JP2022549620A - 合成繊維材料の選択的に変更する変形特性 - Google Patents

Abstract

高分子系の生地材料の１つ以上の変形特性を選択的に変更する方法は、生地の複数の部分を所定のパターンで選択的に溶解させることを含む。

Description

本特許出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１９年９月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／９０６，７５７号の優先権を主張し、その内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる。

本発明は、生地材料(fabric material)を形成する方法に関し、特に、生地材料を選択的に補剛する方法に関する。本発明はさらに、選択的に補剛された生地材料、及び患者インターフェース装置を患者の頭部に結合するのに使用するためのヘッドギアにおいてそのような材料を使用することに関する。

呼吸ガス流を患者の気道に非侵襲的に送出する、すなわち、患者に挿管することなく或いは患者の食道に気管チューブを外科的に挿入することなく送出することが必要である又は望ましい状況が多くある。例えば、非侵襲的換気として知られる技術を用いて患者を換気することが知られている。例えば、睡眠時無呼吸症候群、特に閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）又はうっ血性心不全のような内科的疾患を治療するために、持続的気道内陽圧（ＣＰＡＰ）又は患者の呼吸周期と共に変化する可変気道陽圧を送出することも知られている。

非侵襲的な換気及び圧力支持療法は、典型的には、ヘッドギアアセンブリによって患者の顔に固定されるマスク構成要素を含む、呼吸用患者インターフェース装置の配置を含む。このマスク構成要素は、限定ではないが、患者の鼻を覆う鼻マスク、患者の鼻孔内に収容される鼻枕を持つ鼻クッション、鼻及び口を覆う鼻／口マスク、又は患者の顔を覆うフルフェイスマスクでもよい。患者の頭部の上／周囲に取り付けるように適応する１つ以上のストラップを持つヘッドギアによって、上記装置を着用者の顔に維持することが知られている。このような呼吸用患者インターフェース装置は通例、長期間着用されるので、患者にとって快適である方法で着用されつつ、ヘッドギアがマスク構成要素を所望の位置に維持することが重要である。

マスクのシールを損なうことなく、全ての頭部の形状及びサイズに適合する汎用のヘッドギアを作ることは難しい。一つには、これは、快適であるという必要性と、安定させるという必要性との間の矛盾を解決することが困難であるからである。弾力性のあるヘッドギアは快適であるが、不安定でもある。逆に、堅いヘッドギアは、マスクを所定の位置で安定させることができるが、快適性を損なう。この問題は、ある領域は伸縮性が高く、他の領域は伸縮性が低いヘッドギアを、そのような異なる領域の各々に異なる材料を使用することによって設計することにより、ある程度対処されている。そのような手法は、うまく機能するが、裁断及び縫製される異なる材料からヘッドギアを作ることを含むという事実に制限される。裁断及び縫製の方法は、（必要とされる材料の量及び時間のために）一般的に高価であるだけでなく、一枚の生地の材料特性の複雑さを制限する。従って、マスクを患者の頭部に固定するのに使用するためのヘッドギア、及びそのようなヘッドギアを作るのに使用される（複数の）材料においても改善の余地がある。

本発明の一態様として、高分子系の生地材料の１つ以上の変形特性を選択的に変更する方法が提供される。この方法は、生地の複数の部分を所定のパターンで選択的に溶解させることを含む。

前記生地材料は、ナイロン又はポリエステル繊維の少なくとも１つを有する。前記生地の複数の部分を所定のパターンで選択的に溶解させることは、レーザーを用いて、前記生地材料の複数の部分を溶解させることを含んでもよい。前記生地の複数の部分を所定の方法で選択的に溶解させることは、当該生地材料の複数の部分を化学的に溶解させることを含んでもよい。前記複数の部分の少なくとも１つの部分は、前記生地材料の単一の繊維を有することができる。前記複数の部分の少なくとも１つの部分は、前記生地材料の複数の繊維を有することができる。前記パターンは、複数の直線部分を有する。前記パターンは、複数の弓形部分を有する。前記高分子系の生地材料は、積層材料からなる複数の層の１つでもよい。

本発明の別の態様として、高分子系の生地材料は、１つ以上の部分を有し、この１つ以上の部分は、当該１つ以上の部分の１つ以上の変形特性が選択的に変更されたように、所定のパターンで溶解している。

