JP2020506734A - 呼吸マスク用フィルタ - Google Patents

Abstract

本開示は呼吸マスク用フィルタ（１０）に関するものであり、この呼吸マスク用フィルタ（１０）は、複数の波形先端部（１１０）を有し、かつ、第１の谷部パターン（１２０）が複数の波形先端部（１１０）の各々の間に形成されている、波形フィルタ部材（１００）と、波形フィルタ部材（１００）の縁部に連結し、かつ、接続部（２１０）とこの接続部（２１０）から突出する第１の支持部（２２０）及び第２の支持部（２３０）とを含む、可撓性フレーム（２００）と、を備え、第１の支持部（２２０）は、屈曲支持部（２２１）と、この屈曲支持部（２２１）から突出し、かつ、波形先端部（１１０）に各々連結された、複数の突出部（２２２）と、を含み、波形フィルタ部材（１００）の両遠位端（１０１）は、第２の支持部（２３０）に連結されている。

Description

本開示は、流体濾過用フィルタに関し、より具体的には、呼吸マスク用フィルタに関する。

呼吸マスクは、典型的には、マスク本体と、マスク本体に取り付けられた１つ以上のフィルタカートリッジとを含む。マスク本体は、人の顔面の鼻及び口の上に着用してもよく、場合によっては、マスク本体は、頭部、首、又は他の身体部分を覆う部分を含んでもよい。着用者は、フィルタカートリッジに配設されたフィルタを通過した清浄空気を吸入することができる。負圧呼吸保護デバイスでは、空気は、吸入の間に着用者が発生する負圧によって、フィルタカートリッジを通って吸い込まれる。外部環境からの空気は、濾過材を通過してマスク本体の内部空間に流入し、そこを通して着用者は空気を吸入することができる。

呼吸マスク内で使用するためのフィルタカートリッジには、さまざまな技術が使用されてきた。従来のフィルタカートリッジは、一般に、板紙、不織布、又はプラスチックで作製されたフレーム内で空気浄化機能を有するフィルタ部材を含んでいる。しかし、フレームが硬質板紙、不織布、又は樹脂で形成されていると、フィルタカートリッジとフィルタカートリッジが取り付けられている空間の外壁との間の接着力が不十分であるため、空気漏れが発生し、空気清浄機能が十分に発揮できないという問題がある。更に、フィルタが剛性フレームに取り付けられている間、フィルタカートリッジと剛性フレームとの間の摩擦により、フィルタカートリッジの設置が困難であるという問題がある。

したがって、本開示の目的は、変形しやすく、可撓性フレームからの着脱が容易で、かつ可撓性フレームにおける取り付け時の干渉を最小限に抑えることができる、弾性を有する可撓性フレームを用いた呼吸マスク用フィルタを提供することである。

また、本開示の別の目的は、可撓性フレームが変形したときであっても、フィルタ性能を維持することができる呼吸マスク用フィルタを提供することである。

更に、本開示の更に別の目的は、フィルタの有効面積を増加させて、フィルタ性能を改善することができ、かつ改善された寿命を有する、波形フィルタ部材を使用する呼吸マスク用フィルタを提供することである。

上述の問題を解決するために、本開示に係る呼吸マスク用フィルタが提供され、この呼吸マスク用フィルタは、複数の波形先端部を有し、かつ、第１の谷部パターンが複数の波形先端部の各々の間に形成されている、波形フィルタと、波形フィルタ部材の縁部に連結し、かつ、接続部とこの接続部から突出する第１の支持部及び第２の支持部とを含む、可撓性フレームと、を備え、第１の支持部は、屈曲支持部と、この屈曲支持部から突出し、かつ、波形先端部に各々連結された、複数の突出部とを含み、波形フィルタ部材の両遠位端は、第２の支持部に連結されている。

