びブレイ（Brey）らへの同第２００９／０２１５３４５Ａ１号である。

活性粒子を互いに結合するために使用される繊維は、高分子材料の配合物、例えば、ポリオレフィンエラストマーと弾性スチレン系ブロックコポリマーの配合物から作られてもよい。所望により、開示したウェブの一部分が、ポリマー又は他の繊維状若しくは繊維形成材料を代表し得るが、これは、それ自体ではジメチルメチルホスホン酸（dimethylmethylphosphorate）（ＤＭＭＰ）の吸収に対して適切な耐性を呈さないか、あるいは、それ自体では所望の吸収係数Ａをウェブに与えることのないものである。例えば、直鎖低密度ポリエチレンＤＯＷＬＥＸ ２５１７から作られた、適切に添着されたウェブは、約２．１×１０^４／ｍｍ（水柱）の吸収係数Ａを有することが示されているのに対し、直鎖低密度ポリエチレンＤＯＷＬＥＸ ２５０３から作られた、同様に添着されたウェブは、約１．０×１０^４／ｍｍ（水柱）の吸収係数Ａを有することが示されている。また、ポリオレフィンエラストマーＥＮＧＡＧＥ ８４０２とスチレン系ブロックコポリマーＫＲＡＴＯＮ Ｇ１６５７の９０：１０及び５０：５０の配合物から作られた無添着のウェブは、非常に低いＤＭＭＰ吸収を有することが示されており、高分子材料がＥＮＧＡＧＥ ８４０２のみである９１重量％の炭素添着ウェブは、約２．６×１０^４／ｍｍ（水柱）の吸収係数Ａを有することが示されているのに対し、高分子材料がＫＲＡＴＯＮ Ｇ１６５７のみである８８重量％の炭素添着ウェブは、約１．４×１０^４／ｍｍ（水柱）の吸収係数Ａを呈することが以下で示される。

フィルタ媒体層はまた、芯鞘型繊維（core-sheathfibers）、分割可能な若しくは並列するバイコンポーネント繊維、又は所謂「海島」繊維などの多成分繊維（multicomponentfiber）から形成されてもよい。加えて、フィルタ媒体層は、構成材料のうちの１種類以上として他の高分子材料を使用して、あるいは、スフ（例えば、天然又は合成材料のもの）などを含めた他の繊維状又は繊維形成材料を加えることによって形成されてもよい。通常は、しかしながら、所望の収着剤粒子添着レベル及び完成したウェブ特性を不当に減じることのないように、比較的少量の他の繊維状又は繊維形成材料が、開示されるウェブで使用されてきた。

そのような繊維の無添着ウェブが、ＤＭＭＰの蒸気で飽和した空気に室温で６日間にわたって暴露された後、約ポリマー繊維は、上記のように、約１重量％以下のＤＭＭＰ吸収を示す。ポリマー繊維は、そのような条件下で、約０．５重量パーセント以下のＤＭＭＰ吸収、約０．３重量パーセント以下のＤＭＭＰ吸収、又は約０．２重量パーセント以下のＤＭＭＰ吸収を示し得る。

活性粒子を互いに結合する繊維に使用されるポリマーは、同様の直径のポリプロピレン繊維よりも高い弾性を有し得る（ただし有する必要はない）。このポリマーはまた、「エラストマー」であり得るが、そうである必要はなく、これは、元の弛緩長さの少なくとも１２５パーセントまで伸張され得る材料であり、また、付勢力を解放すると実質的に最初の弛緩長さに復元し得る材料である。繊維の形態をなすポリマーはまた、同様の直径のポリプロピレン繊維よりも高い結晶化収縮率を有し得る（ただし有する必要はない）。そのような弾性又は結晶化収縮特性を有する繊維は、フィルタ媒体層の自己圧密化（autoconsolidation）若しくは緻密化、ウェブの細孔容積の低減、又は利用可能な収着剤粒子と遭遇することなくガスが通過し得る通路の減少を促進し得る。緻密化は、場合によっては、例えば水若しくは他の冷却液の噴霧を用いたウェブの強制冷却によって、あるいは、収集したウェブを、拘束しない若しくは拘束する方式でアニールすることによって促進されてもよい。アニールの時間と温度は、用いられる高分子繊維及び収着剤粒子の添着レベルを含めた様々な要因に依存し得る。

種々の寸法を有する収着剤粒子の混合物（例えば二峰性混合物）もまた、フィルタ媒体層において用いられ得るが、実際には、上流層にはより大きな収着剤粒子を下流層にはより小さな収着剤粒子を含んだ多層シート物品を製作することがより好ましいこととなり得る。少なくとも８０重量パーセントの活性粒子、より好ましくは少なくとも８４重量パーセント、最も好ましくは少なくとも９０重量パーセントの活性粒子が通常、繊維状ウェブ内に絡まる。坪量を単位で表現すると、活性粒子の添着レベルは、例えば、比較的細かい（つまり、小径の）粒子に対しては少なくとも約１００ｇ／ｍ^２（ｇｓｍ）、比較的粗い粒子に対しては少なくとも約５００ｇ／ｍ^２であってよい。

