JP4866371B2 - コンフォーマルフィルタカートリッジおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、呼吸用保護具、空気ろ過装置またはその他フィルタリング装置に用いるのに好適なフィルタカートリッジの分野に関する。

フィルタカートリッジは、その耐用年数の終わりに達すると交換を必要とすることが多く、それを用いるフィルタリング装置から取り外して、新たなフィルタカートリッジと交換することが可能である。フィルタカートリッジは、一般的にカートリッジの形態にある。その筐体には、それを用いるフィルタリング装置へカートリッジを着脱することのできるある形態の取付け機構が設けられている。特定のタイプの呼吸マスク等、他の場合には、フィルタリング装置は、フィルタリング装置がその耐用年数の終わりに達したときに、廃棄されるよう意図され、その場合には、フィルタカートリッジはフィルタリング装置の一体部分とすることができる。

例えば、ガスまたは蒸気フィルタとしての呼吸用保護具には一般的に活性炭等の吸着剤粒子が用いられている。フィルタは通常、吸着剤材料のフィルタへの担持のされ方、装填された不織フィルタ、装填された発泡フィルタ、接合された吸着剤フィルタおよび充填床フィルタの含め方に従って分類される。

フィルタカートリッジは、平坦またはコンフォーマルなものと説明される。平坦なフィルタカートリッジは、一般的に、ろ過される流体（空気等）がフィルタ材料の床を出入りする、平らな、または平坦な表面を有する体積内に含まれるフィルタ材料の床を含む。フィルタ材料が密でない吸着剤粒子の形態にある場合には、平坦なフィルタカートリッジは、従来のストームフィリング技術により構築されると有利である。

コンフォーマルなフィルタカートリッジの場合には、一般的に、少なくとも１つの曲面を含むフィルタカートリッジを用いて、人間の顔の形状に固有の湾曲に近づくように曲線状であるかまたは顔の形状に沿っている。より形状を一致させることにより、フィルタリング装置の嵩が減じる。しかしながら、コンフォーマルフィルタカートリッジの湾曲は、例えば、特許文献１（シュラッチャー（Ｓｈｌａｅｃｈｔｅｒ））に記載されているような、密でないフィルタ材料を備えたフィルタカートリッジの従来の「ストームフィリング」に適合するものではない。その文献では、コンフォーマルフィルタカートリッジを提供する１つの手法としては、装填中に、フィルタカートリッジ筐体を振動させて、中に装填される吸着剤粒子の密度を増大することが挙げられる。しかし、その手法の欠点としては、筐体を振動させる必要があること、振動フィリングに関連する不確実性等が挙げられる。

コンフォーマルフィルタカートリッジを提供する他の手法としては、例えば、ウェブを形成するファイバー間の間隙に吸着剤粒子を含有するウェブの形態の装填された不織フィルタ（例えば、特許文献２参照）および発泡構造内に分散され、接合された吸着剤粒子を含有する装填された発泡フィルタ（例えば、特許文献３）が挙げられる。かかる装填構造だと、通常、密でないフィルタ材料の充填床よりも吸着剤粒子密度が低くなってしまう。その結果、フィルタカートリッジの厚さを、コンフォーマルな形状の利点が無効になるほど厚くする必要がある。

装填された不織および発泡フィルタカートリッジの進歩は、接合された吸着剤フィルタカートリッジの発明であった（例えば、特許文献４および特許文献５参照）。接合された吸着剤フィルタカートリッジ技術においては、吸着剤粒子は、一般的に、吸着剤粒子を結合するポリマー粒子を用いて一体構造で形成される。接合された吸着剤構造は、他の装填された構造全体に吸着剤粒子密度を増大して、曲面を備えて形成することができる。潜在的な欠点としては、例えば、接合された吸着剤フィルタカートリッジの製造に関連した追加のコスト等がある。
国際公開第０３／０９０８７２号パンフレット 米国特許第３，９７１，３７３号明細書 米国特許第４，０４６，９３９号明細書 米国特許第５，０３３，４６５号明細書 米国特許第６，３９１，４２９ Ｂ１号明細書

本発明は、コンフォーマルフィルタカートリッジ、コンフォーマルフィルタカートリッジを用いるフィルタリング装置およびコンフォーマルフィルタカートリッジの製造方法を提供するものである。本発明のコンフォーマルフィルタカートリッジは、一対の支持板間にフィルタ材料の床を含み、フィルタ材料の床に対向する支持板の主面がそれぞれ少なくとも１つの軸周囲に湾曲しているのが好ましい。支持板により付与される湾曲によって、フィルタカートリッジにコンフォーマル構成が与えられる。

