JP2022076291A - Mask, respiratory information processing device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細菌やウィルス等(以下、微小病原体という)が体内に侵入するのを防止するマスク、そのマスクを用いた呼吸情報処理装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a mask for preventing bacteria, viruses and the like (hereinafter referred to as micropathogens) from invading the body, a respiratory information processing apparatus and a program using the mask.
従来、この種のマスクは、通過する微小病原体を捕集する帯電性のある不織布と、捕集した微小病原体を効果的に不活化させる無機抗菌剤を含有する不織布とが積層されていた(例えば、特許文献1)。 Conventionally, this type of mask is made by laminating a charged non-woven fabric that collects passing micropathogens and a non-woven fabric containing an inorganic antibacterial agent that effectively inactivates the collected micropathogens (for example,). , Patent Document 1).
特許文献1のマスクは、帯電性のある不織布により、微小病原体を捕集することができるが、捕集効果は、経時劣化するうえ、洗濯等により水に濡れると、消失してしまうという問題があった。
また、このマスクは、微小病原体を不活化させるために、無機抗菌剤を含有する不織布が必要であったが、抗菌剤の塗布が不均一なため、抗菌効果にバラツキが生じたり、抗菌効果も経時劣化するという問題があった。
The mask of
In addition, this mask required a non-woven fabric containing an inorganic antibacterial agent in order to inactivate micropathogens, but since the application of the antibacterial agent is uneven, the antibacterial effect varies and the antibacterial effect also increases. There was a problem of deterioration over time.
本発明の目的は、微小病原体の捕集と不活化を長期間維持することができるマスクを提供することである。 An object of the present invention is to provide a mask capable of maintaining the collection and inactivation of micropathogens for a long period of time.
上記課題を解決するため、本発明のマスクは、導電フィルタを含むマスク本体と、前記導電フィルタに電気的に接続され、圧電材料が変形可能な状態で含まれており、その圧電材料の圧電効果により電圧を発生することで、前記マスク本体に付着する微小病原体を不活化させるように構成された少なくとも1枚の圧電部材と、を含む構成としてある。 In order to solve the above problems, the mask of the present invention includes a mask body including a conductive filter and a piezoelectric material electrically connected to the conductive filter in a deformable state, and the piezoelectric effect of the piezoelectric material is included. The configuration includes at least one piezoelectric member configured to inactivate the micropathogens adhering to the mask body by generating a voltage.
本発明によれば、微小病原体の捕集と不活化を長期間維持することができるマスクを提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a mask capable of maintaining the collection and inactivation of micropathogens for a long period of time.
[第1実施形態]
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態に係るマスク1Aを示した図であって、(A)は正面図、(B)は IB- IB端面図、(C)はIC-IC矢視図である。
第1実施形態に係るマスク1Aは、マスク着用者の鼻及び口等の顔を覆うマスク本体2Aと、このマスク本体2Aの両端縁部に取り付けられる耳掛け部3とを有している。
以下の説明では、マスク本体2Aにおいて、マスク着用時に、顔に接触する最も内側(最内層)の面を「内側表面」といい、「内側表面」と反対側の外気に接触する最も外側(最外層)の面を「外側表面」という。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and the like.
1A and 1B are views showing the
The
In the following description, in the
マスク本体2Aは、マスク着用時に、外側から内側に向かって、保護フィルタ23、弾性フィルタ24、捕集フィルタ22、導電フィルタ21の順に配置された4層構造となっている。これらの各フィルタ21~24は、略同一の大きさでシート状に形成されており、隣接して配置されている。また、導電フィルタ21のさらに内側に、保護フィルタ23と同様のフィルタがもう1枚設けられてもよい。
上記フィルタ名は、フィルタの機能で表現したものあり、フィルタの配置順番は、自由である。ただし、捕集フィルタ22と導電フィルタ21は、隣接して配置したほうが望ましい。また、上記フィルタは、例えば、保護フィルタ23と弾性フィルタ24を一体化構造にするなどして、コスト等の点から複合的機能のフィルタとしてもよい。
The
The above filter name is expressed by the function of the filter, and the order of arranging the filters is arbitrary. However, it is desirable that the
耳掛け部3は、マスク本体2Aの左右の両端縁部に溶着等により固定される。この耳掛け部3は、例えば、細長いゴム等で、紐状に形成されており、マスク本体2Aを顔の位置で固定する。また、耳掛け部3は、マスク本体2Aと同じ繊維材料でも形成することができ、この場合、伸縮性を備える繊維材料が好ましい。
なお、耳掛け部3は、耳に掛けるタイプの他、頭部を周回させるタイプのものであってもよい。
The
The
次に、マスク本体2Aを構成する各部材について説明する。
[導電フィルタ]
導電フィルタ21は、導電性があり、伸縮性、通気性に優れたものであり、例えば、編物、織布、不織布等を用いることができる。この導電フィルタ21は、例えば、銀、銅、ニッケル等の金属材料や黒鉛、シリコンカーバイト等の半導体材料を繊維に付着させたり、含有させたりした繊維素材等を用いることができ、電気抵抗、導電性等を考慮して選択される。
Next, each member constituting the mask
[Conductive filter]
The
導電フィルタ21は、マスク着用時に、内層側に配置される。また、導電フィルタ21は、後述する圧電部材4と電気的に接続されているため、圧電部材4が発生する電圧を導電フィルタ21のほぼ全面に渡って印加することができる。
導電フィルタ21は、圧電部材4による圧電効果によって発生する電圧を利用して、マスク本体2Aに付着した微小病原体を不活化させることができる。
その結果、導電フィルタ21を用いることによって、例えば、金属イオンをゼオライト等の固体粒子に担持させた抗菌剤が含有された繊維を用いた場合と比較して、抗菌性能等にバラツキが生じにくいというメリットがある。
The
The
As a result, by using the
なお、本実施形態に係る微小病原体を不活化させる効果(以下、不活化効果という)には、微小病原体の増殖を抑制する抗菌効果、微小病原体の数を減らす除菌効果、微小病原体を完全に死滅させる滅菌効果、微小病原体を死滅させる殺菌効果、微小病原体を死滅又は除去させて感染の危険を少なくする消毒効果、微小病原体の感染性を失わせる抗感染性効果の少なくとも1つが含まれる。 The effect of inactivating micropathogens according to the present embodiment (hereinafter referred to as inactivating effect) includes an antibacterial effect of suppressing the growth of micropathogens, a sterilizing effect of reducing the number of micropathogens, and a complete elimination of micropathogens. It includes at least one of a sterilizing effect that kills micropathogens, a bactericidal effect that kills micropathogens, a disinfecting effect that kills or eliminates micropathogens to reduce the risk of infection, and an anti-infective effect that eliminates the infectivity of micropathogens.