複数の突出部の各々の間に第２の谷部パターンを形成することができ、第１の谷部パターンの深さは、第２の谷部パターンの深さより大きくしてもよい。

第２の支持部の高さは、第１の支持部の屈曲支持部の高さと、第１の支持部の突出部の各々との合計に等しくてもよい。

屈曲支持部の高さと各突出部の高さとの比は、１：１〜１：２の範囲であってもよい。

可撓性フレームは、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）を含んでもよい。

可撓性フレームのショアＡ硬度は、３５〜４５の範囲であってもよい。

呼吸マスク用フィルタは、４０ミリメートル（ｍｍ）以上の曲率半径を有することができる。

本開示に係る呼吸マスク用フィルタによれば、そのフィルタ性能を向上させることができ、その寿命を向上させることができ、その形状を容易に変形させることができ、その着脱を容易に行うことができ、可撓性フレームにおける取り付け中に干渉を最小限に抑えることができる。また、たとえ呼吸マスク用フィルタが変形しても、フィルタ性能を維持することができる。

本開示に係る呼吸マスク用フィルタの斜視図である。 本開示に係る可撓性フレームの片側の側面図である。 本開示に係る、曲率を有するフィルタの断面図である。 図１の線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。

以下の詳細な説明では、本出願の一部を形成しており、いくつかの特定の実施形態が例として示されている、添付の図面を参照する。ただし、本開示の範囲又は趣旨から逸脱することなく、他の実施形態を想到できることを理解されたい。したがって、以下に記載される本開示を実施するための詳細な内容は、制限的な意味で解釈されるべきではない。

本明細書で使用される全ての科学技術用語は、特に断らない限り、当技術分野で一般的に使用されるのと同じ意味を有する。本明細書で提供される定義は、本明細書で頻繁に使用される特定の用語の理解を容易にすることを意図するものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

特に断らない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される特徴のサイズ、量、及び物理的特性を示す全ての数字は、全ての場合において「約」という用語によって修飾されると解釈されるべきである。したがって、特に断らない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、本明細書の教示を使用して当業者によって得られるべき所望の特性に従って変化し得る近似値である。

本開示及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形（「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」）は、コンテクストが明確に別段の指示をしない限り、複数の参照対象を有する実施形態を含んでいる。本開示及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、「又は」という用語は、コンテクストが明確に別段の指示をしない限り、その意味において「及び／又は」を含むように一般的に使用される。

本開示で使用されるとき、「下側の（lower）」、「上側の（upper）」、「下に（under）」、「下方に（below）」、「上方に（above）」、及び「上に（on）」を含むがこれらに限定されない空間的に関連する用語は、説明の便宜上、ある要素（単数又は複数）の別の要素に対する空間的関係を説明するために使用される。これらの空間的に関連する用語には、図面に示されて本明細書に記載される特定の配列に加えて、使用中又は動作中のデバイスの異なる配置が含まれる。例えば、図面に示されているオブジェクトが逆転又は反転すると、別の要素の下方又は下にあるものとして前述した部分は、その別の要素の上になる。

本開示では、位置関係について説明する場合、例えば、「上に（on）」、「上方に（above）」、「下方に（below）」、及び「隣接する（adjacent）」という用語を使用して、２つの部品間の位置関係について説明する場合、「じかに（immediately）」又は「直接（directly）」という表現が使用されない限り、２つの部品の間に１つ以上の他の部品が位置してもよい。

本開示では、「有する（having）」、「含む（including）」、「提供される（being provided with）」などが使用される場合には、オープンな意味を有するものとして利用することができ、「のみ（only）」という表現を使用しない限り、記載したものに加えて他の事項を追加することができる。

用語「呼吸マスク」は、人によって着用されて空気が人の呼吸器系に入る前に空気を濾過するデバイスを指す。

用語「マスク本体」は、少なくとも、人の鼻及び口と位置合わせされて外部空気空間から分離された内部空気空間を画定するのに役立つ構造を指す。

用語「フィルタカートリッジ」は、空気がマスク本体と人の顔面との間の内部空気空間に入る前に空気を濾過する目的で、人の呼吸器器官に取り付けられ得るデバイスを指す。

用語「一体型」は、同時に作製されるか、あるいは、一体型構成要素のうちの１つ以上が損傷を伴わずにそれから分離することができないものを指す。

用語「外気」とは、人にとって有害であり得る汚染物質などの他の物質を含有する空気を指す。

用語「濾過空気」は、外気がフィルタを通過したときに、汚染物質が除去された空気を指す。

以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態を詳細に説明する。本開示の実施形態の特徴は、部分的又は全体的に互いに結合又は組み合わせることができ、技術的にさまざまに連動され駆動されることができる。

