JP3359033B2 - 逆止弁 - Google Patents

逆止弁

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JP3359033B2
JP3359033B2 JP52032293A JP52032293A JP3359033B2 JP 3359033 B2 JP3359033 B2 JP 3359033B2 JP 52032293 A JP52032293 A JP 52032293A JP 52032293 A JP52032293 A JP 52032293A JP 3359033 B2 JP3359033 B2 JP 3359033B2
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valve
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check valve
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ジャプンティチ、ダニエル・エイ
グラニス、ヴォーン・ビー
セッパラ、ハロルド・ジェイ
ファーガソン、アンソニー・ビー
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ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、（ｉ）顔面用濾過マスクの排気弁として利
用することが可能である逆止弁と、（ii）排気弁を使用
した顔面用濾過マスクと、（iii）逆止弁の製造方法と
に関する。
発明の背景 排気弁は、以前から顔面用濾過マスクに利用されてお
り、励えば、米国特許第4,981,134号、4,974,586号、4,
958,633号、4,934,362号、4,838,262号、4,630,604号、
4,414,973号、及び、2,999,498号各明細書に開示されて
いる。特に米国特許第4,934,362号明細書（'362号特
許）は、弁座に固定した可撓性フラップを有する一方向
排気弁を開示しており、上記弁座は、放物線状の円形シ
ールリッジを備える。その可撓性フラップは、放物曲線
の頂点で弁座に固定され、弁が閉じた状態のときに、円
形シールリッジ上に接する。顔面マスクの着用者が息を
吐き出すと、その呼気によって、可撓性フラップの自由
端がシールリッジを離れて持ち上がる。その結果、呼気
が顔面マスクの内側から放出される。'362号特許は、顔
面用濾過マスクに使用する上記構造の排気弁によれば、
圧力低下はかなり小さいことを示している。
発明の要旨 まず第１に、本発明は、次のような逆止弁を提供す
る。弁は、第１部分及び第２部分を有する可撓性フラッ
プを備える。第１部分は弁座に取り付けられる。弁座は
オリフィス及びシールリッジを有し、シールリッジは側
面から見ると凹湾曲を有する。可撓性フラップは、流体
がオリフィスを通過していないときシールリッジの凹湾
曲と接触する。可撓性フラップの第２部分は、流体がオ
リフィスを通過しているときシールリッジから自由に持
ち上がる。
逆止弁は、（ｉ）変形曲線に対して垂直に、変形曲線
沿いに作用する一定力、（ii）重力の方向に作用する力
であって、可撓性フラップの第２部分の質量と、少なく
とも１重力単位の加速度との積に等しい大きさを有する
力、又は、（ｉ）及び（ii）が組み合わされた力を加え
た可撓性フラップの第２部分が示す変形曲線に一致する
凹湾曲を備えることを特徴とする。
第２に、本発明は、次のような顔面用濾過マスクを提
供する。
顔面マスクは、（ａ）人の鼻及び口を覆ってフィット
するようにしたマスクボデーと、（ｂ）マスクボデーに
取り付ける排気弁とを備える。
排気弁は、次のような弁座及び可撓性フラップを備え
る。
（１）弁座は、（ｉ）流体が通ることのできるオリフィ
スと、（ii）オリフィスを包囲し、側面から見ると凹湾
曲を有する、シールリッジを備える。シールリッジの凹
湾曲の頂点は、湾曲の外端に対して、オリフィスを通る
流体の流れの上流側に位置決めされる。
（２）可撓性フラップは、第１及び第２部分を備える。
第１部分は、オリフィスの包囲した領域の外側の弁座部
分に取り付けられる。第２部分は、弁が閉鎖位置にある
ときシールリッジの凹湾曲を呈し、また、流体が上記オ
リフィスを通っているときシールリッジから自由に持ち
上がる。
第３に、本発明は、次のような顔面用濾過マスクを提
供する。
顔面マスクは、以下の構成のマスクボデーと排気弁を
備える。
（ａ）マスクボデーは、人の鼻と口を覆ってフィットす
るようにした形状を有し、マスクボデーを通る流体の汚
染物質を除去するフィルター手段を備える。マスクボデ
ーは開口を有するため、流体は、フィルター手段を通ら
ずにマスクボデーから排出される。開口は、顔面用濾過
マスクを着用者の顔面の鼻と口を覆って装着したとき
に、開口が着用者の口のほぼ真上にくるようにマスクボ
デー上に位置決めされる。
（ｂ）排気弁は、開口の位置でマスクボデーに取り付け
られる。排気弁は、可撓性フラップと弁座を備える。弁
座は、オリフィスとシールリッジを備える。可撓性フラ
ップは、第１端部のところで弁座に取り付けられ、排気
弁が閉鎖位置にあるときシールリッジ上に接する。可撓
性フラップは第２の自由端を備える。第２の自由端は、
流体が排気弁を通っているときにシールリッジから持ち
上がる。
流体透過性を有する顔面マスクは、通常の呼気試験に
おいて少なくとも８メートル毎秒の速さで気体が顔面用
濾過マスク内に流入したとき、負の圧力低下を示しても
よい。
第４に、本発明は、以下のステップ（ａ），（ｂ）を
有する逆止弁を製造する方法を提供する。
（ａ）シールリッジに包囲されたオリフィスを有する弁
座を設けるステップ。シールリッジは、側面から見ると
凹湾曲を有し、凹湾曲は、次のような可撓性フラップが
示す変形曲線に一致する。可撓性フラップは、カンチレ
バーのように面に固定された第１部分を備え、第２部分
である非固定部分は、一定力、すなわち、可撓性フラッ
プの第２部分の質量と、少なくとも１重力単位の加速度
との積に等しい大きさを有する力又はその力が組み合わ
された力を受ける。
（ｂ）可撓性フラップの第１部分を、次のように弁座に
取り付けるステップ。（ｉ）可撓性フラップは、流体が
オリフィスを通っていないときシールリッジと接触す
る。また、（ii）取り付けられた可撓性フラップの第２
部分は、流体がオリフィスを通っているときシールリッ
ジから自由に持ち上がる。
顔面用濾過マスクは、安全かつ快適に着用できなけれ
ばならない。安全性のために、顔面マスクは、汚染物質
が排気弁を通って顔面マスクの内部に流入しないように
なっていなければならない。また、快適に装着するため
に、顔面マスクは、最小限の力で、排気弁を通してでき
るだけ多くの呼気を取り除かなければならない。本発明
は、次の可撓性フラップを有することによって、安全な
排気弁を提供する。可撓性フラップは、排気弁の位置に