[捕集フィルタ]
捕集フィルタ22は、微小病原体塵埃を捕集する部材であり、マスク着用時に、導電フィルタ21の外側(中側)に隣接して配置されている。
捕集フィルタ22に用いる繊維は、フィルタ機能を有し、帯電しやすい繊維が好ましく、例えば、ポリプロピレン系繊維、ポリエステル系繊維等の不織布が挙げられる。この不織布は、例えば、メルトブロー法により製造された極細繊維を用いるのが好ましい。
[Collecting filter]
The
The fiber used for the
捕集フィルタ22は、製造する過程で帯電加工が施されている。このように帯電加工が施された捕集フィルタ22は、静電気による微小病原体吸着を可能としている。帯電加工に用いられる方法としては、例えば、公知のコロナ放電、摩擦帯電、パルス電圧等のイオンを注入して帯電させる方法等が挙げられる。そして、帯電加工が施された捕集フィルタ21は、帯電された静電気によって微小病原体吸着することができる。
なお、一般に、帯電加工が施された捕集フィルタの電荷は、時間の経過とともに放電される。これに対して本実施形態に係る捕集フィルタ22は、導電フィルタ21で帯電した電圧により再帯電することができるので、帯電効果を持続することができる。
The
In general, the electric charge of the charged collection filter is discharged with the passage of time. On the other hand, the
[保護フィルタ]
保護フィルタ23は、マスク本体2Aの保形性及び補強性の向上に加え、使用時のこすれや摩耗等から導電フィルタ21、捕集フィルタ22及び弾性フィルタ24を保護する機能を果たしている。
保護フィルタ23は、通気性、吸水性のよいもの、例えば、ポリエステル系繊維の不織布を用いることができる。この保護フィルタ23は、マスク着用時の最外層に配置されている。
なお、保護フィルタ23は、内側表面に配置される場合には、顔に触れても不快感がなく、毛羽立ちが少なく肌触りがよい材料を選ぶことが好ましい。
[Protective filter]
The
As the
When the
[弾性フィルタ]
弾性フィルタ24は、外部からの応力によって弾性変形が可能な薄い板状体である。弾性フィルタ24は、多孔質性のものを用いることができ、例えば、金属、樹脂、紙等によって形成することができる。
なお、弾性フィルタ24は、メッシュ状であってもよい。
[Elastic filter]
The
The
弾性フィルタ24は、最外層の保護フィルタ23より内側の中間層に配置される。圧電部材4は、この弾性フィルタ24と結合することによって、より大きな効果を奏することができる。
また、保護フィルタ23は、薄い金属や樹脂製のメッシュ状のフィルタを用いる場合には、それの内側に圧電部材4を結合して、保護フィルタ23と弾性フィルタ24を一体化してもよい。
The
When a mesh-like filter made of thin metal or resin is used as the
[圧電部材]
圧電部材4は、外部からの応力が作用して撓みが生じると、圧電効果(ピエゾ効果)によって、その応力に応じて、厚み方向に分極した上下表面に正負の電荷を発生する。この電荷は、応力の大きさに応じて発生するため、圧電部材4に対する応力が大きいほど、大きな電位差(電圧)が発生することになる。そのため、圧電部材4は、圧電材料を単体又は複数組み合わせて構成する以外にも、上述した弾性フィルタ24と接合することにより、同じ外力を与えても、撓みを大きくすることができ、大きな電位差(電圧)を得ることができる。
[Piezoelectric member]
When the
この圧電部材4は、薄板状に形成されており可撓性を有する圧電材料からなる部材である。この圧電部材4は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックス、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電樹脂、石英や水晶等の圧電単結晶、ゴム材中に圧電粒子を混合した圧電ゴム、圧電性を有する鉱物等の圧電材料を薄膜化したものを用いて形成することができる。
The
この圧電部材4は、図1(B)に示すように、マスク本体2Aの弾性フィルタ24の表面に設けられているが、弾性フィルタ24の内部に設けることもできる。
そして、マスク1Aは、圧電部材4の圧電効果を利用することにより、圧電部材4と電気的に接続された導電フィルタ21の表面に電圧を発生させることができる。
As shown in FIG. 1B, the
Then, the
圧電部材4は、上述した多孔質の金属薄板等で構成される弾性フィルタ24の表面に接合したユニモルフ構造のもの(図1(B))の他に、ユニモルフ構造より大きな電位差が得られ、2つの圧電部材4を接合したバイモルフ構造とすることができる。
また、このバイモルフ構造の間に、強度や寿命を増すために弾性フィルタ24を挟んで形成することもできる。これにより、僅かな応力による撓みでも、圧電部材4が大きな電位差(電圧)を発生させることができる。
The
Further, an
[ノーズフィット部材]
ノーズフィット部材5は、マスク着用時に最外層の部材に設けられ、本実施形態では、保護フィルタ23の上縁部に沿って配置されている。このノーズフィット部材5は、マスク着用者の鼻筋の輪郭に沿って形状を変えられるように、変形可能な金属材料が用いられている。
このノーズフィット部材5は、マスク着用時、顔とマスク本体2Aの間に隙間が生じないようにすることができ、隙間から微小病原体侵入することを防ぐことができる。
[Nose fit member]
The nose
The nose-fitting