弾性のポリマー繊維性ウェブ内に配置された活性粒子を含んだ添着ウェブを使用することは、それによって、支持用の硬質プラスチック又は金属のハウジングシステムを使用することなく順応性のあるフィルタ形状を形作ることが可能となるという点で有利である。順応性のある形状とは、１つ以上の方向に湾曲性を示す形状である。フィルタカートリッジは、前面から背面にかけて、若しくは頂面から底面にかけて、あるいはそれらの両方において湾曲するように適合され得る。理想的には、その湾曲性は、覆面部の形状に追従するように定められ、結果として呼吸用保護具が全体的により小型となり、それによって着用者の視認性が改善され得る。更に、微粒子の除去性能を付加的に与えるために、微粒子ウェブが添着ウェブの上に積み重ねられ得る。別の実施形態において、ガス除去能力が必要とされない場所では、微粒子濾過層が単独で加えられ得る。微粒子濾過層は、帯電マイクロファイバ、特に高分子メルトブローンマイクロファイバ、つまりＢＭＦの不織ウェブを備えてもよい（例えば、スパルツ（Spartz）らへの米国特許第７，２４４，２９１号、ジョーンズ（Jones）らへの同第６，３９７，４５８号、及びアンガジバンド（Angadjivand）らへの同第６，１１９，６９１号を参照）。マイクロファイバは通常、約２５マイクロメートル未満、より一般的には約１５マイクロメートル未満の有効繊維径を有する。そのような繊維を含有する帯電ウェブは、例えば、エイリクソン（Erickson）らへの米国特許第６，８４６，４５０号、エイツマン（Eitzman）への同第６，８２４，７１８号、及びアンガジバンド（Angadjivand）らへの同第５，４９６，５０７号に記載されている通りに製造されてもよい。

フィルタ媒体層と共に使用されるカバーウェブは通常、実質的には濾過に関する利点を濾過構造に与えるものではないが、濾過層の外部（又は濾過層の上流）に配設されると前置フィルタとして作用し得るものである。カバーウェブは、１平方メートル当たり約５グラム〜５０グラム（ｇ／ｍ^２）、典型的には１０ｇ／ｍ^２〜３０ｇ／ｍ^２の坪量を有するように適合されてよく、またマイクロファイバを含有してもよい。カバーウェブに使用される繊維は多くの場合、約５マイクロメートル〜２４マイクロメートル、一般には約７マイクロメートル〜１８マイクロメートル、更に一般的には約８マイクロメートル〜１２マイクロメートルの平均繊維径を有している。カバーウェブ材料は、ある程度の弾性（必ずしもそうではないが一般には、１００％〜２００％で破断）を有してもよく、塑性的に変形可能であってもよい。カバーウェブは、例えばポリプロピレンで作られた高分子スパンボンド繊維を含有してもよい。

本発明で使用されるカバーウェブは好ましくは、処理後にウェブ表面から突出する繊維が非常に少なく、したがって滑らかな外面を有する。本発明で使用され得るカバーウェブの例が、例えば、アンガジバンド（Angadjivand）への米国特許第６，０４１，７８２号、ボストック（Bostock）らへの同第６，１２３，０７７号、及びボストック（Bostock）らへのＷＯ ９６／２８２１６Ａに開示されている。

ＯＶ耐用寿命試験
濾過装置の耐用寿命を判定するために、濾過装置を、毎分３２リットル、相対湿度５０％にて、１０００ｐｐｍ（百万分率）のシクロヘキサンに暴露した。装置において５ｐｐｍのシクロヘキサンがフィルタを抜け出た時までに経過した時間により、耐用寿命が判定される。この試験法は、ＮＩＯＳＨの試験法ＲＣＴ−ＡＰＲ−ＳＴＰ−００４６と類似したものであった。同等の装備を使用した。受領した状態でフィルタを試験した。

（実施例１）
米国特許出願第２００６／０９６９１１号に従って炭素添着ＢＭＦウェブを作製した。エクソンモービル（ExxonMobil）によって生産されているＶｉｓｔａｍａｘｘ（商標）２１２５を使用して、ポリマー繊維を製作した。

１２インチ×１２インチ（３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍ）のプラテンを有するカーバー社（Carver）の加熱プラテンプレスを使用して、バルクの炭素添着ウェブを約４．７ｍｍの厚さに圧縮した。プラテンの温度は華氏２００°Ｆ（９３℃）であった。圧力は全体で３０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（２０．７ＭＰａ）であり、プレス時間は５秒間であった。

以下の説明において、ＯＶは有機蒸気を指し、ｇｓｍはグラム／平方メートルを意味する。バルク及び仕上げ層は、表１に記載する構成を有した。

以下の順の層を有するフィルタを組み立てた。
ＯＶバルク
ＯＶバルク
ＯＶ仕上げ
プレナム構造
ＯＶ仕上げ
ＯＶバルク
ＯＶバルク

約６７平方センチメートルの表面積を有する台形形状へと各層を打ち抜いた。各層を上記の順序で整列させ、０．５ｍｍ厚の板紙ストリップを貼り付けることによって、各層の外周部の周りで封止した。３Ｍグレード３７６４ホットメルト接着剤を使用して、層状の組立体の外周部を囲んでストリップを固定した。プレナム構造は、図面に示すものと類似した機械的構成要素からなるものであったが、上層と下層との間に４ｍｍのプレナム間隙を生じた。