かかわらず、弁座に実質的に均一なシールを実現する。
本発明によって、着用者の不快感は取り除かれる。すな
わち、（１）顔面用濾過マスク内の呼気の圧力を最小限
に抑え、（２）（呼気がフィルター手段を通るようにす
るのではなくて、）呼気の大部分を排気弁から除去し、
また場合によっては、（３）外部冷気が顔面マスク内に
流れるようにするために、呼気中に顔面用濾過マスク内
を負圧にする。
本発明の第１及び第４の点において、可撓性フラップ
が弁座のシールリッジ上に実質的に一定な力を働かせる
ことを可能にする逆止弁が提供される。可撓性フラップ
の第１部分を面に取り付け、可撓性フラップの第２すな
わち自由部分をカンチレバーのように支持することによ
って、実質的に均一な力が得られる。次に、可撓性フラ
ップの第２すなわち自由部分を、コンピューターシミュ
レーションを使用して変形する。コンピューターシミュ
レーションでは、同一の大きさの複数の力ベクトルを、
可撓性フラップの湾曲に対して垂直な方向で、可撓性フ
ラップに付与する。可撓性フラップの第２部分は、変形
曲線と呼ぶ特定の湾曲を呈す。変形曲線の描いた軌跡を
たどり、その軌跡は弁座のシールリッジの湾曲を規定す
るのに使用される。この湾曲を有する弁座によって、可
撓性フラップが曲がったり、または、可撓性フラップ
が、ある位置ではシールリッジとほとんど又は全く接触
せず、他の位置では強く接触しすぎることを防止する。
このように均一に接触することにより、汚染物質の流入
を防ぎ、弁を安全にする。
本発明の第１及び第４の点において、逆止弁は、ま
た、呼気の圧力を最小限に抑える。最小限必要な力を利
用して、可撓性フラップをどのような位置にあっても閉
鎖状態に保持することによって、上記利点が備わる。弁
座を有する排気弁を備えて、フラップを閉鎖する最小限
の力を得る。弁座は、凹湾曲を有するシールリッジを備
える。この凹湾曲は、可撓性フラップがカンチレバーの
ように一端を固定し自重で曲がるときに可撓性フラップ
の示す変形曲線に一致する。この変形曲線に一致するシ
ールリッジによって、排気弁は完全に裏返っても閉鎖状
態を保ち、また、最小の力で弁を開けて、顔面マスク全
域での圧力低下が小さくなるようにしている。
本発明の第２の点において、顔面用濾過マスクは、小
さい空気抵抗力を示す排気弁を備える。気流の抵抗力が
小さいと、排気弁の開放が容易になるという利点があ
る。本発明においては、可撓性フラップを、弁のオリフ
ィスが境界となる領域の外側にある弁座部分に固定する
ことによって、上記の利点が達成された。上記構造を有
する排気弁によって、可撓性フラップが曲線形シールリ
ッジから容易に持ち上がるようになる。なぜなら、可撓
性フラップが、オリフィスの包囲した領域の外側の弁座
に据え付けられると、モーメントアームはより長くなる
からである。上記構造を有する排気弁には、さらに、オ
リフィス全体が、排出中に気流に対して開放することが
可能であるという利点がある。
上記利点に加えて、本発明によって、呼気の大部分は
排気弁を通って放出されることが可能になる。また、正
の圧力を最初に加えて弁を開いた後においては、顔面用
濾過マスク内の圧力が低下して、場合によっては排気中
に負圧となる場合がある。次のようにして、上記の２つ
の特徴を備える。（ｉ）本発明の排気弁を、マスク装着
時の着用者の口にほぼ直接対面するように、顔面用濾過
マスク上に位置決めする。また、（ii）排気弁のオリフ
ィスのための好ましい断面積を規定する。本発明の排気
弁が、流体の流れの方向に垂直な平面から見て２平方セ
ンチメートル（cm2）以上の断面積を有するオリフィス
を備え、また、顔面用濾過マスク上に、着用者の口のほ
ぼ真正面に、排気弁を位置決めしたとき、通常の排気中
の顔面用濾過マスクの圧力は低下して負圧になり得る。
本発明において、排出気流の速度が遅く、容積流量が
40リットル毎秒（/min）以上で、圧力の低下が24.5パ
スカル以下のとき、少なくとも呼気の40パーセントは、
排気弁を通って顔面マスクから放出される。（例えば、
着用者が唇をすぼめたときのように、）排出気流の速度
がより速いと、顔面用濾過マスク内に負圧が生じるかも
しれない。本発明の第３の点において、負圧を示す顔面
用濾過マスクが提供される。負圧によって、呼気の100
パーセント以上の空気量が排気弁を通って放出される。
さらに、負圧によって、人が息を吐くと周囲の空気がフ
ィルター手段を通って内部へ流入する。この結果、着用
者が次に息を吸うときには、着用者の息よりも冷たく新
鮮で、湿気が少なく、かつ、酸素含有量の多い、周囲の
空気を吸うことができる。周囲の空気の流入を吸入と呼
んでいる。吸入によって、着用者はより快適に顔面マス
クを装着できる。また、吸入効果は、眼の保護カバーを
曇るのを防止する。フィルター手段を通って顔面マスク
から出て行く呼気が少ないためである。吸入効果の発見
は、非常に驚くべきことである。
上記した本発明の新しい特徴及び利点は、図面及び次
の詳細な説明においてさらに詳細に示される。そこで
は、類似部材を表わすのに同一の参照符号が使用され
る。しかし、図面及び詳細な説明は、例示のみを目的と
しており、本発明の範囲を不当に限定するものではない
ことを理解しておく必要がある。
図面の簡単な説明 図１は、本発明に係る顔面用濾過マスク10の正面図で
ある。
図２は、図１の顔面用マスクボデーの一部断面図であ
る。
図３は、図１の３−３線に沿って切断した排気弁の断
面図である。
図４は、本発明に係る弁座26の正面図である。
図５は、カンチレバーのように支持され、かつ一定力
を受けた状態の可撓性フラップ24の側面図である。
図６は、カンチレバーのように支持され、重力加速度
ｇを受けた状態の可撓性フラップ24の側面図である。
図７は、本発明に係る弁カバー50の斜視図である。
好適な実施例の詳細な説明 本発明の好適な実施例の記載においては、特定の専門
用語を使用して明確に述べることにする。しかし、本発
明は、そのように選択した特定の用語の意味に限定され
るものではなく、選択した各用語は同様に機能する技術
の均等手段の全てを包含すると理解されなければならな
い。
図１は、本発明に係る顔面用濾過マスク10を示してい
る。顔面用濾過マスク10は、排気弁14を取り付けたカッ
プ型マスクボデー12を備える。マスクボデー12は、開口
（図示せず）を有し、呼気はフィルター層を通過するこ
となく、この開口を通って排出される。マスクボデー12
上の開口は、マスク着用時に着用者の口の真上に位置す
るのが好ましい。マスクボデー12の露出表面全体は、排
気弁14のところを除いて、吸気を透過する。
マスクボデー12は、曲線を描いた半球形状でも、ある
いはその他の所望形状でもよい。例えば、マスクボデー
は、ジャプンティチ（Japuntich）氏を発明者とする米
国特許4,827,924号明細書に開示された顔面マスクのよ
うな構造を有するカップ型マスクを採用できる。マスク
ボデー12は、内面形状保持層16及び外面フィルター層18