第1実施形態のマスク本体2Aは、マスク着用者の会話や呼吸による空気の流れが生じると、その空気の流れに沿って、膨んだり萎んだりして伸張することになる。このとき、空気の流れに合わせて、マスク本体2Aにも応力がかかるため、マスク着用時は、会話や呼吸が行われるたびに、マスク本体2Aに設けた圧電部材4が圧電効果によって、電圧を発生することにより、圧電部材4と電気的に接続された導電フィルタ21の表面に電圧を発生させることができ、その電圧を利用して、マスク本体2Aに付着した微小病原体を不活化させることができる。
When the air flow caused by the conversation or breathing of the mask wearer occurs, the
以上説明したように、第1実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)本実施形態のマスク1Aは、マスク着用者の顔の動きや呼吸によって、マスク本体2Aに設けられた発電機能を有する圧電部材4が撓むため、マスク本体2Aの表面上に電圧を発生することができる。そのため、マスク1Aは、マスク本体2Aに付着した微小病原体を長期にわたり不活化させることができる。したがって、マスク1Aによれば、不活化効果が経時劣化することが少ない。
As described above, according to the first embodiment, there are the following effects.
(1) In the
(2)本実施形態のマスク1Aは、圧電部材4と電気的に接続された捕集フィルタ22によって、マスク本体2Aのほぼ全表面上に渡って、圧電部材4から発生した電圧を印加できるように構成されている。そのため、抗菌剤を用いた従来のマスクと比較して、マスク本体2Aの表面上に不活化効果をバラツキ無く、均一に働かせることができる。
また、本実施形態に係る捕集フィルタ22は、導電フィルタ21で帯電した電圧により再帯電することができるので、帯電効果を持続することができる。
(2) The
Further, since the
[第2実施形態]
図2は、第2実施形態に係るマスク1Bを示した図であって、(A)は正面図、(B)はIIB-IIB端面図ある。
なお、以下の説明では、既に説明した第1実施形態に係るマスク1Aと同様の機能を有する部材については、同一の符号を用いて、適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
2A and 2B are views showing the
In the following description, the same reference numerals are used for the members having the same functions as the
第2実施形態に係るマスク1Bは、圧電部材4Bをマスク本体2Bではなく、耳掛け部3に設けたものである。
圧電部材4は、耳掛け部3に設ける場合に、耳掛け部3が細い紐状で柔軟であるので、圧電ゴムや圧電樹脂等の圧電材料を用いることが好ましい。
この場合、図2(C)に示すように、弾性シート24Bを耳掛け部3に配置して、その上に圧電部材4を接合させる構成としてもよい。この場合、耳掛け部3は、マスク本体2Bと同じ繊維材料で形成することが好ましい。
In the
When the
In this case, as shown in FIG. 2C, the
マスク本体2Bは、2つの捕集フィルタ22と、2つの導電フィルタ21とが交互に重ね合わせた積層構造となっている。各フィルタは、マスク着用時に、外側から内側に向かって、捕集フィルタ22、導電フィルタ21、捕集フィルタ22、導電フィルタ21の順に積層された4層構造となっている。このため、捕集効果、不活化効果を倍増させることができる。また、捕集フィルタ22、導電フィルタ21の2層構造としてもよい。さらに、内側表面又は外側表面に保護フィルタ23が設けられてもよい。
The
以上説明したように、第2実施形態のマスク1Bは、マスク着用者の会話時等の顔の動きに合わせて、耳掛け部3に設けた圧電部材4に応力がかかるので、圧電部材4に圧電効果により電圧が発生する。導電フィルタ21は、圧電素子4と電気的に接続されているので、ほぼ全表面上に渡って、均一に電圧が印加される。
このため、マスク1Bは、導電フィルタ21に常に電圧が印加されるので、不活化効果が低下しにくいというメリットがある。
As described above, in the
Therefore, the
[第3実施形態]
図3は、第3実施形態に係るマスク1Cを示した図であって、(A)は正面図、(B)は背面図である。
図4は、第3実施形態に係るマスク本体2Cの弁ユニットを示した図であって、(A)はIVA-IVA断面図、(B)は弁体の変形例を示す図である。
[Third Embodiment]
3A and 3B are views showing the
4A and 4B are views showing a valve unit of the mask
第1及び第2実施形態のマスク1A、1Bは、マスク本体2A又は耳掛け部3にそれぞれ圧電部材4A,4Bを設けたものであるが、第3実施形態のマスク1Cは、マスク本体2Cに設けられた弁ユニット6の弁体62に圧電部材4を設けた点で相違する。
The
マスク1Cは、図3(A)紙面手前側に凸、図3(B)紙面奥側に凸の面状(略半球状のカップ形状)のマスク本体2Cと、耳掛け部3と、ノーズフィット部材5等とを有している。マスク本体2Cは、図4(A)に示すように、マスク着用時に、外側から内側に、捕集フィルタ22、導電フィルタ21、捕集フィルタ22の順に積層されている。捕集フィルタ22は、マスク本体2Cが面状を維持できる硬質な部材を用いている。
