JP2023089320A - マスクシールド及び多重マスクシールド - Google Patents

Abstract

【課題】マスクを通らないで呼吸する空気を遮断し、使用するマスクを通して呼吸する空気中の粉塵、エアロゾル、花粉などの透過除去率を向上させて、高いマスク機能を達成する。
【解決手段】使用者１０の顔面に装着される、使用者１０の顔面形状に合わせて変形可能なインナーフレーム２２と、該インナーフレーム２２の前方に配設されるアウターフレーム２４と、を備える。インナーフレーム２２とアウターフレーム２４が一枚の板で形成され、アウターフレーム２４をインナーフレーム２２から引き起こすようにされている。使用者１０の耳に掛けるストラップ４０を係止するためのストラップホール２４Ｂがアウターフレーム２４に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクシールド及び多重マスクシールドに係り、特に、新型コロナウィルスや花粉症の対策に用いるのに好適な、マスクを通らないで呼吸する空気を遮断し、使用するマスクを通して呼吸する空気中の粉塵、エアロゾル、花粉などの透過除去率を向上させて、高いマスク機能を達成することが可能なマスクシールド及び多重マスクシールドに関する。

従来、使い捨て用簡易マスクを鼻や口の呼吸器部分に取り付けて防塵効果を高めるためのマスクフレームとして、特許文献１や２に記載されたような、単一リング形状のマスクフレームが提案されている。

又、マスクフレームではないが、特許文献３や４には、フレームを用いて使用者の顔面前方に空間を設けたマスクが提案されている。

特開２０００－１４０１３９号公報 国際公開ＷＯ０２／１１８１７Ａ１号公報 特開２０１１－４３０号公報 実開昭６１－１５４９６２号公報

「新型コロナウイルスや花粉症でのマスク装着に関する日本エアロゾル学会の見解」（https://www.jaast.jp/new/covid-19_seimei_JAAST_20200327.pdf）

非特許文献１に示す日本エアロゾル学会の見解によれば、マスクで大事なことは、フィルター性能より、マスクの縁と顔表面との隙間からの漏れ（浸入）を少しでも無くすことである。

しかしながら従来は、市販のマスクに容易に適用できて高いマスク機能を達成可能なマスクシールドは提案されていなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、マスクを通らないで呼吸する空気を遮断し、使用するマスクを通して呼吸する空気中の粉塵、エアロゾル、花粉などの透過除去率を向上させて、高いマスク機能を達成することが可能なマスクシールド及び多重マスクシールドを提供することを課題とする。

本発明は、使用者の顔面に装着される、使用者の顔面形状に合わせて変形可能なインナーフレームと、該インナーフレームの前方に配設されるアウターフレームと、を備えたマスクシールドにより、前記課題を解決するものである。

ここで、前記インナーフレームと前記アウターフレームを一枚の板で形成し、前記アウターフレームを前記インナーフレームから引き起こすようにすることができる。

又、使用者の耳に掛けるストラップを係止するための係止手段を前記アウターフレームに設けることができる。

又、前記インナーフレームと使用者の顔面の間、前記アウターフレーム、又は、前記インナーフレームと前記アウターフレームの回りの少なくともいずれかにフィルターを装着することができる。

本発明は、又、前記マスクシールドが、多重に配設されることを特徴とする多重マスクシールドにより、同様に前記課題を解決するものである。

本発明によれば、本発明のマスクシールドを用いて例えば市販のマスクを押さえることにより、マスクの縁と顔表面との隙間からの漏れ（浸入）を防ぎ、マスクを通らないで呼吸する空気を遮断し、使用するマスクを通して呼吸する空気中の粉塵、エアロゾル、花粉などの透過除去率を向上させて、高いマスク機能を達成することが可能になる。

即ち、例えば市販のマスクの上から、使用者の鼻、口周辺の形状に合わせた本発明のマスクシールドを重ねることによりマスクの隙間を通過する外気を遮断することで、マスクのフィルターを通さずに吸入される外気を大きく減少させることができる。

従って、口鼻に吸入される空気中の、粉塵、エアロゾル等の異物はマスクシールド内のフィルターを通して鼻口に吸入される為、吸入空気はマスクを通って粉塵エアロゾル等の異物除去を受けた空気となる。