からなる（図２参照）。内面形状保持層16はマスク10の
構造を形成し、フィルター層18を保持する。形状保持層
16は、フィルター層18の内側及び／又は外側に備えられ
る。形状保持層16は、例えば、カップ型外形に成形した
熱接着性繊維の不織布からなる、形状保持層は、従来技
術に従い成形することが可能である。形状保持層16は、
マスクの構造形成及びフィルター層の保持を主要目的と
して設計されるが、形状保持層16は、また、濾過作用、
通常は大粒子の濾過作用、をするようにしてもよい。顔
面マスクを着用者の顔上にぴったり合わせて保持するた
めに、マスクボデーは、帯紐20、結び紐又はマスクハー
ネス等を取り付けるのがよい。マスクボデー12上には、
アルミニウムのような金属からなる非常に柔軟な軟質バ
ンド22が備えられる。上記バンド22を設けることによっ
て、マスクボデー12は所望の装着感にて着用者の鼻上で
顔面マスクを保持する形状となり得る。
顔面用濾過マスク10の着用者が息を吐き出すと、呼気
は、マスクボデー12及び排気弁14を通って排出される。
マスクボデー12のフィルター手段に対して排気弁14を通
って排出される空気の割合が高ければ、快適さが増す。
呼気が弁座26から可撓性フラップ24を持ち上げることに
よって、呼気は弁14を通って排出されることになる。可
撓性フラップ24は、フラップ24の第１部分28のところで
弁座26に取り付けられ、可撓性フラップ24の縁部の残り
の部分は、排気中、弁座26から自由に持ち上がることが
できる。ここで使用されている用語「可撓性」（flexib
le）とは、フラップが、カンチレバーのように一端で固
定されて側面から見た際に（例えば図５を参照）、弓形
の自己保持形状に変形又は曲がれることを意味する。自
己保持性のないフラップは水平面に対して約90度で地面
に向かって垂れ下がることになる。
図3,4に示すように、弁座26はシール面31を有するシ
ールリッジ30を備える。流体が弁14を通過していないと
き、可撓性フラップ24はシール面31に接触する。シール
リッジ30の径方向内側には、それを境界として、オリフ
ィス32が形成されている。オリフィス32は、シールリッ
ジ30及び結果的には弁14を固定する十字部材34を備え
る。十字部材34は、また、気体が逆流したとき、例えば
息を吸ったときに、可撓性フラップ24がオリフィス32の
内側に入り込むのを防止する。側面から見ると、十字部
材34の表面は、シール面31より僅か窪んでおり（しか
し、同位置に並んでいてもよい）、十字部材34は、可撓
性フラップ24が持ち上げられてシール面31から離れると
いうことのないようにしてる（図３参照）。
シールリッジ30及びオリフィス32は、液体の流れの方
向に対して直交する方向から見たときどのような形状で
あってもよい（図４参照）。例えば、シールリッジ30及
びオリフィス32は、正方形、方形、円形、楕円形等であ
ってもよい。シールリッジ30の形状は、オリフィス32の
形状に一致していなくてもよい。例えば、オリフィス32
が円形で、シールリッジ30が方形であってもよい。ただ
し、シールリッジ30はオリフィス32を境界となるので、
オリフィス32を通って望ましくない汚染物質が流入する
のを防止することが必要である。しかし、シールリッジ
30及びオリフィス32は、流体の流れに対する方向から見
ると、円形領域を有するのが好ましい。マスクボデー12
の開口は、好ましくは、少なくともオリフィス32と同一
の寸法を有する領域を備える。もちろん、可撓性フラッ
プ24は、オリフィス32よりも広い範囲を覆い、少なくと
もシールリッジ30が囲んだ範囲の寸法を有する。オリフ
ィス32は、好ましくは、２〜6cm2の領域を有し、より好
ましくは３〜4cm2である。この寸法のオリフィスを形成
することにより、顔面マスクは、暖かくて湿った呼気を
排除するに効果的な呼吸ができる。呼吸が行われる際、
オリフィスの寸法の上限が重要になる。というのは、オ
リフィスを拡大すると、周囲の空気が、フィルター手段
ではなく排気弁のオリフィスを通って顔面マスクに流入
することも考えられ、その結果、呼吸条件が安全でなく
なる可能性があるからである。
図３は、シールリッジ30上に接する閉鎖位置の可撓性
フラップ24を湿すとともに、破線24aで開放状態の可撓
性フラップ24を示している。シールリッジ30は、図３の
方向から見ると、凹湾曲を有している。この凹湾曲は、
上記のとおり、可撓性フラップ24がカンチレバーのよう
に固定されたときに、可撓性フラップ24の示す変形曲線
に一致する。図３に示す凹湾曲は、自由に湾曲し、図３
の側面方向から見て全体的にまっすぐな線に沿って延在
するのが好ましい。流体は矢印36が示す方向に弁14を通
過する。凹湾曲の頂点は、環状のオリフィス32を通る流
体の流れの、凹湾曲の外端に対して上流側に位置する。
環状オリフィス32を通る流体36は、可撓性フラップ24に
対して、フラップ24の自由端38を弁座26のシールリッジ
30から持ち上げる力を加え、弁14を開ける。弁14は、好
ましくは、次のように顔面マスク10上に位置決めされ
る。すなわち、可撓性フラップ24の自由端38は、マスク
10が図１に示すように垂直方向に取り付けられたとき
に、固定端28の下方に位置する。これによって、呼気は
下方に偏向し、着用者の眼の保護カバー上で水分が凝縮
するのを防止する。
図3,4に示すように、弁座26は、フラップ保持面40を
備える。フラップ保持面40は、オリフィス32の領域の外
側でかつシールリッジ30の外端を超えた領域の外側に位
置決めされる。フラップ保持面40の幅寸法は、少なくと
もオリフィス32の幅と同じ寸法を有することが好まし
い。フラップ保持面40は、該保持面40が弁座26を横切る
方向に直線的に延在してもよい。フラップ保持面40は、
可撓性フラップ24を所定位置に保持するための複数のピ
ン41を備えることができる。可撓性フラップ24を弁座26
に固定するための手段の一つとして、ピン41を利用する
と、可撓性フラップ24は、相応の開口を形成するととも
に、ピン41の位置を超えて位置決めされて、好ましくは
フラップ保持面40と接して保持される。可撓性フラップ
24は、また、音波溶接、接着剤、機械的締結、又はその
他の適切な手段によって、フラップ保持面40に取り付け
られてもよい。
フラップ保持面40は、好ましくは弁座26上に形成され
ていて、流体がオリフィス32を通過していないときに
は、可撓性フラップ24はシールリッジ30に押し付けられ
て接している。フラップ保持面40は、側面から見ると、
シールリッジ30の湾曲に対して接線をなすように弁座26
上に形成できる（図３参照）。フラップ保持面40は、オ
リフィス32及びシールリッジ30から離れていることによ
り、排気中にフラップが一方向に偏向するのを助長する
ためのモーメントアームが構成される。フラップ保持面
40とオリフィス32の間の間隔が大きくなるにつれて、モ