前記生地は、ナイロン又はポリエステル繊維の少なくとも１つを有する。生地材料は、当該生地材料に積層される別の材料からなる第２の層をさらに有することもできる。

本発明のさらに別の態様として、患者の頭部に患者インターフェース装置を固定するのに使用するためのヘッドギアは、高分子系の生地材料を有し、この高分子系の生地材料の１つ以上の部分は、当該１つ以上の部分の１つ以上の変形特性が選択的に変更されたように、所定のパターンで溶解している。

前記生地材料は、ナイロン又はポリエステル繊維の少なくとも１つを有する。前記ヘッドギアは、前記生地材料に積層される別の材料からなる第２の層をさらに有することもできる。

構成物の関連する要素の動作方法及び機能、並びに製造部品と製造の経済性との組み合わせと同じく、本開示のこれら及び他の目的、特徴並びに特性は、付随する図面を参照して、以下の説明及び添付の請求項を考慮するとより明白となり、これらの全てが本明細書を形成している。様々な図面において、同様の参照番号は対応する部品を示している。しかしながら、これら図面は単に例証及び説明を目的とするものであり、本発明の境界を規定するものとは意図されないことは明白に理解されるべきである。

図１は、本発明の実施形態に従って作られる一次元の補剛パターンを持つ幾つかの異なる例示的な生地標本の概略図を示す。 図２は、図１の幾つかの異なる例示的なの生地標本に対する、伸長対加えられる軸方向の負荷を示すグラフである。 図３Ａは、本発明の１つの例示的な実施形態に従って選択的に補剛される生地材料の断面の部分概略図である。 図３Ｂは、本発明の別の例示的な実施形態に従って選択的に補剛される生地材料の別の断面の部分概略図である。 図４Ａは、患者の頭部に配された状態で示される、本発明の１つの例示的な実施形態に従って選択的に補剛される前の生地製ヘッドギア装置の側面図である。 図４Ｂは、患者の頭部に配された状態で示される、本発明の１つの例示的な実施形態に従って選択的に補剛された後の図４Ａの生地製ヘッドギア装置の側面図である。 図５Ａは、弛緩した位置で示される、本発明の１つの例示的な実施形態に従って選択的に剛化された生地材料の一部の部分概略図である。 図５Ｂは、軸方向に力が加えられた状態で示される、図５Ａの選択的に補剛された生地材料の一部の部分概略図である。 図６は、本発明の１つの例示的な実施形態による、その中に画定される開口の周りで選択的に補剛された生地材料の一部の部分概略図である。 図７Ａは、緩和される位置及び軸方向の力を加えることにより変形した位置における、その中に形成される円形開口を持つ補剛されていない一枚の生地材料を示す。 図７Ｂは、本発明の１つの例示的な実施形態に従って選択的に補剛された生地材料の部分を除き、図７Ａのものと同様であり、図７Ａと同様の状態にある一枚の生地を示す。 図８は、本発明の例示的な実施形態による、軸方向の力が加えられるときの、一枚の生地に形成される円形開口に隣接する可変する補剛パターンの変形効果を示す。

明細書において、特に文脈上はっきりと述べていない限り、複数あると述べていなくても、それらが複数あることを含む。明細書において、２つ以上の部品又は構成要素が"結合される"と述べることは、連結している限り、これらの部品が直接的に又は間接的、すなわち１つ以上の中間部品若しくは構成要素を介しての何れかにより接合される又は共に動作することを意味する。明細書において、"直接結合される"は、２つの要素が互いに直に接して結合される（すなわち接触している）ことを意味する。明細書において、"固定して結合される"又は"固定される"は、２つの構成要素が互いに対し一定の方向を維持しつつ、１つとして移動するように結合されることを意味する。

明細書において、２つ以上の部品又は構成要素が互いに"係合する"と述べることは、これらの部品が互いに対し直接的に又は１つ以上の中間部品若しくは構成要素を介して間接的にの何れかにより力を及ぼしていることを意味する。明細書において、"数字"は、１つ又は２つ以上の整数（すなわち複数）を意味する。