The
マスク本体2Cは、開口2aが形成されており、その開口2aには、弁ユニット6が装着されている。
[弁ユニット]
弁ユニット6は、図4に示すように、排気口本体61と、弁体62と、着脱部材63と、中継部材64と、カバー部材65と、負荷調整部材66等とを備えている。
The mask
[Valve unit]
As shown in FIG. 4, the
(排気口本体)
排気口本体61は、内部が空洞で角筒状の筒状部61aと、筒状部61aの先端に形成された弁座61bと、筒状部61aの後端に設けられたつば部61cとから構成されている。
この排気口本体61は、マスク本体2Cの中央に形成された開口2aに、着脱自在に装着されている。この弁ユニット6は、排気口本体61に形成されたつば部61cに設けられた面ファスナー等の着脱部材63aを用いて、マスク本体2Cに装着されている。
(Exhaust port body)
The exhaust port
The exhaust port
着脱自在にする理由は、マスク本体2Cの開口2aの周囲に設けられた着脱部材63bと接合するだけで、弁ユニット6をマスク本体2Cに装着することができるために、マスク本体2Cが汚れたときには、マスク本体2Cを容易に交換することができるからである。
また、弁ユニット6は、再利用することができるために、マスク本体2Cを経済的で衛生的に保つことができる。
さらに、弁ユニット6は、着脱部材63(63a,63b)同士を接合するだけで、所定位置に装着できるため、マスク本体2Cとの位置合わせも容易である。
The reason for making the
Further, since the
Further, since the
排気口本体61は、マスク本体2Cの開口2aを取り囲むようにマスク本体2Cに装着されており、内部が空洞で角筒状の部材であるため、排気口本体61の内側は、マスク着用者の呼気及び吸気が通過する流路を形成している。
The exhaust port
(弁体)
弁体62は、排気口本体6の弁座61bの上辺に固定され、弾性変形することにより、弁座61bの下辺及び左右辺との間に隙間ができるようにして、弁を開閉することができる。この弁体62は、可撓性を有する材料により、扁平な矩形状で板状に形成されている。弁体62の大きさは、排気口本体61の開口とほぼ同じ大きさに形成され、排気口本体61の開口を開放又は閉塞する。
(Valve body)
The
(圧電部材)
圧電部材4は、弁体62の弾性変形により、応力が作用して撓みが生じると、圧電効果(ピエゾ効果)によって、その応力に応じて、厚み方向に分極した両表面に正負の電荷を発生する部材であり、弁体62の表面に設けられている。この圧電部材4は、例えば、厚みが0.1~1.0mm程度の圧電セラミックスやポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電材料を用いることができる。圧電部材4は、リード線4aにより、中継部材64と電気的に接続されている。
(Piezoelectric member)
When stress acts on the
(中継部材)
中継部材64(64a,64b)は、圧電部材4と導電フィルタ21との間を、着脱自在に中継するためのコネクタである。この中継部材66は、弁ユニット6がマスク本体2Cと着脱自在に取り付けられるときに、圧電部材4と導電フィルタ21とを電気的に接続するためのものである。
(Relay member)
The relay member 64 (64a, 64b) is a connector for detachably relaying between the
(カバー部材)
カバー部材65は、排気口本体61及び弁体62の周囲を覆うように形成され、外部からの物理的衝撃から保護するためのものである。カバー部材65は、複数の開口が格子状に形成されており、マスク着用者の呼気や吸気がスムーズに流動する。
(Cover member)
The
(負荷調整部材)
負荷調整部材66は、弁体62とカバー部材65との間に設けられ、弁体62が排気口本体61の開口を閉塞している状態(以下、閉弁状態という)に付勢するコイルバネ等の付勢部材である。このように、負荷調整部材66は、例えば、マスク着用者が呼吸をしていない状態、すなわち空気の流れが生じていない状態であっても、閉弁状態を維持することができる。
この結果、排気口本体61の開口と弁体62との間に隙間が生じてしまうような不安定な状態を防止することができ、マスク着用者が捕集フィルタ22や導電フィルタ21等を通さない空気を吸い込むことを防止することができる。
(Load adjustment member)
The
As a result, it is possible to prevent an unstable state in which a gap is formed between the opening of the exhaust port
(弁体の変形例)
図4(B)は、第3実施形態に係る弁ユニットの弁体(負荷調整部材)の変形例を示す図である。
弁体62-2は、弁体の先端に錘等の負荷調整部材66-2を設ける構成としてある。これにより、弁体62-2は、マスク着用者が呼吸をしていないときであっても、負荷調整部材66-2の自重によって発生する回転モーメントにより、弁体62-2が閉弁状態を維持することができる。
(Validation example of valve body)
FIG. 4B is a diagram showing a modified example of the valve body (load adjusting member) of the valve unit according to the third embodiment.