図１は、本開示に係る呼吸マスク用フィルタの斜視図である。図２は、本開示に係る可撓性フレームの片側の側面図である。図３は、本開示に係る、曲率を有するフィルタの断面図である。図４は、図１の線Ｉ−Ｉ’に沿った断面図である。

図１〜図４を参照すると、呼吸マスク用フィルタ１０は、波形フィルタ部材１００と可撓性フレーム２００とを含んでいる。

波形フィルタ部材１００は、複数の波形先端部１１０を有し、複数の波形先端部１１０の各々の間に第１の谷部パターン１２０が形成されている。外気は、波形フィルタ部材１００の上面に向けて流入してそこを通過するとともに、波形フィルタ部材１００の下面を通って濾過空気を排出することができる。

波形フィルタ部材１００は、呼吸マスク用フィルタ１０の有効面積を有し、これは平面フィルタ部材の面積よりも大きいので、フィルタ性能を向上させ、その寿命を延ばすことができる。また、波形フィルタ部材１００に流入する外気は、第１の谷部パターン１２０に沿って移動して、波形フィルタ部材１００を通過する。したがって、外気を均一に分布させることができ、汚染物質などの濾過物質を波形フィルタ部材１００の上面にゆっくりと均一に堆積させることができ、呼吸マスク用フィルタ１０の性能を維持しながら呼吸マスク用フィルタ１０の寿命を延ばすことができる。

隣接波形先端部１１０間の距離は、呼吸マスク用フィルタ１０の大きさ及び用途に応じて変化させることができ、その距離は、波形フィルタ部材１００の厚さ、波形先端部１１０の高さ、隣接する波形先端部１１０間の距離、及びフィルタ性能定数、の関係式に基づいて決定することができる。例えば、呼吸マスク用フィルタ１０内の隣接する波形先端部１１０間の距離は、３ミリメートル（ｍｍ）〜６ｍｍの範囲、好ましくは４．１ｍｍ〜４．３ｍｍの範囲としてもよい。

波形フィルタ部材１００の材料は、その材料が特定の物質を遮断すると同時に空気を通過させることができる限り、制限なしに使用することができる。非限定的な例として、波形フィルタ部材１００には、不織布、布地、紙等が挙げられるが、本開示はこれに限定されるものではない。更に、波形フィルタ部材１００において波形を形成する方法に制限はない。例えば、波形は、平坦な形状のフィルタ要素上に粒子を折り畳むか又は形成することによって形成してもよい。

表面処理された材料を用いて、波形フィルタ部材１００の空気浄化効果を高めることができる。表面処理方法に制限はなく、その用途に応じて表面処理方法を変更することができる。粒子状物質又は塵埃粒子が大きい場所に用いられるフィルタの場合、及び、大量の空気を迅速に吸入する必要があるときに用いられるフィルタの場合、これらの各ケースに好適なフィルタ部材の材料及び表面処理方法は異なり得る。例えば、不織布の場合、その上に静電処理を行ってもよく、不織布の表面を活性炭で処理してもよい。

可撓性フレーム２００は、波形フィルタ部材１００の縁部に連結される。また、可撓性フレーム２００と波形フィルタ部材１００とは一体的に形成されてもよい。即ち、可撓性フレーム２００と波形フィルタ部材１００との間に別個の封止用の接着剤を省略することができ、接着剤を用いた封止に伴う問題を防止することができる。

更に、波形フィルタ部材１００の上面のみを外気に露出させてもよく、濾過空気を波形フィルタ部材１００の下面のみを通して排出することができる。即ち、波形フィルタ部材１００の側面への外気の流入がなく、このため、呼吸マスク用フィルタ１０の性能を維持することができる。