この吸入される空気は、使用するマスクの異物除去性能により異なるが、本発明のマスクシールドを使用することで、マスク単独で使用した場合の異物除去性能を上回る効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態の全体構成を示す分解斜視図 第１実施形態のフレーム形状の一例を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）上面図 第１実施形態のフレーム形状の他の例を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）上面図 第１実施形態の使用方法の例を示す斜視図 本発明の第２実施形態の全体構成を示す分解斜視図 同じく展開前の状態を示す正面図 同じくアウターフレーム展開後の状態を示す斜視図 同じく使用状態を示す斜視図 （Ａ）第１実施形態の力の状態と（Ｂ）第２実施形態の力の状態を比較して示す上面図 （Ａ）一般的な平面マスクと（Ｂ）第２実施形態を比較して示す平面図 力が作用する状態を示す上面図 同じく力が作用する状態を示す線図 本発明の第３実施形態の（Ａ）展開前を示す正面図、及び、（Ｂ）アウターフレーム展開後の使用状態を示す斜視図 本発明の第４実施形態の（Ａ）展開前を示す正面図、及び、（Ｂ）アウターフレーム展開後の使用状態を示す斜視図 本発明の第５実施形態を示す分解斜視図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

図１に示す如く、本発明の第１実施形態に係るマスクシールド２０は、使用者１０の顔面に装着される、使用者１０の顔面形状に合わせて変形可能なインナーフレーム２２と、該インナーフレーム２２の前方に配設されるアウターフレーム２４と、を備えている。図において、４０は、マスクシールド２０（具体的にはアウターフレーム２４）を使用者１０の耳に掛けるための伸縮性のあるストラップ（ストリングとも称する）、５０、５２はフィルターである。

前記アウターフレーム２４は、図２（Ａ）（正面図）及び（Ｂ）（上面図）に示す如く、使用者１０の口、鼻を取り囲む周囲３６０°の稜線に沿った左右対称のリング形状とされており、その両側に前記ストラップ４０を係止するためのストラップアーム２４Ａが形成され、該ストラップアーム２４Ａにストラップ４０の係止穴であるストラップホール２４Ｂが空けられている。このアウターフレーム２４は、図２（Ａ）に示すような平面形状のものを、図２（Ｂ）に示す如く、ストラップアーム２４Ａの部分を外側に展開することによって使用される。

前記インナーフレーム２２は、アウターフレーム２４と同様な形状で、ストラップアーム２４Ａを省略した単純なリング形状とすることができる。

前記インナーフレーム２２及びアウターフレーム２４は、共に、弾性変形の復元力を備える材質、例えば金属、自然及び人工の樹脂類、その複合マテリアルを用いて製作されている。インナーフレーム２２、アウターフレーム２４共に、使用者１０の口、鼻を取り囲む周囲３６０°の稜線に沿ったマスクフィルターの圧着面に均等に圧力を加えるよう、弾性変形の復元力を利用した調整が可能とされている。

前記マスクシールド２０は、使用者１０の口鼻の周囲に、マスク、及びマスクフィルターを含むマスク本体を顔面に密着させる力を、マスク、及びマスクフィルターを含むマスク本体に伝えることなく、シールするべき口鼻を囲む、フィルターの周囲だけに顔面に直接マスクシールド２０で押さえることで、ストラップ４０の引く力を直接マスクシールド２０が圧着させる力として伝える特徴を有する。

マスクシールド２０の外周にシリコンチューブ、ゴム、紙、布、ビニールなどの柔らかな素材を巻くか、又は合わせ、装着したマスクの口、鼻を取り囲む顔面稜線の上からマスクシールド２０がマスクを隙間なく圧着させることができる。

図３（Ａ）（正面図）及び（Ｂ）（上面図）に示す変形例の如く、アウターフレーム２４’は、左右に２つずつのストラップアーム２４Ａ’と、ストラップホール２４Ｂ’を備えたものとすることもできる。図３の例によれば、ストラップ４０を引っ張る部分が多いので、使用者１０の頭に対して確実に密着させることができる。

前記マスクシールド２０に対するマスクの装着状態の例を図４に示す。

図４（Ａ）は、市販の平面マスク１２をマスクシールド２０内側の使用者１０の顔面との間に装着して、平面マスク１２のシールド機能を高めた例である。

図４（Ｂ）は、マスクシールド２０にフィルター５４を接着して、使い捨てマスクのフレームとして使用する例である。

図４（Ｃ）は、例えば平面状又は立体成形された交換用のカートリッジ式フィルター５６をマスクシールド２０に装着して使用する例である。この場合には、目的に応じたフィルターに交換して繰返し使用することができる。