フィルタ材料の床は、フィルタカートリッジ内の支持板間で残留圧縮下で保持される密でない微粒子フィルタ材料であるのが好ましい。早期の破過を減じ、フィルタ材料の完全利用を促すために、２つの支持板間のフィルタ材料の厚さを均一に（通常の製造公差内で）するのも好ましい。

フィルタカートリッジの製造には、フィルタ材料の床を、筐体ベース内に配置された平らな（通常の製造公差内で）水平に配向された支持板に付着させることが含まれる。所望の充填密度で均一な厚さの充填床を提供するのに好適であることを考慮に入れると、フィルタ材料の床をストームフィリングにより付着させるのが好ましい。フィルタ材料を付着させた後、支持板を変形して、フィルタ材料の床に対向する支持板の主面がそれぞれ少なくとも１つの軸周囲で湾曲を有するようにするのが好ましい。

変形の結果、フィルタ材料の床の残留圧縮を生じさせ、床の少なくとも一部が支持板間で圧縮されて保持されるようにするのも好ましい。ある実施形態において、残留圧縮は、コンフォーマルフィルタカートリッジ内に配置された弾性変形された支持板により提供されるのが好ましい。

本発明の製造方法の１つの潜在的な利点は、従来のストームフィリング技術が、経済的で、フィルタ材料の密度の均一性を促進できるフィルタ材料の床を付着するのに用いられることである。その他の潜在的な利点は、異なるフィルタ材料の層を同じフィルタカートリッジで用いなければならない場合に、異なる層間の分離を維持しながら、ストームフィリングにより、層を付着する従来の方法が提供されることである。

一態様において、本発明は、組み立てたときに密閉体積を画定する筐体ベースおよび筐体カバーを含むとともに入口ポートおよび出口ポートをさらに含む筐体を提供する工程を含むコンフォーマルフィルタカートリッジの製造方法を提供する。本方法は、筐体ベース内にフィルタ材料の床を付着する工程をさらに含み、付着の前に筐体ベース内に第１の支持板を配置し、第１の支持板の主面がフィルタ材料に対向している。第１の支持板は、フィルタ材料の床の付着後に変形し、変形後、フィルタ材料に対向する第１の支持板の主面は少なくとも１つの軸周囲に湾曲を有する。筐体カバーは、筐体ベースに取り付けられ、フィルタ材料の床は、ろ過される流体が入口ポート、フィルタ材料および出口ポートを通過するように筐体内に含まれる。

他の態様において、本発明は、入口および出口を備えた筐体を含むコンフォーマルフィルタカートリッジを提供する。フィルタ材料の床は、ろ過される流体が入口ポート、フィルタ材料および出口ポートを通過するとうに筐体内に含まれる。第１の支持板は、フィルタ材料の床と出口との間に配置され、第１の支持板は、少なくとも１つの軸周囲に湾曲を有するフィルタ材料の床に対向する主面を有する。第２の支持板は、フィルタ材料の床と入口との間に配置され、第２の支持板は、少なくとも１つの軸周囲に同じく湾曲を有するフィルタ材料の床に対向する主面を有する。フィルタ材料の床の少なくとも一部は、第１の支持板と第２の支持板との間で残留圧縮下で保持される。

本発明のこれらおよびその他の特徴および利点を、後述する様々な例示の実施形態とともに説明する。

本発明の例示の実施形態の以下の詳細な説明において、実例として、本発明を実施する特定の実施形態が示された、その一部を形成する添付図面を参照する。他の実施形態を用いたり、構造上の変更を本発明の範囲から逸脱することなく行えるものと考えられる。

コンフォーマルフィルタカートリッジ１０の一例の実施形態を図１の斜視図および図２の断面図に示す。フィルタカートリッジ１０は、例えば、呼吸用保護具、空気ろ過装置等の様々な異なるフィルタリング装置と組み合わせて用いられる。フィルタカートリッジ１０は、全体的に、体積を画定する筐体、ろ過される流体が、筐体により画定される体積に入る入口ポート、筐体内に配置されたフィルタ材料の床、およびろ過された流体が、筐体により画定される体積を出る出口ポートを有するものと説明される。フィルタ材料の床は、筐体体積内に配置されていて、入口ポートを通って入る流体が、出口ポートを通って筐体を出る前にフィルタ材料を通過しなければならないようになっている。