可撓性フレーム２００は、可撓性及び弾性を有するフレーム材料で形成してもよい。可撓性フレーム２００のショアＡ硬度は、約３５〜約４５の範囲であってもよい。本開示に係る可撓性フレーム２００は、従来のフィルタフレームとして使用される剛性紙、不織布、又は樹脂で形成された従来のフィルタフレームと比較して、弾性に優れているため、呼吸マスク用フィルタ１０は、所望の場所に容易に着脱可能に取り付けられ、呼吸マスク用フィルタ１０とその取り付け領域との間の封止特性が優れている。更に、可撓性フレーム２００は、別個の接着プロセスを伴わずに波形フィルタ部材１００の縁部に形成することができる。

例えば、可撓性フレーム２００として、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）が挙げられる。ＴＰＥは、高温で可撓性となるプラスチックと同様に成形することができるポリマー材料であり、このＴＰＥは、室温でゴムエラストマーの特性を示す。

典型的な熱可塑性加工に用いられるさまざまな方法は、ＴＰＥに直接適用してもよく、加工中に生成された残りのＴＰＥは、ＴＰＥが経済的であるように、かつ可塑剤の使用を必要としないように、再使用することができる。更に、ＴＰＥは、熱硬化性ゴムよりも比重が小さく、ＴＰＥの品質管理は容易であり、射出成形（中空成形）等において生産性の高い加工装置をＴＰＥに適用することができるため、その構造が単純になるように可撓性フレーム２００の硬質部と軟質部とを部分的に変更して、さまざまな製品を製造することができる。即ち、熱可塑性エラストマーは、使用条件下でゴム弾性を示し得るポリマー材料であり、成形条件下で熱可塑性プラスチックとして成形することができる。

しかし、本開示は上記説明に限定されるものではなく、可撓性フレーム２００は、特定の温度で流体状態であり得る材料（液体、シロップ、ワックス、又は溶解物、を含む）で形成することができる。例えば、可撓性フレーム２００を含む呼吸マスク用フィルタ１０は、特定の温度で流体状態にあり得る材料を硬化又は固化することによって、製造することができる。

例えば、呼吸マスク用フィルタ１０を製造するための方法は、フィルタ部材を曲げて所望のサイズに切断することと、屈曲したフィルタ部材を成形型の形状に適合させることによって、屈曲したフィルタ部材を成形型内に挿入することと、フレーム材料をその軟化点又は融点を超える温度まで加熱し、そのフレーム材料を流体状態に融解させることと、流体状態のフレーム材料を屈曲したフィルタ部材の縁部に適用して固化させることと、を含み得る。したがって、波形フィルタ部材１００と一体的に形成された可撓性フレーム２００を含む呼吸マスク用フィルタ１０を製造することができる。

ここで、流体状態とは、液体状態、シロップ状態、又はワックス状態のいずれかを含む状態を指す。更に、凝固は冷却によって行ってもよく、例えば、流体状態のフレーム材料は、室温以下で冷却及び固化してもよい。

より具体的には、呼吸マスク用フィルタ１０の製造方法は、フィルタ部材を設置することができる溝形状の設置部を有する第１の成形型上に屈曲したフィルタ部材を設置することと、フィルタ部材が固定されている間にフィルタ部材の縁部のみを露出させるようにフィルタ部材上に第２の成形型を配設することと、更に、フィルタ部材よりも大きい面積を有する開口部が形成されている第３の成形型であって、これを用いてフィルタ部材を開口部に配置することができる、第３の成形型を配設することと、第２の成形型によって覆われていない、フィルタ部材の縁部に流体状態のフレーム材料を注入することと、流体状態のフレーム材料を固化することと、を含んでいる。

従来、フィルタ部材とフレームとの間にホットガン等を用いた封止工程が必要であり、かかる封止工程ではフィルタ部材の固定が困難であり、特に、波形フィルタ部材の場合には、波形間の距離を一定に維持することが困難であるという問題がある。

しかし、上記方法により製造された波形フィルタ部材１００と一体的に形成された可撓性フレーム２００を含む呼吸マスク用フィルタ１０を製造する際に、フィルタ部材をフレームに連結するための別個の接着剤を用いた封止工程を省略することができ、これにより、工程が簡略化され、接着剤を用いた場合のシール損傷等の問題を防止することができる。