ーメントアームは長くなり、かつ、可撓性フラップ24の
トルクは小さくなる。その結果、可撓性フラップ24に呼
気による力が作用したとき、可撓性フラップ24の開放が
より容易になる。しかし、保持面40とオリフィス32との
間の距離は、可撓性フラップが自由に垂れ下がってしま
うほど、大きくてはいけない。むしろ、可撓性フラップ
24はシールリッジ30に対し押し付けられて、弁が閉鎖位
置にあるとき、大略均一に密封された方がよい。フラッ
プ保持面とオリフィス32の最接近部との間の距離は、好
ましくは約１〜3.5mm、より好ましくは1.5〜2.5mmであ
る。
オリフィス32とフラップ保持面40との間隔は、また、
可撓性フラップ24がシールリッジ30の曲線をより容易に
描くことを可能ならしめるための継ぎ部を構成する。可
撓性フラップ24は、異なる公差に対応できるように十分
に柔軟であるのが好ましい。フラップ保持面40は平面で
あってもよいし、曲線状シールリッジ30の延長であって
もよい。すなわち、フラップ保持面40は、可撓性フラッ
プの有する変形曲線の曲線的延長であってもよい。しか
し、その場合、可撓性フラップ24は、固定点と、シール
リッジ30に対する接触点との間に、上記継ぎ部を有する
のが好ましい。
弁座26は、好ましくは、一体形に成形された比較的軽
量のプラスティックからなる。弁座は、射出成形技術を
利用して製造できる。可撓性フラップ24と接触するシー
ルリッジ30の表面（接触面）は、好ましくは、ほぼ均一
に平らに形成されて、確実に密閉されるようにする。接
触面は、可撓性フラップ24に対してシールをなす十分な
幅を有することが好ましいが、幅が広すぎて、凝縮した
水分による接着力が、可撓性フラップ24を開放しにくく
するようなことがあってはならない。接触面の幅は、好
ましくは、少なくとも0.2mmで、約0.25mm〜0.5mmである
のが好ましい。
可撓性フラップ24は、好ましくは、該可撓性フラップ
24が保持面40で弁座26に固定されるときに、シールリッ
ジ30に向かって付勢力をもつ材料からなる。可撓性フラ
ップは、好ましくは、力を加えないときには平面形状を
有し、また、弾性を有し、永続的な反りやクリープに対
する抵抗力を有する。可撓性フラップは弾性材料で作る
ことができる。弾性材料の例としては、架橋天然ゴム
（例えば、架橋ポリイソプレン）又は、ネオプレン、ブ
チルゴム、ニトリルゴム、又はシリコーンゴムのような
合成エラストマーが上げられる。可撓性フラップに使用
されてもよいゴムの例として、次のものが挙げられる。
アメリカ合衆国カリフォルニア州、オレンジに住所を有
するウエスト・アメリカン・ラバー・カンパニー（West
American Rubber Company）から入手可能な化合物番号
40R149、ドイツ、ヘクスターに住所を有するアーリッツ
−オプティベルト合資会社（Aritz−Optibelt−KG）か
ら入手可能な化合物402A及び330A、アメリカ合衆国ニュ
ーヨーク州、ウォーターフォードに住所を有するゼネラ
ル・エレクトリック・カンパニー（General Electric C
ompany）から入手可能なRTV−630である。好ましい可撓
性フラップは、充分な応力緩和を有し、70℃で24時間、
どのような静止位置にあっても可撓性フラップをシール
リッジに接触した状態で保持できなければならない；上
記の条件下の応力緩和を測定する試験については、標準
化のための欧州委員会（European Committee for Stand
ardization;CEN）の欧州規格、欧州規格（EN）第140篇
5.3及び第149篇5.2.2を参照。可撓性フラップは、好ま
しくは、（米国）連邦規則法典（C.F.R.）第30編第11章
183−２（1991年７月１日）に述べられている規格に従
って漏出のないシールを実現する。架橋ポリイソプレン
は、応力緩和の割合が小さいので好ましい。可撓性フラ
ップは、通常、ショアー硬度Ａスケール約30〜50を有す
る。
可撓性フラップ24は、全体的に均一な硬度を有する材
料の平板から切断してもよい。一般的に、板の厚さは約
0.2〜0.8mmであり、より一般的には0.3〜0.6mmであり、
好あしくは、0.35〜0.45mmである。可撓性フリップは、
好ましくは、方形に切り取られ、自由端38を有する。自
由端38は、自由端38とシールリッジ30が接触するところ
でシールリッジ30の形状に一致するように形成される。
例えば、図１に示すように、自由端38は、円形のシール
リッジ30に一致した曲線状の端部42を有する。そのよう
に自由端38を切断することによって、自由端38はより軽
量になり、その結果、排気中にシールリッジ30から容易
に持ち上がることができ、また、反対に吸気中には容易
に閉鎖する。可撓性フラップ24の幅は、好ましくは約1c
m以上、より好ましくは約1.2〜3cmで、その長さは約１
〜4cmである。可撓性フラップの固定端は、通常、可撓
性フラップの縁部の周囲全体の約10〜25％である。そし
て、残りの75〜90％は、弁座26から自由に持ち上がる。
本発明に係る好ましい可撓性フラップの幅は、約2.4cm
で、その長さは約2.6cmであり、曲線状の自由端38の半
径は、約1.2cmである。
図1,4に最も良く示されるように、フランジ43は、弁
座26から側法に延在して、排気弁14をマスクボデー12に
固定するための面を構成している。フランジ43は、好ま
しくは、弁座26の周囲全体に形成する。マスクボデー12
が繊維質の顔面用濾過マスクの場合、排気弁14は、音波
溶接、接着接合、機械的締結又はそれらに類する手段に
よって、マスクボデー12に対してフランジ43のところで
固定できる。排気弁14は、顔面用濾過マスク10のマスク
ボデー12に音波溶接されるのが好ましい。
本発明に係る好ましい一方向に流体を通す逆止弁は、
次のような利点がある。すなわち、この逆止弁は、１つ
の自由端38を有する１つの可撓性フラップ24を備えてお
り、それぞれが１つの自由端を有する２つのフラップを
備えているのではない点である。１つの自由端38を有す
る１つの可撓性フラップ24を備えることによって、可撓
性フラップ24のモーメントアームを、より長くすること
が可能であり、可撓性フラップ24は、着用者の呼気の動
圧によってシールリッジ30から容易に持ち上がるように
なる。さらに、１つの自由端を有する１つの可撓性フラ
ップを使用すると、呼気が下方に偏向し、着用者の眼の
保護カバー又は顔面シールド（例えば、溶接工のヘルメ
ット）が曇るのを防ぐことができるという利点がある。
図５は、可撓性フラップに対して一定力を加えること
によって、変形する可撓性フラップ24を示している。可
撓性フラップ24は、第１部分28で保持面46に固定され、
そこから第２部分すなわち自由部分をカンチレバーのよ
うに支持する。保持面46は平面であるのが望ましい。可
撓性フラップ24は、固定端部28の幅全体に沿って上記平
面に固定されるのが好ましい。一定力は、同一の大きさ