筐体は、フィルタカートリッジを用いる条件下でろ過される流体に不浸透性であるのが好ましい。筐体に潜在的に好適な材料としては、プラスチックス、金属、セラミックス、複合体等のうち１つ以上が挙げられる。

図１および２に示す例示の実施形態において、筐体は、筐体ベース３０に取り付けられた筐体カバー２０を含む。カバー２０とベース３０との間に密閉結合を与える技術によりカバー２０がベース３０に取り付けられて、ろ過される流体（例えば、空気）が、カバー２０とベース３０との間の連結部を通過せず、筐体内に配置された１つ以上のフィルタリング要素を迂回するようにするのが好ましい（ある実施形態においては、ポートのうち１つをその連結部に形成し、その場合には接続部を密閉してはいけないものと考えられる）。好適な接続部としては、例えば、接着接合、溶接（例えば、超音波、振動、熱、ＲＦ等）、メカニカルファスナ（必要であればガスケットにより）等のうち１つ以上が例示される。

一連の開口部２４が筐体カバー２０に提供されて、入口ポート２２として機能し、筐体カバー２０および筐体ベース３０により画定される体積へ流体（例えば、空気）を入れる。開口部２４は、一連のスロットとして、筐体カバー２０に提供されるが、開口部は所望の形態（例えば、円形間隙、三角形間隙、矩形間隙、多孔性メッシュ、スクリーン等）を採ることができる。

筐体はまた、円柱開口部３４の形態の出口ポート３２も含む。図示していないが、開口部３４は、フィルタカートリッジ１０を本明細書に記載したような大きなフィルタリング装置に取り外し可能に取り付けるよう設計された構造を含んでいてもよい。出口ポート３２は、図２に示す円柱形状を採ってもよいが、その他の好適な形状を用いてもよい。

図２に示すとおり、フィルタカートリッジ１０は、筐体内に配置されたフィルタ材料４０の床を含む。フィルタ材料４０は、入口ポート２２と出口ポートとの間に配置されて、筐体を通って入口ポート２２から出口ポート３２まで移動するときに、ろ過される流体がフィルタ材料４０を通過するようにするのが好ましい。

フィルタ材料４０の床は様々な形態を採ってよいが、密でない吸着剤粒子の形態にあるのが好ましい。吸着剤粒子は、呼吸用保護具を通って吸入される空気等の流体からガスおよび蒸気を除去するのが好適なことが知られている任意の種類とするのが好ましい。ある潜在的に好適な吸着剤粒子としては、例えば、イオン交換樹脂、活性炭（例えば、アミントリエチレンジアミンまたは銅、銀、亜鉛、モリブデン等の重金属塩で含浸されたもの）、ゼオライト、処理済み活性アルミナ等が例示される。例えば、米国特許第５，６９６，１９９号明細書（センカス（Ｓｅｎｋｕｓ）ら）を参照のこと。本明細書で用いる「密でない」とは、近接する粒子が物理的に互いに付着せずに、例えば、ポリマー、発泡体等のバインダーを用いて、自立形フィルタ構造を形成することを意味する。その結果、密でない粒子は、ストームフィリングまたは同様のプロセスを通して分配するのに適した顆粒またはペレット形態であるのが好ましい。

場合によっては、図２に示すフィルタ要素２８は、筐体カバー２０と上部支持板６０との間で画定される体積２６内に配置される。フィルタ要素２８は、例えば、不織プリーツウェブ、発泡体、２つ以上のフィルタの組み合わせ等、好適な構造を採ってよい。それは、フィルタ材料４０の床の追加として提供されてもよい。フィルタ要素２８は、ガス状および／または微粒子フィルタであり、その例は、以下の特許文献に示され記載されている。米国特許第６，７４３，４６４号明細書（インスレー（Ｉｎｓｌｅｙ）ら）、同第６，６２７，５６３Ｂ１号明細書（ヒューバティ（Ｈｕｂｅｒｔｙ））、同第６，４５４，９８６号明細書（アイツマン（Ｅｉｔｚｍａｎ）ら）、同第６，６６０，２１０号明細書、同第６，４０９，８０６号明細書および同第６，３９７，４５８号明細書（ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）ら）、同第６，４０６，６５７号明細書（アイツマン（Ｅｉｔｚｍａｎ）ら）、同第６，３９１，４２９号明細書（センカス（Ｓｅｎｋｕｓ）ら）、同第６，３７５，８８６号明細書（アンガジヴァンド（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）ら）、同第６，２１４，０９４号明細書（ルソー（Ｒｏｕｓｓｅａｕ）ら）、同第６，１３９，３０８号明細書（ベリガン（Ｂｅｒｒｉｇａｎ）ら）および同第６，１１９，６９１号明細書（アンガジヴァンド（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄ）ら）、同第５，７６３，０７８号明細書および同第５，０３３，４６５号明細書（ブラン（Ｂｒａｎ）ら）および同第５，４９６，７８５号明細書および同第５，３４４，６２６号明細書（アブラー（Ａｂｌｅｒ））。