The valve body 62-2 is configured to provide a load adjusting member 66-2 such as a weight at the tip of the valve body. As a result, the valve body 62-2 is in a closed state due to the rotational moment generated by the weight of the load adjusting member 66-2 even when the mask wearer is not breathing. Can be maintained.
(負荷調整部材の用途)
負荷調整部材66,66-2は、弁体62、62-2を開弁方向に移動させるときに、より呼気量の軽減又は加重する調整を行うことができる。
この結果、マスク着用者は、呼吸を繰り返し行うことで、心肺機能に負荷を掛けることができるため、呼吸機能の回復や維持、強化等の心肺機能のトレーニングを行うことができる。
(Use of load adjustment member)
The
As a result, the mask wearer can apply a load to the cardiopulmonary function by repeatedly breathing, so that the cardiopulmonary function training such as recovery, maintenance, and enhancement of the respiratory function can be performed.
(ノーズフィット部材の別用途)
第3実施形態では、ノーズフィット部材5は、マスク本体2Cの最外層と最内層に配置してある。このように配置することで、マスク1Cは、電極板となる2つのノーズフィット部材5(5a,5b)を両面にして、誘電体を挟み込んだコンデンサ構造を形成することができる。このため、圧電材料5の圧電効果によって生じた電荷を、ノーズフィット部材5a,5bの間で蓄電することができる。そして、マスク本体2Cは、圧電効果が働いていないときには、その蓄電した電荷を放電することができるために、マスク1Cの不活化効果と捕集効果の継続性を向上させることができる。
また、マスク本体2Cは、圧電効果が働いていないときには、その蓄電した電荷を放電することができるために、捕集フィルタ22を再帯電させることができるので、捕集機能の継続性を向上させることができる。
さらに、後述するマスク側装置7の電源処理部の蓄電池として使用することができる。
(Another use of nose fit member)
In the third embodiment, the nose
Further, when the piezoelectric effect is not working, the
Further, it can be used as a storage battery for the power supply processing unit of the
以上説明した第3実施形態のマスク1Cによれば、弁体62は、マスク着用者が息を吐くと、呼気によって開弁方向に移動して、排気口本体61の開口を開放する。一方、弁体62は、マスク着用者が息を吸うと、吸気によって閉弁方向に移動して、排気口本体61の開口を閉塞する。
このため、マスク着用者が息を吐くときには、マスク本体2C及び弁体62を通して、呼気が排出され、マスク着用者が息を吸うときには、マスク本体2Cを通して、空気を吸い込むことができる。
すなわち、マスク着用者が息を吸うときには、マスク本体2Cの捕集フィルタ22や導電フィルタ21等を通した空気を吸い込むことになるため、フィルタ効果は維持することができる。
According to the
Therefore, when the mask wearer exhales, the exhaled breath is discharged through the
That is, when the mask wearer inhales, the air that has passed through the
第3実施形態のマスク1Cによれば、以下のような効果がある。
(1) 第1及び第2のマスク1A,1Bの効果に加えて、排気弁62を設けたので、呼気が排気弁62からスムーズに排気され、熱がこもらず、使い心地がよい。
(2) 弁ユニット6をマスク本体2Cに着脱することができるために、マスク本体2Cが汚れたときには、容易に交換することができるので、弁ユニット6は、再利用することができ、マスク本体2Cを経済的で衛生的に保つことができる。
(3) 弁体62の弾性変形により、変形が弁体に集中するので、圧電部材4の発電効率がよい。
According to the
(1) In addition to the effects of the first and
(2) Since the
(3) Due to the elastic deformation of the
[第4実施形態]
[呼気情報処理システム]
図5は、第3実施形態に係るマスクを用いた呼吸情報処理システムの実施形態を示すブロック図である。
マスク側装置7は、検出部71(圧電部材4)と、信号処理部72と、通信部73と、電源処理部74等とを備えており、図3,図4で説明したマスク1Cに内蔵されている。
[Fourth Embodiment]
[Breathing information processing system]
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of a respiratory information processing system using a mask according to a third embodiment.
The mask-
[マスク側装置]
検出部71は、弁62の動きによって、圧電部材4に発生する電圧を検出するものである。検出部71は、弁体62の開閉回数、すなわち呼吸回数を検出することができる。また、このとき、弁体62が排気口本体61の開口を開放している状態(以下、開弁状態という)の時間を検出すれば、呼吸回数だけでなく、呼気及び吸気の間隔である呼吸リズムまで検出することもできる。
[Mask side device]
The
信号処理部72は、検出部71で検出してアナログ信号をデジタル信号に変換する部分である。
通信部73は、信号処理部72で生成した信号を、呼吸情報処理装置8と無線により通信する部分である。この通信部73は、検出部71が検出した呼吸データをリアルタイム又は予め設定された一定周期毎に(例えば、1分毎に)、呼吸情報処理装置8に送信することができる。
無線通信手段として、例えば、Wi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)等の通信方式を用いることができる。
The
The
As the wireless communication means, for example, a communication method such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), Zigbee (registered trademark) or the like can be used.