図４（Ｄ）は、例えば紙６０、布６２、合成紙６４を３層積層した任意のフィルター５８を、マスクシールド２０内側と使用者１０の顔面の間に装着する例である。

図４（Ａ）（Ｃ）（Ｄ）の場合、平面マスク１２やフィルター５６、５８等は使い捨てる一方、マスクシールド２０は洗浄、滅菌の上、繰り返し使用可能である。

マスクシールド２０は、既存のマスクの持つ機能のうち、フィルター機能と、既存のマスクの持つ機能である鼻口周囲の顔面にフィルターを含むマスク本体を密着させる機能を分離して、使用者１０の顔面、口鼻周辺へのフィルターの密着とフィルターの保持を行う器具とされている。

このようにして、マスクフィルターの保持と密着、使用者１０への装着機能をマスクシールドだけに与えることにより、このマスクシールドを持つマスクユニットを装着した場合、フィルター部に対し呼吸時の空気抵抗、装着によるマスクシールドと使用者顔面との間の密着圧力以外の負荷を使用者に与えることがない。

本発明のマスクシールド２０は、マスクを必要とする現場の粉塵、飛沫等の条件に合わせ、目的に応じたフィルターとその積層を選択し、装着することが可能である。

又、マスクシールド２０は、マスク本体フィルター部に触れることなくフレーム部分を持つことで装着、脱着が可能であり、手を触れることによるフィルターの汚損を防ぐことができる。

第１実施形態によれば、インナーフレーム２２とアウターフレーム２４を分離して、２つのマスクシールド２０として使用することもできる。

次に、図５を参照して本発明の第２実施形態を説明する。

この第２実施形態のマスクシールド７０は、図６に示すような分割線７０Ａが形成された２重リング状の平面リングのアウターフレーム部分７４を、図７に示す如く、インナーフレーム部分７２から引き起こすことによって、図８に示すような使用状態としたものである。図において、７０Ｂは折り曲げを容易とするための小径の穴、７４Ａはストラップ係止用凸部、７４Ｂはストラップホール、７６はフィルターである。

本実施形態においては、図６に示したような２重リング状の部材の一部を引き起こして左右に拡げることで、マスクを使用者１０の顔に押さえる力点をインナーフレーム部分７２より前方に配置すると共に、顔面に近づけることができる。これにより、ストラップ４０が頬に当たる頻度を少なくして、頬に当たる圧力を軽減することができる。そして、図５に示したようにフィルター７６を装着した上からマスクシールド７０を装着することができる。

第１実施形態と第２実施形態のマスクシールドに加わる力を図９に比較して示す。図９（Ａ）に示す第１実施形態のマスクシールド２０では、端部ＥＥ’を図の上方向へ調整することで圧着力の均一化を図ることができる。一方、図９（Ｂ）に示す第２実施形態のマスクシールド７０では、端部ＥＥ’を顔面方向に動かすことで中央部の圧着力を下げて均一化を図ることができる。

次に、図１０を参照して、図１０（Ａ）に示す如く、マスクを使用者顔面に固定、圧着するストラップ支持点を、マスク本体左右端部に持つ従来の一般的な平面マスク１２と、図１０（Ｂ）に示す本発明の第２実施形態のマスクシールド７０の力の作用状態を説明する。図のうちＡ（Ａ’）をストラップの作用点とし、ストラップ４０を保持する左上の点を力点Ｂ（Ｂ’）、角Ｒ、Ｌと定めて説明する。図１０（Ａ）に示す従来の一般的な平面マスク１２において、マスクを密着させる力はＢＬ’－Ａ’－ＢＲ’の間に引く力を与え、マスク本体を引っ張る力と、その力の加わる方向から外れた顔側面、頬と頭部、この間部にモーメントとして働き、このモーメントからマスクの圧着力を得ている。この圧着力は図上で概ねＣ’－Ｄ’として表わすことができる。このマスクを引く力を一定の例えば１００ｇと仮定し、Ａ’－Ｂ’に加えたとき、マスク本体を伸ばす力とマスク本体を顔面に押し付ける力は概ねＣ’－Ｄ’として表わすベクトルとして働く。Ｃ’－Ｄ’をベクトルとして作用させ圧着力を生む構造であるが故、マスクの密着に必要な部分に有効な力を与えにくく、最も圧着力を与えたい口や鼻周辺部にストラップ４０の力を有効に与えられない。又、例えば１００ｇでこのストラップ４０を引いた力は、このＣ’－Ｄ’に表される力に分力され、大きく力の損失が発生している。そのため、マスクの密着性を高めるときにはストラップ４０による強い力を加える必要が発生し、その力は使用者の肉体的負担として発生する。