の複数の力ベクトル47を含み、それぞれが、可撓性フラ
ップの湾曲に垂直方向に作用する。その結果としての変
形曲線を、弁座のシールリッジ30の湾曲を決めるのに使
用することにより、可撓性フラップがシールリッジ上に
実質的に均一な力を加えることができるようになる。
実質的に均一なシール力を備えるシールリッジ30の曲
率は、経験的に決定することは容易でない。しかし、有
限要素法により数値的に表わすことができる。適用すべ
き方法は、一部を固定するとともに、その自由端に一定
力を加えるようにした可撓性フラップのモデルを作るこ
とである。作用する力ベクトルは、可撓性フラップ24の
湾曲に対して垂直になるようにする。なぜなら、シール
リッジ30に対する可撓性フラップ24のシール力は、シー
ルリッジ30に対して垂直に作用するからである。次に、
この垂直な一定力を加えた可撓性フラップ24の変形した
形状は、シールリッジ30の凹湾曲を形成するのに利用さ
れる。
有限要素法を利用して、可撓性フラップは、一端を固
定した曲げビームのように、２次元的有限要素モデルと
して設計できる。この場合、可撓性フラップの自由端
は、連続した無数の微小区域すなわち要素に分割され、
その微小区域すなわち要素の範囲で、ビームの変形を表
わすために近似関数を使用する。ビームの全体的変形
は、個々の要素の作用の一次結合から導かれる。可撓性
フラップの材料的物性は、モデルに使用される。可撓性
フラップの材料の応力ひずみ作用が、弾性材料の場合の
ように非線形であるならば、ムーニー−リヴリン（Moon
ey−Rivlin）モデルを使用できる［アール・エス・リヴ
リン（R.S.Rivlin）氏、ディー・ダブリュー・ソーンダ
ース（D.W.Saunders）氏共著（1951年）、フィラデルフ
ィア・アール・ソサエティー会報（Phil.Trans.R.So
c.）、A243,251−98の「等方性材料の大弾性変形：第７
章ゴム変形に関する実験（Large Elastic Deformation
of Isotropic Materials:VII Experiments on the Defo
rmation of Rubber）」参照］。ムーニー−リヴリンモ
デルを使用するには、可撓性フラップの応力／ひずみ関
係作用を示す一連の定数を、実験テストデータから決定
する必要がある。これらの定数を、ムーニー−リヴリン
モデル内にあてはめ、２次元有限要素モデルに使用す
る。この分析は、大偏位（large deflection）法及び非
線形的分析である。数値的解法は、ベクトルが面に対し
て垂直に保持されるため、一般に反復性を有している。
解は、前回の力ベクトルに基づいて計算される。次に、
力ベクトルの方向が更新されて、新たな解が計算され
る。湾曲形状が、予め定めた最小公差以上に、ある反復
から次の反復に変化していないときに、収束解が導かれ
る。ほとんどの有限要素分析コンピューター・プログラ
ムによって、一定力は要素の圧力としてインプットされ
る。要素圧力は、最終的にノーダルフォースに変換され
るか、又は、ノーダルフォースとして直接インプットさ
れる。ノーダルフォース全体の大きさは、可撓性フラッ
プの自由端の質量と、可撓性フラップの質量に作用する
重力加速度又は重力のその他の要因との積に等しくてよ
い。好ましい重力要因は下記のとおりである。可撓性フ
ラップを示す湾曲したノードのX,Yの最終的位置は、凹
状シールリッジの形状を決定する多項方程式に適合する
曲線である。
図６は、重力ｇにより変形している可撓性フラップ24
を示す。可撓性フラップ24は、硬質ボデー48の面46に対
して、端部28のところでカンチレバーのように固定され
る。このように固定された可撓性フラップ24は、重力加
速度ｇによって変形した曲線を示す。上記したように、
側面から見た弁座のシールリッジの湾曲は、重力方向の
力を加えたとき、可撓性フラップ24の変形曲線に一致す
るように形成できる。上記重力方向の力は、少なくとも
１単位の重力加速度ｇと可撓性フラップ24の自由端の質
量との積に等しい。
重力加速度の単位ｇは、9.807メートル毎秒毎秒（m/s
2）に等しい値に定められた。1gを加えた可撓性フラッ
プの示す変形曲線に一致する曲率を有するシールリッジ
は、可撓性フラップを閉鎖位置で保持することが充分可
能である。しかし、シールリッジは、加速度1g以上、好
ましくは1.2〜2gの力を加えた可撓性フラップの示す変
形曲線に一致する曲率を有するのが好ましい。より好ま
しくは、シールリッジは、1.2〜1.5gの加速度が加えら
れた可撓性フラップの変形曲線に一致する曲率を有す
る。最も好ましいシールリッジは、1.3gの加速度による
力を加えた可撓性フラップの変形曲線に一致する、側面
湾曲を備える。さらに、追加的重力加速度が、次のよう
な安全要素を提供するために利用される。すなわち、顔
面マスクの方向性にかかわらず、弁座に充分なシール力
を保証し、また、フラップの厚さの相違、及び凝縮した
水分によるフラップの重量増加に適応するための安全要
素である。
実際には、可撓性フラップに対して、1gを超える（例
えば、1.1,1.2,1.3gなど）予荷重をかけるのは困難であ
る。しかし、そのような重力加速度の大きさに一致する
変形曲線は、有限要素法によって決定できる。
重力によって曲がる可撓性フラップを数学的に実現す
るために、２次元有限要素モデルを、その一端の自由度
が完全に束縛されるように定める。要素ノード（elemen
t nodes of interest）においてビーム変形を生じしめ
て、１組の代数方程式を解く。要素ノードを複合する
と、変形曲線全体が形成される。これらの点に曲線をあ
てはめるとによって曲線の方程式が作られる。この方程
式は、弁座のシールリッジの曲率を作るのに使用でき
る。
有限要素法のよいところは、重力定数の加速度の大き
さ及び方向の様々に変化させることにより、可撓性フラ
ップ上に所望の予荷重を作り出せるという点である。例
えば、可撓性フラップの重量の10％の予荷重が必要な場
合、1.1gで作られる変形曲線は、側面から見たシールリ
ッジの湾曲として使用される。水平な支持面に対して重
力加速度のベクトルを回転させるか、又は、重力ベクト
ルに対して支持面を回転させて、方向を変化させること
もできる。好適な変形曲線は、支持面46を水平面と平行
にすることによって定められるが、本研究においては次
のことが明らかになっている。すなわち、可撓性フラッ
プ24が水平面に保持されているが、図５に示すように可
撓性フラップ24が水平面より高く保持されて、支持面46
が25〜65度の範囲の角度θであるならば、可撓性フラッ
プ24の最大変形は起こらないのである。また、水平面に
対してある角度で支持面を回転することによって、曲線
状フラップに対して垂直な一定力を加えた変形曲線に近
似する変形曲線を作れることが分かった。長さが一定の
可撓性フラップにとって最良の回転角度θは、重力定数
の大きさ及び可撓性フラップの厚さによって決定され