可撓性フレーム２００は、接続部２１０と、接続部２１０から突出する支持部とを含む。かかる支持部は、第１の支持部２２０及び第２の支持部２３０を含む。接続部２１０、第１の支持部２２０、第２の支持部２３０は、一体的に形成してもよい。

第１の支持部２２０及び第２の支持部２３０は、可撓性フレーム２００の側壁を画定することができる。接続部２１０は、第１の支持部２２０及び第２の支持部２３０の下側遠位端に接続し、波形フィルタ部材１００の下面を露出させる開口部を有する閉じた形状で形成してもよい。ここで、接続部２１０は、装着用の横方向に突出するフランジなどを含んでもよい。

第１の支持部２２０は、屈曲支持部２２１と、複数の突出部２２２とを含む。複数の突出部２２２は、屈曲支持部２２１から突出し、波形フィルタ部材１００の波形先端部１１０に各々連結される。即ち、単一の突出部２２２は、単一の波形先端部１１０に対応する。

可撓性フレーム２００の突出部２２２と波形フィルタ部材１００の波形先端部１１０とが一緒に移動すると、隣接する波形先端部１１０間の距離は一定に維持され得る。したがって、波形フィルタ部材１００の表面全体に空気が均一に分散され、フィルタ性能を均一に維持することができる。

複数の突出部２２２の各々の間に第２の谷部パターン２２３が形成されている。かかる第２の谷部パターン２２３を有する可撓性フレーム２００は容易に変形し、具体的には、特定の曲率で容易に屈曲及び変形する。更に、濾過空気が排出される波形フィルタ部材１００の下側に向かって曲率半径を有するように、可撓性フレーム２００が屈曲する場合に、変形がより容易である。

可撓性フレーム２００が、濾過空気が排出される波形フィルタ部材１００の下側に向かって曲率半径を有するように屈曲すると、可撓性フレーム２００が呼吸マスク上に取り付けられたとき、又は呼吸マスク用フィルタ１０が呼吸マスク上に取り付けられた後、溶接シールドなどに装着されるときに、干渉を最小限に抑えることができる。更に、可撓性フレーム２００が呼吸マスク、溶接シールド等に装着される場合、干渉による損傷を防止することができる。

また、複数の波形先端部１１０の各々の間に形成された第１の谷部パターン１２０の深さは、第２の谷部パターン２２３の深さよりも大きい。したがって、第１の谷部パターン１２０の先端部分は、第１の支持部２２０の屈曲支持部２２１と係合する。

屈曲支持部２２１は、単一の直線構造を有する。屈曲支持部２２１は、可撓性フレーム２００の過剰な屈曲を防止し、隣接する波形先端部１１０間の距離を一定に維持することを可能にする一定の曲率半径を維持することができる。

可撓性フレーム２００が過剰に屈曲すると、波形フィルタ部材１００の空気流入面上の波形先端部１１０間の距離が不均一に広がり、波形フィルタ部材１００の空気排出面上での第１の谷部パターン１２０の波形先端部１１０間の距離が狭まる。これによって、圧力低下が増加し、呼吸マスク用フィルタ１０の耐用寿命が短くなる恐れがある。

しかし、本開示に係る呼吸マスク用フィルタ１０では、その曲率が増大しても（曲率半径が低下しても）圧力低下をほぼ抑制することができる。かかる呼吸マスク用フィルタ１０は、約４０ｍｍ以上の曲率半径を有し得ることが好ましい。

図３を参照すると、隣接する波形先端部１１０間の距離ｄは一定にしてもよく、隣接する第１の谷部パターン１２０の波形先端部１１０間の距離ｄ’は一定にしてもよい。隣接する波形先端部１１０間の距離ｄ及び隣接する第１の谷部パターン１２０の先端部間の距離ｄ’とが一定であると、呼吸マスク用フィルタ１０の全域にわたって均一なフィルタ性能が示され、その耐用寿命を向上させることができる。