フィルタ材料４０の床は、フィルタ材料４０の床の主側面４１および４３のそれぞれに配置された多孔性シート４２および４４と支持板５０および６０との間に含まれているのが好ましい。下部多孔性シート４２は、下部支持板５０と出口ポート３２との間に配置され、一方、上部多孔性シート４４は、フィルタ材料４０の床と上部支持板６０との間に配置されている。

多孔性シート４２および４４は、ろ過される流体に浸透性であるが、同時に、フィルタ材料４０（例えば、吸着剤粒子）の床に実質的に不浸透性であるのが好ましい。多孔性シート４２および４４は、必ずしもではないが、微粒子材料を、例えば、空気等の流体から除去するためのフィルタリング装置（例えば、呼吸用保護具）に用いるのに好適な微粒子フィルタリング材料の繊維状不織シートであるのが好ましい。微粒子フィルタ材料の１つの潜在的に好適な例としては、米国、ミネソタ州、セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ．，ＵＳＡ）よりフィルタレット（ＦＩＬＴＲＥＴＥ）という商品名で入手可能なものが挙げられる。微粒子フィルタ材料は、メルトブローンマイクロファイバー等の帯電したマイクロファイバーのウェブから作製することができる。例えば、米国特許第６，４０６，６５７ Ｂ１号明細書、同第６，３７５，８８６ Ｂ１号明細書、同第６，１１９，６９１号明細書および同第５，４９６，５０７号明細書を参照のこと。ファイバーはまた、フィブリル化帯電ファイバーとすることもできる。米国再発行特許第３０，７８２号明細書および同第３１，２８５号明細書を参照のこと。さらに、ファイバーは、耐油性−霧性を改善するために表面にフッ素原子を有することもできる。例えば、米国特許第５，４３２，１７５ Ｂ１号明細書、同第６，４０９，８０６ Ｂ１号明細書、同第６，３９８，８４７ Ｂ１号明細書および同第６，３９７，４５８ Ｂ１号明細書を参照のこと。

図１および２のコンフォーマルフィルタカートリッジの下部支持板５０を図３に示す。これは、好ましくは、その主面全体に分布された開口部５２を含み、流体（例えば、空気）が支持板５０を流れて、フィルタ材料４０を出入りできるようになっている。開口部５２は、好適な形状または分布を採るが、フィルタ材料４０の大半の流れが促進されるよう十分に広く全体に分布されるのが好ましい。

図１および２のコンフォーマルフィルタカートリッジの上部支持板６０を図4に示す。これも、好ましくは、その主面全体に分布された開口部６２を含み、流体（例えば、空気）が支持板６０を流れて、フィルタ材料４０を出入りできるようになっている。下部支持板５０と同様に、上部支持板６０の開口部６２は、好適な形状または分布を採るが、フィルタ材料４０の大半の流れが促進されるよう十分に広く全体に分布されるのが好ましい。

図２に示すとおり、多孔性シート４２および４４は、多孔性シートの一部が支持板の端部周囲を上方へ折り畳めるよう（好ましくは支持板５０および６０が筐体ベース３０に挿入される際）、支持板より僅かに大きいのが好ましい。例えば、図２に示す多孔性シート４２は、下部支持板５０の周囲５４を上方に折り畳まれ、多孔性シート４４は上部支持シート６０の周囲６４を上方に折り畳まれている。特大多孔性シート４２および４４は、支持板５０および６０の端部周囲に良好なシールを形成する役割を果たして、フィルタ材料４０が支持板５０および６０の端部５４および６４周囲から漏れるのを防ぐ。当然のことながら、支持板５０および６０の周囲に端部シールを形成する他の技術を多孔性シート４２および４４を特大にする代わりに用いてよい。

図示した実施形態において、支持板５０は、多孔性シート４２または４４と対となって、フィルタ材料４０の床をフィルタカートリッジ内の適所に保持しているが、その他の構造を用いることも考えられる。例えば、支持板および多孔性シートの機能を、例えば、インサート成形スクリーン材料を用いることにより、単体構造と組み合わせて、支持板の開口部を埋めて、フィルタ材料がこれら開口部から漏れないようにしてもよい。