電源処理部74は、圧電部材4より受けた電力を蓄電して、信号処理部72や通信部73等への電源供給の制御を行う。電源処理部220は、信号処理部72や通信部73等の動作電圧に合わせて、電圧を降圧又は昇圧の処理をする。電力の蓄電が不足する可能性がある場合は、電源処理部74に小型充電池等を付加すればよい。
The
[呼吸情報処理装置]
呼吸情報処理装置8は、後述する図6に示すプログラムに従って動作して、弁ユニット6を構成する弁体62の開閉動作からマスク着用者の呼吸に関する呼気データを記憶、管理及び分析する情報処理装置であり、スマートフォン、タブレット、ノートPC等で構成することができる。
この呼吸情報処理装置8は、通信部81と、記憶部82と、表示部83(モニタリング出力部)と、操作部84と、電源処理部85と、制御部86(モニタリング処理部)とを有している。
[Respiratory information processing device]
The respiratory
The respiratory
通信部81は、マスク本体2Cのマスク側装置7と無線により通信する部分である。通信部81は、マスク本体2Cから送信される呼吸データを、リアルタイム又は予め設定された一定周期毎(例えば、1分毎)に受信する。通信部81は、その呼吸データを制御部86へ順次送る。
The
記憶部82は、この呼吸情報処理装置8の各種機能を実行するためのプログラムやデータを記憶可能な記憶媒体(例えば、ROM、RAM及びハードディスク等)で構成される。
この記憶部82は、マスク本体2Cから送信される呼吸データ(例えば、呼吸回数、呼吸深さ、呼吸状態等に代表される生理的徴候)の取得時間を特定できる時間情報とともに紐づけて記憶される。
呼吸回数は、単位時間(例えば、1分間)あたりの呼吸数を示す情報である。呼吸深さは、1回の呼吸における換気量を示す情報である。呼吸状態は、マスク着用者の呼吸リズム、呼気及び吸気の温度(温度情報)、いびき(音情報)を示す情報であり、例えば、睡眠中の異常ないびきや無呼吸状態等があるか否かを示す情報である。
The
The
The respiratory rate is information indicating the respiratory rate per unit time (for example, 1 minute). Respiratory depth is information that indicates the amount of ventilation in one breath. The respiratory state is information indicating the breathing rhythm of the mask wearer, the temperature of exhalation and inspiration (temperature information), and snoring (sound information). This is information indicating.
表示部83は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示手段であり、操作部84を操作することにより、各種情報を表示する。表示部83は、制御部86から出力される信号に基づいて、画像又は音の双方又は一方により出力する。
表示部83は、呼吸回数、呼吸深さ、呼吸状態等の呼吸データに基づいて、例えば、マスク着用者の呼吸パターンから体調の変化を観察しやすいように表示する。そのため、ユーザは、表示部83に表示される呼吸パターンを観察(モニタリング)することで、睡眠時にもマスク1Cを着用すれば、眠っている間に呼吸が止まる無呼吸症候群等を発見することもできる。
The
The
操作部84は、例えば、タッチパネル、キーボードやマウス等で構成されており、ユーザが操作することにより、所定のデータや指示、命令等を選択、入力できるようになっている。
The
電源処理部85は、レギュレータと、バッテリーとを有している。電源処理部85は、バッテリーから出力された直流電圧をレギュレータで調整する。電源処理部85は、電源ボタンに接続されており、ユーザが電源ボタンをオン操作することにより、呼吸情報処理装置8が起動する。
The
制御部86は、CPU等で構成されており、記憶部82に記憶されているプログラムを読み込んで実行することにより、呼吸情報処理装置8のモニタリング動作の制御を行う。
制御部86は、通信部81で受信したマスク本体2Cから送信される呼吸データを変換して、記憶部82に呼吸データを記憶し、ユーザの操作部84の操作により、要求するデータを記憶部82から抽出して、表示部83に表示させる。
The
The
制御部86は、通信部81が受信したマスク本体2Cから送信される呼吸データである「呼吸回数」、「呼吸深さ」、「呼吸状態」等に代表される生理的徴候から、時間毎に演算処理し、体調の変化を観察できる信号を生成する。
The
図6は、第4実地形態に係るマスクを用いた呼吸情報処理装置8の実施形態の動作を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the embodiment of the respiratory
S100において、呼吸情報処理装置8の電源ボタンがオン操作されると、記憶部82に記憶されているプログラムに従って、表示したい呼吸データの表示モードの選択初期画面を表示部83に表示する。
In S100, when the power button of the respiratory
S110において、制御部86は、ユーザが操作部84を用いて、表示部83に表示したい表示モードを選択したか否かを判定する。ここでは、「呼吸回数モード」、「呼吸深さモード」、「呼吸状態モード」等の少なくとも1つのモードを選択することができる。
そして、制御部86は、ユーザが表示モードを選択した場合には(S110:Yes)、S120の処理に進み、表示モードを選択していない場合には(S110:No)、S100の処理に戻る。
In S110, the
Then, the
S120において、制御部86は、記憶部83に記憶された表示モード用テーブルを参照して、S110の処理で選択された表示モードを特定する。そのため、表示部83には、特定された表示モードに沿った呼吸データが表示されることになる。
In S120, the
S130において、制御部86は、呼吸データを取得する。
制御部86は、マスク1Cの通信部73から送信される呼吸データに基づいて、その呼吸データを取得した時間を特定できる時間情報とともに取得する。これにより、特定した呼吸データの表示モードが、日常生活時(通常時)、睡眠時、労働時、運動時等のマスク着用者の行動を特定して表示することが可能になる。
In S130, the
Based on the respiration data transmitted from the
S140において、制御部86は、取得した呼吸データを演算処理して、マスク着用者の体調の変化を観察できる信号を生成する。
In S140, the
S150において、制御部86は、ユーザが見やすいように時系列グラフ等の画像や音声を用いることにより、視覚や聴覚によって体調の変化を容易に観察することができる呼吸関連グラフを生成する。
In S150, the
S160において、制御部86は、取得した呼吸データを演算処理して生成したデータを記憶部82に格納する。
In S160, the
S170において、制御部86は、マスク1Cから送信される呼吸データを変換して、記憶部810に記憶しておき、事後にその変換した信号を出力して表示部83に表示する。
In S170, the
S180において、制御部86は、呼吸データの計測を終了するか否かを判定する。制御部86は、予め定められた計測終了条件が満たされた場合に、呼吸データの計測を終了すると判断する。ここでの計測終了条件として、例えば、ユーザが操作部84を終了操作すること等によって行われる。
制御部850は、計測終了条件が満たされたと判定した場合には(S180:Yes)、S190の処理に進み、計測終了条件が満たされていないと判定した場合には(S180:No)、S130の処理に戻る。
In S180, the
The control unit 850 proceeds to the process of S190 when it is determined that the measurement end condition is satisfied (S180: Yes), and when it is determined that the measurement end condition is not satisfied (S180: No), S130. Return to the processing of.