これに対して本発明の第２実施形態では、マスク圧着力を得るために、図１０（Ｂ）に示したように、力の損失Ｃ’－Ｄ’を大きく減少させる作用点Ａを設定している。ＣとＤが図上で重なる場合、ストラップ４０に加えた引く力、例えば１００ｇは、そのまま作用点に加わる。ＣＤ間の距離Ｌを短くする構造の第２実施形態は、この力が直接マスクシールドに加わり、口鼻周辺のマスクフィルターを密着させシール効果を高める。このようにして第２実施形態のマスクシールド７０は、マスク使用時にストラップ４０にかかる力を抑え、且つ十分なマスクフィルターの圧着力を得ることができ、使用者１０の肉体的負担の軽減に繋げることができる。

即ち、顔側面に加わる合力においても、図１０でＣ－Ｄの距離ＬをＣ’－Ｄ’の距離Ｌ’よりも小さく設定できる。このようにして、Ｃ－Ａ－ＢＬの三角形のＡの角度を小さくすることで、顔方向に逃げる力を小さくして、使用者１０の頭部側面にかかる圧力でマスク圧着に不要な使用者１０に与える負荷を大きく軽減することができる。

以下、図１１を参照して、第２実施形態のマスクシールド７０が、ストラップ４０に与える力を効率よくマスクの密着力に伝えることができる概念を説明する。

図１１において、ＣＬは頭部上部より左右対称に顔の中心を通る仮想線である。ここでは、図上でマスクを引く方向は鼻部を中心としてストラップ４０の力方向が顔と接する点を結び、マスクの変形や他の合力によるストラップ４０を引く力の喪失がないと仮定する。

平面マスク１２の左右のストラップ４０の引き方向Ａ、Ａ’と、左右のストラップ４０が対称に引かれる顔の中心に合力を作ると、Ａ－ＡＣ－Ａ’の角度は１２０°である。これはマスク本体が引き顔中心から顔の頭部左右を結んだ線が形成する角度である。ストラップ４０にかかる引く力はＢ、Ｂ’であり、いずれも１とし左右のストラップ４０の引き方向をＣＬ中心線を形成する角度の２倍を合力条件として計算を行う。

上記条件による計算式を用いた平面マスクの合力計算を行う。角度６０°×２、合計１２０°左右のストラップ４０を引く力をそれぞれ１とした場合、ＣＬ線上顔面方向にかかるマスク密着合力Ｒは１となる。このことから、マスクを密着させる力は、ストラップ４０を引く力左右合計の半分だけが密着圧として伝えられている。

これに対して第２実施形態では、マスクを引く力から加わるストラップ取付点ＢＬ、ＢＲをマスク前方且つ左右に広く取り、ストラップ４０を引く方向をＣＬ線上の顔面から遠くに置き、合力の中心ＢＣをＣＬとストラップ４０の引き方向との角度より小さく形成している。ストラップ４０の引き方向は、アウターフレーム部分７４のＢＬ、ＢＲと、ストラップ４０の引き方向の延長線に合力仮想頂点ＢＣがＣＬ中心線に対し３０°の設定で左右のストラップ４０それぞれに１の力を加えた場合を図１２のように作図して計算を行うと、合力Ｒは１．９３８１５２となる。

図１２において、Ｆ１、Ｆ２はそれぞれ左右のストラップ４０の引き力とした場合、マスクのＣＬ上にある力の合成点から、顔面に圧着させる力をＲとして計算する。αはマスクの左右のストラップ４０の引く力方向がマスクを装着する者の顔の中心線ＣＬ上の左右のストラップ４０の交差する角度として導かれる。

同じ条件でそれぞれのマスクに同一のストラップ４０を引く力を加えた場合、第２実施形態のマスクシールドの合力は約１．９倍の密着圧力を得ることができる。ストラップ４０の引き力が片側が１であり、計算値の合力の１．９３の１／２がストラップ４０の片側一本の引き力である０．９６５となる。このことから、第２実施形態では、ストラップ４０の引き力の損失が約３．５％に留まる。