明細書における方向の表現、例えば、例であり限定ではないが、左、右、上、下、前、後ろ、その上及びそれらの派生語は、図に示される要素の向きに関連し、特に明瞭に言わない限り、請求項を制限しない。

多くの現代の生地は、熱可塑性繊維（ナイロン及びポリエステルなど）から縫製される。このような一枚の生地内の線維、又はその生地内の多くの特に選択された部分を選択的に溶解させることにより、特定の用途のために、一枚の生地の１つの部分、複数の部分又は全ての部分の材料特性（例えば、剛性）が選択的に処理又は調整されることができる。このような線維又はその線維の一部が溶解するとき、溶解する部分は、隣接する線維と融合し、一般にこれらを一緒に溶解する。このような溶解した領域は、様々な方法で利用される一枚の生地内に伸縮性の低い領域を作り出し、その幾つかの例が以下に説明される。例えば、（熱を用いて線維を溶解させる）レーザー又は（線維を化学的に溶解させる）化学的なスクリーン印刷処理を用いるような、精密な技術を用いて作られるとき、このような伸縮性が低い領域又は本質的に伸縮しない領域は、非常に小さく（例えば、限定ではないが、１～２ｍｍ）、十分に制御される。これらの伸縮性が低い領域は、一枚の生地又は一枚の生地内の選択された（１つ又は複数の）領域の伸縮性又は伸縮性の欠如（すなわち、剛性）を制御するパターンである"伸縮制御パターン"を作り出すためにマクロスケールで組み合わされてもよい。そのような領域を形成する方法によって、各々が生地に対し異なる変形特性を付与する、そのような領域の幾つかが、一枚の生地内に形成されることができる。加えて、そのような手法は、多層積層材料に適用され、この多層積層材料の外側の層の選択した部分が選択的に溶解し、従って、その外側の層内の他の線維に、又はこの多層積層材料内の他の層の部分に溶解する。

本発明の実施形態による幾つかの異なる例示的な生地標本Ｆ_Ａ－Ｆ_Ｉの概略的な表示が図１に示される。例えばドット領域で示されるような、生地標本Ｆ_Ｂ－Ｆ_Ｉの選択された部分は、上述した溶解を用いて選択的に剛化され、一次元の伸縮制御パターンＰ_Ｂ－Ｐ_Ｉを形成する。標本Ｆ_Ａは選択的に剛化されていない（従って、ドット領域を含んでいない）。図２は、各標本Ａ－Ｉに加えられる（標本Ａ上に矢印Ｔで示される）引張力によって生じる、標本Ｆ_Ａ－Ｆ_Ｉの各々の伸長対負荷のグラフを示す。図２のグラフから分かるように、選択的に剛化された部分により形成される標本Ｆ_Ｂ－Ｆ_Ｉの異なる伸縮制御パターンＰ_Ｂ－Ｐ_Ｉの各々は、引張力Ｔが加えられる方向に異なる剛性（すなわち、負荷／伸長）を与える。

単一方向における生地の剛性を変化させる／調整することに加えて、異なる角度で配向された複数の一次元の伸縮制御パターンは、幾つかの異なる方向における一枚の生地の伸縮特性が制御されるように組み合わされる。例えば、図３Ａは、図１の標本Ｆ_Ｉの伸縮制御パターンＰ_Ｉと同様である、本発明の一実施形態による別の一次元の伸縮制御パターンＰ_Ｊを持つ別の生地標本Ｆ_Ｊを示す。図３Ｂは、例えば双頭矢印Ｄ_１、Ｄ_２及びＤ_３で示されるような異なる方向に各々が配向される伸縮制御パターンＰ_Ｊが一般に３回形成される（故に、Ｐ_Ｊ１、Ｐ_Ｊ２、Ｐ_Ｊ３とラベルが付けられる）。このような配列の結果として、方向Ｄ_１、Ｄ_２及びＤ_３における生地標本Ｆ_Ｊ'の剛性が増大する。