る。しかし、一般的に、好ましい変形曲線は、約45度の
角度θで支持面46を保持するときに示される。
一定力及び／又は少なくとも１単位の重力加速度の要
素力が与えられる可撓性フラップの変形曲線を定める数
式は、多項式の数式であり、通常、少なくとも３次の多
項式の数式である。変形曲線を規定する特定の多項式の
数式は、可撓性フラップの厚さ、長さ、構成材料、（複
数の）付与力、及び該力の方向、のような変数に関して
変化できる。
排気弁14は弁カバー50を備えていてもよい。これによ
って、可撓性フラップ24を保護したり、排気弁を通って
汚染物質が通過するのを防止する。図７に示した弁カバ
ー50は、壁部44に対する摩擦力により排気弁14に固定す
る。弁カバー50は、また、超音波溶接、接着剤又はその
他の好適な手段を用いて、排気弁に固定してもよい。弁
カバー50は、流体の通路である開口52を備える。開口52
は、好ましくは、少なくともオリフィス32の寸法を有
し、オリフィス32より大きいのが好ましい。弁カバー50
の開口52は、好ましくは、流体36の流路に直接位置決め
され、逆流が最小限に抑えられる。この点に関して、開
口52は、可撓性フラップ24の自由端38が、開放及び閉鎖
時に描く軌跡にほぼ平行である。可撓性フラップ24に関
しては、弁カバーの開口52は、好ましくは、流体の流れ
を下方に向け、着用者の眼の保護カバーが曇るのを防止
する。弁カバーに流体不透過性側壁部54を備えると、呼
気全体を下方に向けることが可能である。開口52は、弁
カバー50の構造を保持しかつ弁カバー50に美観を与える
ために、横断部材56を備えてもよい。さらに構造保持及
び美観のために、一式のリブ58を弁カバー50に取り付け
てもよい。弁カバー50の内部は次のように設計される。
すなわち、内部は、弁座26のピン41と嵌合する雌部材
（図示せず）を有する。弁カバー50は、また、可撓性フ
ラップ24をフラップ保持面40に対して固定する面（図示
せず）を備える。弁カバー50は、好ましくは、流体不透
過性天部60を有し、天部60は、可撓性フラップの固定端
から自由端の方向へ向かうに従って高くなる。天部60の
内部は、リブ又は並目模様又は放出表面を設けて、天部
又は可撓性フラップ上に湿気が生じても、可撓性フラッ
プの自由端が天部60に付着しないようにできる。弁カバ
ー50の設計は、米国意匠特許出願第29/000,382号に充分
に示されている。本発明に係る顔面マスク上に利用する
のに好適である、他の弁カバーは、米国意匠特許出願第
29/000,384号に示されている。
本発明に係る、一方向に流体を通す逆止弁は、排気弁
としての利用に関して述べた。しかし、上記弁を他の用
途に利用することも可能である。例えば、人工呼吸器用
の吸入弁、又は、衣服用又は正圧ヘルメット用のパージ
弁として利用することも可能である。
本発明の利点及びその他の特徴を、さらに次の実例に
示す。しかし、次の実例が目的を達成するとしても、選
択した材料、使用量、及び、その他の条件と詳細は、本
発明の範囲を不当にも限定するものではないと、明白に
理解されなければならない。
実例１（有限要素方による解析:1.3gの力を付加した可
撓性フラップ） 本実例において、弁座のシールリッジの湾曲を規定す
るために、有限要素方に基づく解析を利用した。湾曲
は、1.3gの加速度を受けた可撓性フラップの自由端が描
く変形曲線に一致した。可撓性フラップは、天然ゴムの
合成物からなる。この合成物は、ポリイソプレン80重量
パーセント、酸化亜鉛13重量パーセント、可塑剤として
の長鎖脂肪酸エステル５重量パーセント、ステアリン
酸、及び、酸化防止剤を含む。可撓性フラップの材料密
度は、1.08グラム毎立方センチメートル（g/cm3）であ
り、極限伸びは670パーセント、極限引張強さは19.1メ
ガニュートン毎平方メートル、及び、ショアー硬度Ａス
ケール35であった。可撓性フラップの自由に動く部分の
長さは2.4cm、幅2,4cm、厚さ0.43mm、及び、曲線状自由
端の半径は1.2cmであった。可撓性フラップの全長は2.8
cmだった。可撓性フラップに対して、張力試験、純粋剪
断試験、及び、２軸引張試験を行い、実際の挙動を示す
３つのデータを採用した。このデータは、工学的応力及
び工学的歪み度に変換された。次に、有限要素用のアバ
カス（ABACUS）・コンピューター・プログラム［米国ロ
ードアイランド州、ポータケットに住所を有するヒビッ
ト，カールスソン・アンド・ソレンセン，インコーポレ
イテッド（Hibbitt,Karlsson and Sorensen,Inc.）から
入手可能］を利用して、ムーニー−リヴリン定数を得
た。経験的データに対する応力／歪み試験のコンピュー
ター・シミュレーションを確認した後に、２つのムーニ
ー−リヴリン定数を24.09と3.398に設定した。これらの
定数は、可撓性フラップ材料の試験から得た実際のデー
タに最も近い数値結果であった。
格子点、境界条件、及び、荷重を表わす入力変数を選
択し、次に、これらの変数とムーニー−リヴリン定数を
アバカスの有限要素用コンピューター・プログラムに入
力した。各要素の形状関数は、ミッドサイド・ノード
（mid−side nodes）を有する２次式となるように選択
した。重力定数は1.3gになるよう選択した。最大変形湾
曲の水平面からの回転角度θを、重力ベクトルを回転し
て34度に設定した。データに示された曲線の回帰は、弁
座の曲線を次の方程式によって定めた。
ｙ＝＋0.052559x−2.445429x2＋5.785336x3−16.6259
61x4＋13.787755x5 ここで、ｘとはそれぞれ横座標と縦座標を表している。
相関係数の２乗は、0.99に等しく、有限要素法による解
析データに対するこの方程式の相関を見事に示した。
弁座は、アルミニウムを機械加工して作り、シールリ
ッジも形成した。シールリッジは下記の変形曲線に一致
する側面の湾曲を有した。3.3cm2の円形オリフィスを弁
座に形成した。可撓性フラップを平らなフラップ保持面
に取り付けた。フラップ保持面は、曲線状シールリッジ
に正接するオリフィスの最接近部から1.3mm離れてい
た。フラップ保持面の長さは6mmであり、弁座を横断す
る長さは25mmであった。曲線状シールリッジの幅は0.51
mmだった。弁がどのような方向を向いた場合も、可撓性
フラップはシールリッジに接触したままであった。可撓
性フラップと弁座の間のシールは漏出を防ぐことが分か
った。
次に、この弁を開放するのに最小限必要な力を設定し
た。これは、流体が透過可能なマスクボデーに弁を取り
付け、弁を閉鎖状態に固定し、気流容量の関数である圧
力低下をモニターすることによって定められた。弁が閉
鎖した状態の顔面用濾過マスクの、圧力低下対気流のプ
ロットを作成した後、同様に、弁が開いた状態の顔面用
濾過マスクのプロットも作成した。この２組のデータを
比較した。２組のデータが異なる点は開弁時を示した。
何度も反復した結果、開弁時の圧力の低下は平均して1.