実際に装着した場合、ストラップ４０はマスク装着者の耳後ろから掛けた場合、第２実施形態のＣ－Ａ－ＢＬの角度βは、一般的マスクのＣ’－Ａ’－ＢＬ’の角度βに比べ角度を減少させ、頭部顔側面にかかる力を抑えると共に、ストラップ４０にかかる力をマスク本体の密着力に効率よく伝えることができる。

即ち、左右二本のストラップ４０の合力点角度を小さくし、且つ、頭側部後方にストラップ４０を引く力の方向線との接点を後方にして顔面にその方向線を鋭角的に設定することで、ストラップ４０を引く力が顔側面に大きく働かず、顔側面に加わる力を大きく軽減できる。

実用上の想定に言い換えれば、同じ圧着圧を求めた場合、半分強のストラップに加える力でマスクの密着圧力を得ることが可能で、第２実施形態の使用により、密着によるストラップ４０の引く力が体に与えるストレスの大幅な低減を実現できる。

この第２実施形態によれば、マスクシールド７０の圧着力確保と使用者負荷の低減の両立を図ることができる。マスク装着を重要視するマスク使用者にとって長時間使用する現場での耳あるいは後頭部にかかるストラップ４０の負荷が大きい。マスクのストラップ４０が頬に大きな圧力がかかり大きな負担となる。第２実施形態のマスクシールド７０は、このマスク装着時のマスクにかかる引っ張りの力を無くし、マスクシールド本体を直接顔面に圧着させることができる。

更に、立体的に調整できるため、フィルターの有効面積を大幅に拡大できる。面積を大きくできる故、フィルターを２重３重にして使用した場合、もしくは密度の高いフィルターを使用した場合でも、空気流量が保持でき呼吸が楽である。

第２実施形態の変形例である本発明の第３、第４実施形態を図１３、図１４に示す。

図１３に示す第３実施形態のマスクシールド８０は、長方形状の２重構造としたものであり、８２がインナーフレーム部分、８４がアウターフレーム部分となる。

図１４に示す第４実施形態のマスクシールド９０は、は楕円状の２重構造としたものであり、９２がインナーフレーム部分、９４がアウターフレーム部分となる。

いずれにしても、内側あるいは外側の任意のフレーム部分を引き起こすことで、テント状の空間を使用者の前方に形成することができる。

次に、図１５を参照して、本発明の第５実施形態に係る２重マスクシールド１００を説明する。この２重マスクシールド１００は、例えば第２実施形態と同様のマスクシールドで構成されるアウターシールド１１０と、第２実施形態からストラップ係止用凸部を省略したインナーシールド１２０のそれぞれに、フィルター１１２、１２２を取り付けた上で２重に使用者１０の顔面に装着する。このように２重化することによって、フィルターの効果を高めることができる。

この第５実施形態におけるインナーシールド１２０として、第１実施形態と同様のマスクシールド２０をストラップを係止しないで用いることも可能である。

なお、本発明の適用対象は、コロナウィルスや花粉症の対策に限定されず、粉塵やエアロゾル等の除去にも同様に適用することができる。

１０…使用者
１２…平面マスク
２０、７０、８０、９０…マスクシールド
２２…インナーフレーム
２４…アウターフレーム
２４Ａ…ストラップアーム
２４Ｂ、７４Ｂ…ストラップホール
４０…ストラップ
５０、５２、５４、５６、５８、７６、１１２、１２２…フィルター
７２、８２、９２…インナーフレーム部分
７４、８４、９４…アウターフレーム部分
７４Ａ…ストラップ係止用凸部
１００…２重マスクシールド
１１０…アウターシールド
１２０…インナーシールド

Claims (5)

1. 使用者の顔面に装着される、使用者の顔面形状に合わせて変形可能なインナーフレームと、
   該インナーフレームの前方に配設されるアウターフレームと、
   を備えたマスクシールド。
2. 前記インナーフレームと前記アウターフレームが一枚の板で形成され、前記アウターフレームを前記インナーフレームから引き起こすようにされていることを特徴とする請求項１に記載のマスクシールド。
3. 使用者の耳に掛けるストラップを係止するための係止手段が前記アウターフレームに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマスクシールド。
4. 前記インナーフレームと使用者の顔面の間、前記アウターフレーム、又は、前記インナーフレームと前記アウターフレームの回りの少なくともいずれかにフィルターが装着されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマスクシールド。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のマスクシールドが、多重に配設されることを特徴とする多重マスクシールド。

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