このような技術は、患者の頭部にマスクを固定するのに使用するためのヘッドギアを作るするのに容易に用いられることができ、これは、例えば本明細書の背景技術の項において上述したように、本明細書に開示される概念に従って作られる複数の伸縮特性を持つ一枚の生地を使用する方が、複数枚の生地を使用するよりもはるかに費用効果が高いので、従来の手法を改善する。一例として、図４Ａは、患者の頭部に位置決められた生地製ヘッドギア装置１０を示す。ヘッドギア装置１０は、本明細書に記載されるような補剛部分を含まないユニタリな一枚の生地材料から形成された頂部ストラップ部分１２及び後部ストラップ部分１４を含む。補剛部分が全くないと、ヘッドギア装置１０は、頂部ストラップ１２が患者の頭部の後方の上部に一般に置かれる（例えば破線で部分的に示されるような）好ましい位置から、患者の頭部の頂部／前部に近い一般に不安定な位置に容易に歪む傾向がある。図４Ｂに示されるように、頂部ストラップ部分１２'及び後部ストラップ部分１４'の両方に沿って延在する伸縮制御線１６を形成する（すなわち、溶解させる）ことによって、ヘッドギア装置１０'は、図４Ａと関連して上述したような歪みに抵抗し、従って、患者の頭部上に適切に位置決められたままとなる。

本明細書に記載されるような補剛領域は、張力を受けて、生地の（１つ又は複数の）部分が歪む方法を制御するために用いられてもよい。材料を含まない、ベクトルに沿って張力を加えることが望ましいＣＰＡＰマスクのヘッドギアにおいて無数の用途がある。例えば、多くのヘッドギアは、患者の耳又は目の周りにヘッドギアを通す補剛材を含む。本概念の実施形態は、プラスチックの補剛材を用いずに選択的に溶解したパターンを用いて、そのような装置を真似るために使用されることができる。所望する張力を受けた後の生地ストラップの形状の凹部とは逆である凹部の曲線を溶解させることにより、張力を受けるとき、湾曲した状態になる直線のストラップが作られる。このような装置は、プラスチックの芯(core)の必要性を排除しつつ、従来用いられるような補剛した曲面の効果と同様の効果を生み出す。

このような概念を実証している本発明の１つの例示的な実施形態による例示的な装置が、図５Ａ及び図５Ｂに示される。より具体的には、図５Ａは、緩められた（すなわち、力が加えられていない）位置にある例示的な生地ストラップ２０を示す。ストラップ２０は、上向きの凹部を持つ複数の弓形形状の溶解線２２を含む。図５Ｂに示されるように、ストラップ２０に引張力Ｔが加えられるとき、溶解線２２は、周囲の材料よりも剛性があるという結果、真っ直ぐになる傾向がある。このような溶解線２２が真っ直ぐになることは、ストラップが溶解線２２の凹部の方向に概ね引っ張られるようになり、図５Ｂに示される湾曲した形状になる。ストラップ２０の横方向のたわみの特性は、溶解したパターンの設計により制御されることができる。一般に、幅Ｗに対する長さＬの比率がより大きい溶解領域は、より大きなたわみを生じさせる傾向があり、より広い領域は、より大きなたわみを誘発する"力"を生成する。

本明細書に記載されるような補剛領域が、生地にある開口に隣接して用いられてもよい。例えば、図６は、生地ストラップ３０を通り抜けて画定される円形開口３２を持つ生地ストラップ３０の一部を示す。開口３２は、この開口３２の周囲に剛性のあるリングを作り、開口３２の形状を維持するのを支えるために、２本の溶解線３４により囲まれる。これは、穴を強固にするために行うことができ、プラスチックの環（カラー）のような何らかの機能を容認する。

別の例として、ポアソン効果(Poisson Effect)により生じる開口の座屈又は開口の周りの座屈を防止するために、補剛領域が使用されることができる。図７Ａに示されるように、ポアソン効果（張力を受けた材料は、前記張力を横切る方向に収縮する傾向があること）により、張力Ｔの下で一枚の生地４０にある開口４２は、潰れる傾向がある。ポアソン"力"は、両側から開口４２を押し潰し、開口４２は、そのような圧縮に抵抗する材料が無いので、開口４２が潰れる。図７Ｂに示されるように、開口４２の両側に形成される、図５Ａ及び図５Ｂに関して上述したものと同様の弓形形状の補剛部分４４を利用することにより、ポアソン効果を弱めることができる。これらのたわみ制御機能の長さを変化させることにより、開口４２の座屈した輪郭を制御することが可能である。図８の部分Ａ、Ｂ及びＣは、たわみ制御機能の長さＬが長くなるにつれて、開口４２の最終形状がより円形となる様子を一般的に例示する。