03mmH2Oであった。この圧力は、オリフィス内の可撓性
フラップの面積で、弁を開放するのに必要な圧力を割る
ことによって、可撓性フラップを持ち上がる力に変換さ
れた。オリフィス内の可撓性フラップの面積は、3.49cm
2であった。これは、0.00352ニュートンの開弁力を与え
るものであった。可撓性フラップの自由に動く部分の重
量は、0.00251ニュートンであり、重量に対する開弁力
の比は、1.40gの予荷重を示した。この量は、選択した
重量の定数1.3gに近似しており、可撓性フラップを開放
時に曲げるのに必要な力がさらに加えられてもよい。
実例２（有限要素法による解析：一定力を付加した可撓
性フラップ） 本実例において、可撓性フラップが弁座をシールリッ
ジ上に一定力を加える弁座を規定するために、有限要素
法王に基づく解析を利用した。本例で使用した可撓性フ
ラップは、実例１の可撓性フラップと同一であった。実
例１のアバカス（ABACUS）のコンピュータープログラム
を、有限要素の解析に使用した。本解析は、大偏位法及
び非線形を利用した解析であった。本解析で与えられた
力の要素は、可撓性フラップの表面に対して常に垂直で
あった。反復計算を行った。つまり、曲線を前回の力ベ
クトルに基づいて計算し、その曲線を更新して新たな曲
線を求めた。変形曲線がある反復から次の反復へ大きく
変化しない場合に、曲線の収束方程式が導かれた。最終
的な曲率を、次の５次多項方程式に置き換えた。
ｙ＝0.01744x−1.26190x2＋0.04768x3−1.83595x4＋
2.33781x5 ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標及び縦座標を表してい
る。
実例３（有限要素法による解析:1.3gを付加した可撓性
フラップ） 本実例においては、実例１と同様に、弁座のシールリ
ッジの曲率を規定するために有限要素法に基づく解析を
用いた。弁座のシールリッジの湾曲は、1.3gの加速度を
受けた可撓性フラップの自由端の湾曲に一致する。この
実例は、可撓性フラップが、アーリッツ−オプティベル
ト合資会社から入手可能な化合物330Aからなる点におい
て、実例１と異なる。可撓性フラップの材料密度は、1.
07グラム毎立方センチメートル（g/cm3）であり、極限
伸びは600％以上であり、極限引張強さは17メガニュー
トン毎平方メートル、及びショアー硬度Ａスケール47.5
であった。フラップの外形は、実例１のフラップと同一
であった。ゴムに対して実例１と同様の試験を実施し、
ムーニー−リヴリン定数を53.47と−0.9354に設定し
た。第１の定数は、上記材料が実例１の材料よりも硬質
であることを示し、また、これについては、（上記材料
の）ショアー硬度Ａスケールがより大きいことにも示さ
れている。
この材料からなる厚さ0.43mmのフラップを実例１の弁
座上に取り付けると、ゴムの弁座の曲線全体に沿い均一
に付着した。しかし、この材料はより硬質であるため、
実例１の材料よりも、開弁時の圧力低下は僅かに大きか
った。より薄い0.38mmのフラップを取り付けて、この圧
力低下を小さくすると、この薄さは弁座を均一に覆わ
ず、曲線の中間で僅かに持ち上がった。しかし、フラッ
プを均一に漏出のないように弁座に取り付けることは可
能であった。このことは、フラップ保持面を近付ける
か、又は、実例１の曲線を僅かに変化させて、曲線を緩
やかにすることによって可能になった。
実例１において、この材料の変形曲線を求めるため
に、アバカスのプログラムを利用した。重力定数を1.3g
になるように定め、変形曲線が可撓性フラップの重量の
30パーセントの予荷重を有するようにした。この場合、
最大変形曲線の水平面からの回転角度θを、フラップの
厚さが0.38mm、0.43mmのとき、それぞれ40度と32度に設
定した。データの曲線の回帰は、次のような４次多項方
程式で表される弁座の曲線を示した。厚さ0.38mmのフラ
ップの場合は： ｙ＝−0.03878x−0.91868x2−1.13096x3＋1.21551x4 及び、厚さ0.43mmのフラップの場合は： ｙ＝0.00287x−1.03890x2＋0.19674x3＋0.20014x4 ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標と縦座標を表してい
る。
これらの曲線は、実例１で使用したゴムの場合に求め
られた曲線よりも緩やかである。また、実例１の弁座の
曲線に適用すると、本例のゴムの予荷重が30パーセント
以上であることを示している。
実例４−６（本発明に係る弁と米国特許第'362号の弁と
の比較） 実例４〜６では、本発明に係る排気弁を、第'362号特
許の排気弁と比較した。実例４では、次の方法で、実例
１の排気弁の気流抵抗力をテストした。すなわち、排気
弁を、3.2cm2の断面積を有する管の開口部に取り付け、
マノメーターで圧力低下を測定した。85リットル部分
（/min）の気流を管に通した。測定した圧力低下量
は、オリフィスを覆う可撓性フラップの表面積に従い増
加し、気流の抵抗力も大きくなった。集計データを表１
に示している。
実例５及び６は、第'362号特許の実例２及び４にそれ
ぞれ対応している。第'362号特許の実例２及び４におい
て、フラップの長さ及び幅は変化し、実例４と同一のノ
ズルを（気流が）85リットル毎分（/min）で通る際の
圧力低下について、各弁をテストした。
表１のデータは、本発明に係る排気弁（実例４）の気
流抵抗力は、第'362号特許の排気弁よりも小さいことを
示している。
実例７（吸入効果） 本例では、通常の呼気試験を行い、本発明に係る排気
弁が、呼吸中に顔面マスク内にどのようにして負圧を生
じ得るのかを明らかにした。
「通常の呼気試験」とは、人の普通の呼気を模擬する
試験である。この試験では、顔面用濾過マスクを厚さ0.