比較例１
Ｋｕｒａｒａｙ ＧＣ １２×２０の炭素（１０５ｃｃ）を３Ｍ ６０００呼吸フィルタカートリッジ本体に急速に充填し、頂部に蓋を超音波溶接した。

比較例２
ハウジング側壁を持たない二又のフィルタカートリッジを使用した。この製品は、ブロストロム（Brostrom）への米国再発行特許第３５，０６２号に記載されている構造を有するものであった。

実施例１並びに比較例２及び３のフィルタカートリッジを秤量し、容積について測定し、有機蒸気耐用寿命について試験した。耐用寿命をカートリッジの重量及び容積ごとに除算して、耐用寿命／重量及び耐用寿命／容積の比が得られるようにした。結果を以下の表２に示す。

上に記載したデータは、本発明のフィルタカートリッジが、比較用の片流れ又は二又流れのフィルタカートリッジと比べて、より良好な耐用寿命と重量又は容積との比を示すことを説明するものである。

本発明は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正形態及び変更形態を取り得る。したがって、本発明は上述の内容に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲及びそれに相当するものに記載された限定事項によって規制されるべきである。

本発明はまた、本明細書において具体的に開示されていない要素の非存在下においても、好適に実施され得る。

先に引用したすべての特許及び特許出願は、背景の節で引用したものを含めて、参照によってそのすべての内容が本願に援用される。そのような組み込まれる文書と上記の明細書との間に矛盾又は不一致が存在する限りにおいて、上記の明細書が優先される。

Claims (20)

1. フィルタカートリッジを作製する方法であって、
   （ａ）第１及び第２のフィルタ媒体層であって、それぞれが互いに結合された活性粒子を含有し、かつそれぞれが外周部を備える、第１及び第２のフィルタ媒体層を設ける工程と、
   （ｂ）間隔を置いた関係で前記フィルタ媒体層を積み重ねる工程と、
   （ｃ）前記各フィルタ媒体層の前記外周部の少なくとも一部分にロール巻きタイプのハウジング側壁を固定する工程と、を含む方法。
2. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層はそれぞれ、使用中に外部気体空間に露出される流体透過性表面を有し、かつ前記間隔を置いた関係が前記フィルタカートリッジ内にプレナムを形成する、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィルタ媒体層は、それぞれが活性粒子の層とカバーウェブとを備える１つ以上の層を構成し、構成された前記１つ以上の層を所望の形状に切断することによって設けられる、請求項１に記載の方法。
4. 前記積み重ねる工程の間に、スペーサが前記第１のフィルタ媒体層と第２のフィルタ媒体層との間に配置される、請求項１に記載の方法。
5. 前記積み重ねた層は、互いに対して所望の間隔に圧縮される、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層はそれぞれ、活性炭の１つ以上の層の片側又は両側にカバーウェブを配置することによって設けられる、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層はそれぞれ、活性炭の第１及び第２の層を備え、活性炭の前記第１の層は、活性炭の前記第２の層よりもより大きな粒径を有する、請求項６に記載の方法。
8. 活性炭の前記第１の層は、１２×３０メッシュ〜２０×４０メッシュの寸法を有する活性炭を含み、活性炭の前記第２の層は、４０×１４０メッシュ〜８０×３２０メッシュの寸法を有する活性炭を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層は最初に多層状の半加工品に形成され、次いで該半加工品が所望の形状に切断される、請求項６に記載の方法。
10. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層は、それらの間にスペーサを用いて積み重ねられ、次いで所望の空間的構成に圧縮される、請求項１に記載の方法。
11. 前記ハウジング側壁は、積み重ねた前記第１及び第２のフィルタ媒体層の前記外周部を囲んで巻き付けられている、請求項１０に記載の方法。
12. 前記側壁は、約２〜３センチメートル（ｃｍ）の幅と、典型的には約０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層は、ポリマーミクロ粒子又は結合剤粒子によって互いに結合された活性炭を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記第１及び第２の層内の前記活性粒子は、ポリマー繊維によって互いに結合されて、多孔質のシート状の層を形成する、請求項１に記載の方法。
15. 前記多孔質のシート状の層は、約２０重量パーセント未満のポリマー繊維を有する自己支持型の不織ウェブである、請求項１４に記載の方法。
16. 前記活性粒子は、前記ポリマー繊維と一緒に前記ウェブ中に均等に分散される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層はそれぞれ、少なくとも１．６×１０^４／ｍｍ（水柱）の吸収率Ａを有する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層は、前面から背面にかけて湾曲している、請求項１に記載の方法。
19. 前記第１及び第２のフィルタ媒体層は、頂部から底部にかけて湾曲している、請求項１８に記載の方法。
20. 呼吸用保護具を作製する方法であって、請求項１に記載の１つ以上のフィルタカートリッジをマスク本体の上に配置する工程を含む方法。

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