従って、上述した例から、本発明の実施形態は、高分子系の生地材料の１つ以上の変形特性を修正する方法を提供することが分かる。次いで、このような改質された生地材料は、例えば、患者インターフェース装置を患者の頭部に固定するのに使用するためのヘッドギアのようなアイテムを作るために容易に使用される。最新の技術にわたり本明細書に記載されるような選択的に補剛することの幾つかの利点は、伸縮制御の種類（すなわち、一方向の伸縮制御、双方向の伸縮制御、穴の支持、たわみ制御）に対する多くのオプション、（各生地に対し別の大きな片の生地を縫製する必要がなく、伸縮制御特徴をミリメートルの尺度で作ることができる）応力制御特徴のより細かい分解能、及び（コストの節約につながる）一枚の生地から可変伸縮性のヘッドギアを作る能力、である。

請求項において、括弧の間に置かれる如何なる参照符号もその請求項を限定するとは考えない。"有する"又は"含む"という言葉は、請求項に挙げられる以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。幾つかの手段を列挙している装置の請求項において、これらの手段の幾つかが同一のハードウェアにより具現化されてもよい。要素が複数あると述べていなくても、その要素が複数あることを排除しない。幾つかの手段を列挙している如何なる装置の請求項においても、これらの手段の幾つかが同一のハードウェアにより具現化されてもよい。幾つかの要素が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの要素が組み合わせて使用されることができないことを示していない。

本発明は、最も実用的で、好ましい実施形態であると現在考えられるものに基づいて、例示を目的に詳細に説明されていたとしても、そのような詳細は単に例示が目的であること、並びに本発明は、開示される実施例に限定されるのではなく、それどころか添付の請求項の主旨及び範囲内にある修正案及び同等のアレンジメントにも及んでいると理解されるべきである。例えば、本発明は、可能な限り、何れかの実施例の１つ以上の特徴が他の何れかの実施例の１つ以上の特徴と組み合わされ得ることも考慮していることを理解すべきである。

Claims (15)

1. 高分子系の生地材料の１つ以上の変形特性を選択的に変更する方法であって、前記方法は、
   前記生地の複数の部分を所定のパターンで選択的に溶解させるステップ
   を有する方法。
2. 前記生地材料は、ナイロン又はポリエステル繊維の少なくとも１つを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記生地の複数の部分を所定のパターンで選択的に溶解させるステップは、レーザーを用いて、前記生地材料の複数の部分を溶解させるステップを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記生地の複数の部分を所定の方法で選択的に溶解させるステップは、前記生地材料の複数の部分を化学的に溶解させるステップを有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記複数の部分の少なくとも一部は、前記生地材料の単一の繊維を有する、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数の部分の少なくとも一部は、前記生地材料の複数の繊維を有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記パターンは、複数の直線部分を有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記パターンは、複数の弓形部分を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記高分子系の生地材料は、積層材料からなる複数の層の１つである、請求項１に記載の方法。
10. 高分子系の生地材料であって、前記１つ以上の部分は、前記生地材料の１つ以上の部分の１つ以上の変形特性が選択的に変更されるように、所定のパターンで溶解する、高分系の生地材料。
11. 前記生地材料は、ナイロン又はポリエステル繊維の少なくとも１つを有する、請求項１０に記載の生地材料。
12. 前記生地材料に積層される別の材料からなる第２の層をさらに有する、請求項１０に記載の生地材料。
13. 患者インターフェース装置を患者の頭部に固定するのに使用するためのヘッドギアであって、前記ヘッドギアは、高分子系の生地材料を有し、前記生地材料の１つ以上の部分は、前記１つ以上の部分の１つ以上の変形特性が選択的に変更されるように、所定のパターンで溶解する、ヘッドギア。
14. 前記生地材料は、ナイロン又はポリエステル繊維の少なくとも１つを有する、請求項１３に記載のヘッドギア。
15. 前記生地材料に積層される別の材料からなる第２の層をさらに有する、請求項１３に記載のヘッドギア。

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