本明細書で用いる「支持板」という用語は、ろ過する流体をフィルタ材料の床から出入り可能としながら、フィルタカートリッジ内の曲線構造にフィルタ材料の床を保持できる構造のことを意味する。本発明の支持板はまた、曲線構成にあるとき、フィルタ材料の床の主面全体に圧縮力を分布させることができるのも好ましい。図３および４に示すような支持板が、フィルタ材料を漏らす開口部を含む場合には、支持板に加えて追加の要素（多孔性シート４２および４４等）を用いてもよい。

図５は、図１および２のコンフォーマルフィルタカートリッジの筐体ベース３０の斜視図である。フィルタ材料４０、多孔性シート４２および４４ならびに支持板５０および６０は省いてある。筐体ベース３０は、ポート３２と下部表面３５に一連のスペーサ３６とを含む。スペーサ３６を用いて、筐体ベース３０の下部表面３５の少し上に多孔性シート４２および下部支持板５０を保持する。フィルタ材料４０と下部表面３５との間のその間隔が、フィルタ材料４０の大半を流れる流体の分布を補助する。さらに、スペーサ３６は、下部表面３５に対向する表面フィルタ材料４０の大半全体への流体の流れを促進するために、図５に示すように、開口部３４に対して放射状に配向されるのが好ましい。スペーサ３６は、細長い構造で示されているが、フィルタ材料４０と下部表面３５との間の空間を維持する役割を果たす任意の構造（例えば、ポスト等）を用いてよい。ショルダ３７を下部表面３５の周囲に提供すると、下部支持板５０の端部および多孔性シート４２に支持を与え、恐らく、下部支持板５０の周囲５４のシーリングが促される。

図５に示す他の特徴は、筐体ベース３０の周囲に分布したリブ３８である。リブ３８は、支持板５０および６０に提供されたノッチ５６および６６と協働して、挿入および変形中、筐体ベース３０内の支持板５０および６０の位置合せを補助する位置合せ構造として役割を果たすのが好ましい。多孔性シート４２および４４が適切な位置にノッチを含むのも好ましい。さらに、リブ３８はまた、本明細書に詳細を記載した溶接プロセスのために材料を提供することにより曲線構成で上部支持板６０の保持を補助する役割も果たす。

筐体カバー２０、筐体ベース３０、下部支持板５０および上部支持板６０は、かかる構造を形成するのに好適なことが分かっている実質的に任意の材料から形成される。例えば、異なる構造コンポーネントは、例えば、熱成形（例えば、真空形成）または射出成形プロセスにより１種類以上のポリマー材料から形成されるのが好ましい。

本発明によるコンフォーマルフィルタカートリッジの一例の製造方法を図６〜８に示す。部分的に組み立てたフィルタカートリッジを図６に示す。筐体ベース３０は、フィルタ材料４０の床に配置された下部支持板５０（関連の多孔性シート４２は明確にするために省いてある）を含む。フィルタ材料の上に、上部支持板６０（関連の多孔性シート４４は明確にするために省いてある）がフィルタ材料４０の床に配置されている。

フィルタ材料４０は、選択した密度または充填および均一な床厚さを備えたフィルタ材料４０の水平床が得られる技術により付着された密でない微粒子の形態にあるのが好ましい。本明細書で記載したとおり、従来のストームフィリング法を用いるのが好ましい。ストームフィリングには、一般的に、落ちる際に粒子を撒き散らす一連のスクリーンを通して粒子を注いで、フィルタ材料４０の水平床を作成することが含まれる。従来の充填床フィルタの製造と同様に、フィルタ材料４０の床は、水平な（例えば、水平線に対して）平らな表面に付着するのが好ましい。図示した実施形態において、その表面は、下部支持板５０により提供される。

従来の充填床フィルタと同様に、フィルタ材料４０の床は、圧縮下で配置されて、フィルタ材料４０の充填密度を高めるのが好ましい。しかしながら、従来の充填床フィルタとは異なり、圧縮には、上部および下部支持板５０および６０の変形を伴って、フィルタ材料４０の床および支持板５０および６０は図７に示すように湾曲を有するようになる。