S190において、制御部86は、選択された表示モードにおける呼吸データを記憶部82から抽出して、表示部83に表示させ処理を終了する。
In S190, the
なお、S140において、演算した呼吸データが異常な値を検出したときには、S170において、異常状態であることを示す信号を、表示部83に出力する構成とすることが好ましい。
例えば、成人の呼吸回数は、年齢によって多少変動はあるものの、12~18回/分が標準的である。そのため、制御部86は、この範囲に呼吸回数が入っていなければ、表示部83に正常時とは異なる色や音等でアラーム表示させるように、表示部83を駆動するようにしてもよい。
When the calculated respiratory data detects an abnormal value in S140, it is preferable that the signal indicating the abnormal state is output to the
For example, the standard breathing rate for adults is 12 to 18 breaths / minute, although it varies slightly depending on the age. Therefore, if the breathing rate is not within this range, the
以上説明したように、第3実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)本実施形態のマスク1Cは、マスク着用者が呼吸するたびに、弁体62が開閉動作し、それに伴い弁体62に設けた圧電部材4が撓むことになるため、圧電部材4が電圧を発生することができる。そのため、マスク着用者が呼吸するたびに、圧電部材4と電気的に接続されたマスク本体2Cの表面上に電圧を発生することができるため、マスク本体2Cに付着した微小病原体を長期にわたり不活化させることができる。
As described above, according to the third embodiment, there are the following effects.
(1) In the
(2)本実施形態のマスク1Cは、マスク本体2Cに弁ユニット6を設けたため、マスク着用者の呼吸が楽になり、蒸れや息苦しさ等の不快感を低減することができる。そして、その弁ユニット6bは、マスク本体2Cと着脱自在に装着されているため、マスク本体2Cが汚れた場合でも、マスク本体2Cを容易に交換することができ、さらに弁ユニット6を再利用することができるため、経済的でマスク本体2Cを衛生的に保つことができる。
(2) Since the
(3)本実施形態のマスク1Cは、マスク着用者の呼吸回数、呼吸深さ、呼吸状態等の呼吸データを検出部71が検出することができる。そして、その検出部71は、弁体62に設けた発電機能を持つ圧電部材4から電力が供給されるため、特に大容量バッテリー等を必要とすることなく小型バッテリーでよく、マスク本体2Cを小型化や軽量化することができる。
また、マスク1Cと呼吸情報処理装置8は、無線通信で通信しているため、マスク着用者が運動しているときの呼吸データでも、時系列グラフ等の画像や音声を用いて、容易にリモート観察することができる。
(3) In the
Further, since the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変形や変更実施が可能である。
(1)例えば、上述した実施形態では、排気口本体6の形状は、内部が空洞の角筒状に形成される例を説明したが、内部が空洞の円筒状に形成してもよい。
また、弁ユニット6は、信号処理部72、通信部73、電源処理部74を付加しておけば、その再利用性が向上する。
(2)マスク本体2A、2B、2Cを構成する各部材を配置する順序に関しては、上述した順序以外でもよく、さらに、マスク1A、1B、1Cとしての柔軟性、通気性等の機能を損なわなければ、部材の数も適宜変更することができる。
例えば、マスク本体2Aは、圧電部材4を接合した弾性フィルタ24を、導電フィルタ21で挟んで積層することができる。これにより、導電フィルタ21と圧電部材4間の配線が不要又は配線長を短くすることができる。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and modifications can be made within the scope of the present invention.