したがって、本開示に係る呼吸マスク用フィルタ１０によれば、波形フィルタ部材１００の空気流入面上の波形先端部１１０間の距離と、波形フィルタ部材１００の空気排出面上の第１の谷部パターン１２０の先端部間の距離とを一定の間隔に維持することができ、所望の曲率になるまで、一定の圧力低下性能を維持することができる。

突出部２２２の高さと屈曲支持部２２１の高さとの比が増加すると、可撓性フレーム２００の変形にとって有利であるが、過度の曲げが生じる恐れがある。逆に、屈曲支持部２２１の高さと突出部２２２の高さとの比が増加すると、可撓性フレーム２００及び波形フィルタ部材１００を変形させることが困難となる可能性がある。したがって、屈曲支持部２２１の高さと突出部２２２の高さとの比は、約１：１〜約１：２の範囲であることが好ましい。

第２の支持部２３０は、波形フィルタ部材１００の両遠位端１０１に連結されている。好ましくは、波形フィルタ部材１００の遠位端１０１は、波形フィルタ部材１００の上面側に延びてもよく、波形フィルタ部材１００の縁部は、第２の支持部２３０に連結してもよい。

第２の支持部２３０の高さは、第１の支持部２２０の屈曲支持部２２１の高さと、突出部２２２の高さとの合計と等しくすることができる。即ち、第２の支持部２３０の高さ及び第１の支持部２２０の高さは、互いに同じにすることができる。したがって、第２の支持部２３０が外気又は濾過空気の不要な漏れを防止し、かつ、波形フィルタ部材１００が拡張して呼吸マスク用フィルタ１０の有効面積を増大することができる効果がある。

以下、実施例により、本開示をより詳細に説明する。以下の実施例は、本開示を更に例示することを意図しており、本開示の範囲は、以下の実施例によって限定されるものではない。

実験例−呼吸マスク用フィルタの曲率半径
圧力低下は、平面で同じサイズの呼吸マスク用フィルタの曲率半径を変化させることによって測定した。結果を下記の表１に示す。

圧力低下が大きいほど、フィルタ性能が低下する。以下の表１を参照すると、圧力低下の増加は、約４０ｍｍ以上の曲率半径において大きくはなかったが、約４０ｍｍ未満の半径で圧力低下は著しく増加した。したがって、本開示に係る呼吸マスク用フィルタは、約４０ｍｍ以上の曲率半径を有することが好ましい。

本開示は、その実施形態を参照して説明されているが、実施形態は単なる例示に過ぎず、当業者は、さまざまな修正及び均等な実施形態がそこから導き出され得ることを理解されたい。したがって、本開示の保護の範囲は、以下の特許請求の範囲だけでなく、それらの均等物をも網羅するものと解釈されたい。

Claims (7)

1. 呼吸マスク用フィルタであって、
   複数の波形先端部を有し、かつ、第１の谷部パターンが前記複数の波形先端部の各々の間に形成されている、波形フィルタ部材と、
   前記波形フィルタ部材の縁部に連結し、かつ、接続部と前記接続部から突出する第１の支持部及び第２の支持部とを含む、可撓性フレームと、を備え、
   前記第１の支持部は、屈曲支持部と、前記屈曲支持部から突出し、かつ、前記波形先端部に各々連結された、複数の突出部と、を含み、
   前記波形フィルタ部材の両遠位端は、前記第２の支持部に連結されている、フィルタ。
2. 前記複数の突出部の各々の間に第２の谷部パターンが形成され、
   前記第１の谷部パターンの深さは、前記第２の谷部パターンの深さよりも大きい、請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記第２の支持部の高さは、前記第１の支持部の前記屈曲支持部の高さと、前記第１の支持部の前記突出部の各々の高さとの合計に等しい、請求項１に記載のフィルタ。
4. 前記屈曲支持部の高さと前記突出部の各々の高さとの比は、１：１〜１：２の範囲である、請求項１に記載のフィルタ。
5. 前記可撓性フレームは、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）を含む、請求項１に記載のフィルタ。
6. 前記可撓性フレームのショアＡ硬度は、３５〜４５の範囲である、請求項１に記載のフィルタ。
7. 曲率半径は４０ミリメートル（ｍｍ）以上である、請求項１に記載のフィルタ。

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