5センチメートル（cm）の平らな金属板に据え付ける。
金属板は、1.61平方センチメートル（cm2）（半径9/16
インチ）の円形開口を有するか、それにノズルを取り付
ける。顔面用濾過マスクは、マスク基底部で平らな金属
板に据え付けられ、ノズルを通る気流を排気弁の方へ直
接マスクボデー内部へ向けるようにする（つまり、マス
ク基底部を二分する平面上の点から排気弁までの最短直
線距離に沿って、気流が流れるようにする）。板は、垂
直方向の導管に水平に取り付けられる。導管を通る気流
は、ノズルを通り、顔面マスク内部に流入する。ノズル
を通過する気体の速度は、容積流量（容積／時間）を円
形開口の断面積で割って求める。顔面用濾過マスク内部
にマノメーターのプローブを取り付けることによって、
圧力低下を測定することができる。
実例１の排気弁は、スリーエム（3M）の製造番号8810
番の顔面用濾過マスクに取り付けられた。すなわち、マ
スク着用時の着用者の口の位置に直接対するように、マ
スクボデー上に排気弁を位置決めした。ノズルを通る気
流は、約80リットル毎秒（/min）増加し、気流速度は
8.3メートル毎秒（m/s）となった。この速度において、
顔面マスク内の圧力低下はゼロであった。普通の人は、
平常時から重労働時までを平均すると、口の開放面積に
応じて約５〜13メートル毎秒の速度で、息を吐き出す。
上記範囲の気流速度においては本発明に係る顔面マスク
に負圧及び相当低い圧力を生じる場合が多い。
実例８−13（本発明に係る顔面用濾過マスク−−顔面マ
スクを通る全気流の関数である、圧力低下及び排気弁を
通る全流量率の測定） 特定の圧力低下時の呼気全体の流量率で表される、排
気弁の呼気排出の効率は、着用者の装着感に影響する主
要な要因である。実例７〜12では、実例１の排気弁を、
スリーエムの製造番号8810番の顔面用濾過マスク上で試
験した。この顔面マスクは、80リットル毎秒で圧力低下
が約63.7パスカルである。マスク装着時の着用者の口の
位置に直接対面するように、マスクボデー上に排気弁を
位置決めした。実例７で述べたように、断面積が異なる
気流ノズルを使用した様々な垂直方向の容積流量の場合
の、弁を通過する際の圧力低下を測定した。全流量率を
次の方法で測定した。第１に、正負の圧力低下データか
ら得た相関する経験的データによって、弁を閉鎖した状
態での、フィルター手段の容積流量（Qfの圧力低下（Δ
Ｐ）との関係を示す線形方程式を求めた（注：圧力低下
が正の場合、Qfもまた正である）。次に、弁が開放可能
な場合の圧力低下は、特定の容積流量（QT）で測定し
た。弁のみを通る流量（Qv）は、その圧力低下時のQfを
使用して、Qv＝QT−Qfで計算する。弁を通る呼気全体の
流量率は、100（QT−Qf）/QTで表わす。呼気の圧力低下
が負の場合、フィルター手段を通る顔面マスク内への内
向きの流れもまた負であり、弁のオリフィスから外向き
の流量Qvが呼気流量QTよりも大きいという条件を設定す
る。圧力低下及び全流量率のデータは、表２に示してい
る。
表２では、気流の運動量が少ないために、気流が増加
すると圧力低下率（ノズル18.1cm2の場合）が増加する
ことをデータが示している。気流の運動量が少ないこと
は、通常の顔面マスクの使用において希である。しか
し、全流量率は、約30リットル毎秒以上で50パーセント
以上である（実例10〜13）。普通の人は、その個人の作
業量に従い約25〜90リットル毎秒で息を吐き出す。平均
すると、人は約32リットル毎秒の息を吐く。したがっ
て、本発明の顔面マスクは、気流の運動量が少なくて
も、着用者が快適に装着することが可能である。
気流の運動量が多くなったとき（2.26cm2のノズルを
使用したときに得られた）、流量が増加し、18.1cm2の
ノズルを使用したときよりも圧力の低下が小さくなる。
流量が増加していると、圧力低下が最大に達した時に呼
吸効果は顕著になり、次に、流量の増加により効果が減
少する。排気弁を通る全流量率は、気流が増加するに従
って最大70パーセントまで増加する。その結果、着用者
はより快適に装着することが可能になる。
気流の運動量が最大のとき（0.95cm2のノズルを使用
した）、圧力低下は多少大きくなり、次に、気流が増加
すると小さくなる。これが呼吸効果であり、全容積流量
率が100パーセント以上として、表２に示している。例
えば、実例13では、80リットル毎秒のときの全流量率は
119パーセントである。ここでは、全容積流量率の19パ
ーセントはフィルター手段を通って顔面マスク内部へ吸
い込まれ、排気弁を通って排出される。
当該技術分野において通常の知識を有する者には、本
発明の範囲内で様々な改良や変更が可能であることは明
らかである。したがって、本発明は、上記に示した実施
例に不当に限定されることなく、請求の範囲に示した範
囲及びその均等範囲に制限されなければならない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラニス、ヴォーン・ビー アメリカ合衆国 55133―3427ミネソタ 州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番（番地の表示なし) (72)発明者 セッパラ、ハロルド・ジェイ アメリカ合衆国 55133―3427ミネソタ 州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番（番地の表示なし) (72)発明者 ファーガソン、アンソニー・ビー アメリカ合衆国 55133―3427ミネソタ 州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番（番地の表示なし) (56)参考文献 特開 平１−242075（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−170465（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A62B 18/02 A62B 18/10 F16K 15/16

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１部分及び第２部分を有する可撓性フラ
    ップを備え、 上記第１部分は弁座に取り付けられ、該弁座はオリフィ
    ス及びシール面を有し、該シール面は側面から見ると凹
    湾曲を有し、上記可撓性フラップは、液体がオリフィス
    を通貨していないときシール面の凹湾曲と接触し、上記
    可撓性フラップの第２部分は、流体がオリフィスを通過
    しているときシール面から自由に持ち上がり、 （ｉ）変形曲線に対して垂直に、変形曲線沿いに作用す
    る一定力、（ii）重力の方向に作用する力であって、可
    撓性フラップの第２部分の質量と、少なくとも１重力単
    位の加速度との積に等しい大きさを有する力、又は、
    （ｉ）及び（ii）を組み合わせた力を加えた可撓性フラ
    ップの第２部分が示す変形曲線に一致する凹湾曲を備え
    ることを特徴とする逆止弁。
  2. 【請求項２】上記凹湾曲は、上記可撓性フラップの第２
    部分の質量と、少なくとも１重力単位の加速度との積よ
    り大きい一定力を加えた可撓性フラップの示す変形曲線
    に一致する請求項１記載の逆止弁。
  3. 【請求項３】上記凹湾曲は、上記可撓性フラップの第２
    部分の質量と、加速度1.1〜1.5gとの積の範囲内の一定
    力を加えた可撓性フラップの示す変形曲線に一致する請
    求項１又は２記載の逆止弁。
  4. 【請求項４】上記可撓性フラップは、流体がオリフィス
    を通っていないときに、70℃で24時間、どのような静止
    位置にあっても、上記可撓性フラップの第２部分をシー
    ル面に対して、漏出がないように接触した状態で保持す
    るに充分な応力緩和を有する請求項１〜３のいずれかに
    記載の逆止弁。
  5. 【請求項５】上記オリフィスの寸法が３〜4cm2である請
    求項１〜４のいずれかに記載の逆止弁。
  6. 【請求項６】上記凹湾曲は、重力方向に作用し、かつ、
    上記可撓性フラップの第２部分の質量と、加速度1.1〜2
    gとの積に等しい大きさを有する力を加えた可撓性フラ
    ップの固定部分の示す変形曲線に一致する請求項１記載
    の逆止弁。
  7. 【請求項７】上記凹湾曲は、上記可撓性フラップの第２
    部分の質量と、加速度1.2〜1.5gとの積に等しい大きさ
    を有する力を加えた可撓性フラップの第２部分の示す変
    形曲線に一致する請求項１記載の逆止弁。
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