(1) For example, in the above-described embodiment, the shape of the exhaust port
Further, if the
(2) The order in which the members constituting the mask
For example, the
1(1A、1B、1C) マスク
2(2A、2B、2C) マスク本体
21 導電フィルタ
22 捕集フィルタ
23 保護フィルタ
24 弾性フィルタ
3 耳掛け部
4 圧電部材
5 ノーズフィット部材
6 弁ユニット
61 排気口本体
62 弁体
63 着脱部材
64 中継部材
65 カバー部材
66 負荷調整部材
7 マスク側装置
8 呼吸情報処理装置
81 通信部
82 記憶部
83 表示部(モニタリング出力部)
84 操作部
85 電源処理部
86 制御部(モニタリング処理部)
1 (1A, 1B, 1C) Mask 2 (2A, 2B, 2C)
84
Claims (13)
前記導電フィルタに電気的に接続され、圧電材料が変形可能な状態で含まれており、その圧電材料の圧電効果により電圧を発生することで、前記マスク本体に付着する微小病原体を不活化させるように構成された少なくとも1枚の圧電部材と、
を含むマスク。 The mask body including the conductive filter and
It is electrically connected to the conductive filter and contains a piezoelectric material in a deformable state, and a voltage is generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric material so as to inactivate micropathogens adhering to the mask body. With at least one piezoelectric member configured in
Mask including.
前記マスク本体の内部又は表面に設けられていること
を特徴とする請求項1に記載のマスク。 The piezoelectric member is
The mask according to claim 1, wherein the mask is provided inside or on the surface of the mask body.
前記圧電部材は、
前記耳掛け部に設けられていること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマスク。 It is provided with an ear hook provided on the mask body.
The piezoelectric member is
The mask according to claim 1 or 2, wherein the mask is provided on the ear hook.
微小病原体を捕集するように構成された捕集フィルタを備えたこと
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のマスク。 The mask body is
The mask according to any one of claims 1 to 3, wherein the mask is provided with a collection filter configured to collect micropathogens.
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のマスク。 The mask according to any one of claims 1 to 4, wherein the mask is provided with an elastic filter which is a thin elastic body having a porous or mesh shape.
を特徴とする請求項5に記載のマスク。 The mask according to claim 5, wherein the elastic filter increases the amount of deflection of the piezoelectric material.
前記マスク本体に電気的に接続される圧電材料が排気用弁体に設けられており、前記圧電材料の圧電効果により電圧を発生して、前記マスク本体に付着する微小病原体を不活化させるように構成された弁ユニットと、
を含むマスク。 A planar mask body including a conductive filter and
A piezoelectric material electrically connected to the mask body is provided on the exhaust valve body, and a voltage is generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric material so as to inactivate micropathogens adhering to the mask body. The configured valve unit and
Mask including.
呼気の流路となる排気口と、
前記排気口を開閉する排気用弁体と、
前記排気用弁体に設けられた前記圧電材料からなる少なくとも1枚の圧電部材を備えたこと
を特徴とする請求項7に記載のマスク。 The valve unit is
The exhaust port, which is the flow path for exhaled air,
An exhaust valve body that opens and closes the exhaust port,
The mask according to claim 7, further comprising at least one piezoelectric member made of the piezoelectric material provided on the exhaust valve body.
を特徴とする請求項7又は請求項8に記載のマスク。 The mask according to claim 7 or 8, further comprising a load adjusting member for reducing or weighting the opening / closing load of the exhaust valve body.
前記マスク本体に対して、着脱自在に設けられていること
を特徴とする請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載のマスク。 The valve unit is
The mask according to any one of claims 7 to 9, wherein the mask body is detachably provided.
前記呼吸データを外部に出力する呼吸データ出力部と、
を備えたこと
を特徴とする請求項7から請求項10までの何れか1項に記載のマスク。 A breathing data detection unit that detects breathing data based on the open / closed state of the exhaust valve body,
A breathing data output unit that outputs the breathing data to the outside,
The mask according to any one of claims 7 to 10, wherein the mask is provided with.
前記呼吸データを記憶する記憶部と、
前記呼吸データに基づいて、呼吸回数、呼吸深さ及び呼吸状態の少なくとも1つを含む生理的徴候から体調の変化を観察できる信号を生成するモニタリング部と、
前記モニタリング部から出力される信号に基づいて、画像及び音の少なくとも1つによって、出力するモニタリング出力部と
を備えた呼吸情報処理装置。 A communication unit that receives the respiration data output from the mask according to claim 11.
A storage unit that stores the respiratory data and
Based on the respiratory data, a monitoring unit that generates a signal capable of observing changes in physical condition from physiological signs including at least one of respiratory frequency, respiratory depth and respiratory state, and a monitoring unit.
A respiratory information processing apparatus including a monitoring output unit that outputs at least one of an image and a sound based on a signal output from the monitoring unit.
請求項11に記載のマスクから出力された前記呼吸データを受信する通信部、
前記呼吸データを記憶する記憶部、
前記呼吸データに基づいて、呼吸回数、呼吸深さ及び呼吸状態の少なくとも1つを含む生理的徴候から体調の変化を観察できる信号を生成するモニタリング部、及び
前記モニタリング部から出力される信号に基づいて、画像及び音の少なくとも1つによって、出力するモニタリング出力部、
として機能させる
ことを特徴とするプログラム。 Computer,
A communication unit that receives the respiration data output from the mask according to claim 11.
A storage unit that stores the respiratory data,
Based on the respiratory data, a monitoring unit that generates a signal capable of observing a change in physical condition from physiological signs including at least one of the respiratory frequency, the respiratory depth, and the respiratory state, and a signal output from the monitoring unit. And a monitoring output unit that outputs by at least one of the image and sound,
A program characterized by functioning as.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020186638A JP2022076291A (en) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | Mask, respiratory information processing device and program |
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