フィルタ材料４０の床および上部および下部支持５０および６０を図６に示すように適所にすると、図８に示すような曲面７２を備えた圧縮ツール７０を用いて、フィルタ材料４０の床および支持板５０および６０に湾曲を付与する。圧縮ツール７０は、上部支持板６０に対して駆動され、筐体ベース３０は下から支持されるのが好ましい（逆もまた同様である。コンポーネント間に相対運動を行って、所望の圧縮が得られるシステム／方法を用いることができるものと考えられる）。圧縮によって、下部支持板５０（および関連の多孔性シート４２）が、図６の筐体ベース３０に提供されたスペーサ３６およびショルダ３７に押し付けられるのが好ましい。

その結果、上部支持板６０、フィルタ材料４０の床および下部支持板５０は全て図７に示す曲線構成へと変形する。下部および上部支持板５０および６０の変形は、主に弾性範囲内であるのが好ましい。すなわち、圧縮力を除くと、図６に示す平らな構成（またはそれに近いもの）まで板５０および６０が実質的に戻る。圧縮および変形によって、上部および下部支持板５０および６０の主面間で均一な厚さまたは床深さを有するフィルタ材料４０の床となるのが好ましい。

ツール７０を上部支持板６０に対して押し付け、上部支持板６０は図７に示す形状で固定して、フィルタ材料４０の床を曲線形状に保持するのが好ましい。上部支持板６０の筐体ベース３０への取り付けには、支持板５０と６０との間で残留圧縮で床４０を保持することが必要とされる。床４０の残留圧縮を保持することは、充填床４０を通るフローチャネリングを減じるのに好ましい。さらに、上部支持板６０を取り付けるとまた、図６に示すその平らな構成に戻るのも防ぐ（特に、変形が本明細書に記載した弾性範囲内にある場合）。床４０の少なくとも一部（または実質的に全て）の残留圧縮は、コンフォーマルフィルタカートリッジ１０内に配置された弾性変形支持板により提供されるのが好ましい。

上部支持板６０の筐体への取り付けは、任意の好適な技術または技術の組み合わせによりなされる。潜在的に好適な技術としては、例えば、接着剤、メカニカルファスナ（例えば、ねじ込みファスナ、クランプ、リベット等）、溶接等が例示される。例示の方法には、上部支持板６０を筐体ベース３０に、支持板６０の周囲６４のいくつかの場所に杭で固定または溶接することが含まれる。例示の実施形態において、これらの位置で利用可能な材料の大きな床のために、溶接は筐体ベース３０に配置されたリブ３８で生じるのが好ましい。

一例の溶接技術には、図８に示すように圧縮ツール７０と好ましくは一体化された多突起杭固定ホーン８０の使用が含まれる。杭固定突起８２は、筐体ベース３０のリブ３８に対応する位置でツール７０周囲に配置されているのが好ましい。圧縮ツール７０が上部支持板６０、床４０および下部支持板５０を変形および圧縮した後、超音波エネルギーを杭打ホーン８０の突起８２を通して向けて、溶接プロセスを行い、その後、本明細書に記載したように、床の変形および圧縮を保持しながら、圧縮ツール７０および杭打ホーン８０を引き抜くことができる。

ノッチ６６の少なくともいくつかが、例えば、図４に示すような溶接カラー６８を含むのが好ましい。溶接カラー６８は、支持板６０を筐体ベース３０のリブ３８へ溶接するのを促す追加の材料を提供してもよい。さらに、溶接カラー６８の上部表面は、支持板６０の主面に対して傾斜していて、図７に示す曲線状の構成へと支持板６０が変形されるとき、溶接カラー６８がホーン８０の杭打突起８２に対する水平表面を与える。このようにすると、ホーン８０の杭打突起８２の設計が単純になる。溶接カラー６８により与えられる平らな表面を、杭打突起８２の相補的な平らな表面に与えることができるからである。

適切に変形できる上部支持板６０を提供しながら、フィルタ材料４０の床の圧縮力の保持を高めるためには、例えば、好ましくは支持板６０の表面全体に分布するリブ６８（例えば、図４参照）等の力分布構造を含めるのが望ましい。リブ３８が、フィルタ材料４０の床にわたって延在するにつれて、支持板６０全体に力の分布を促す。

図示した実施形態のリブ３８の配向は、図８のページの内外へ延在する軸７６に略平行であるのが好ましい。支持板５０および６０により床４０に付与される湾曲は、軸７６または１本以上の軸を基準にして決まるのが好ましい。湾曲は床４０の表面全体に均一であっても、または異なっていてもよい。好適な曲面としては、１つ以上の楕円、円等により画定されるものが例示される。湾曲を特定する１つのやり方においては、支持板６０の主面の１つ以上の点または部分での曲率半径が、例えば、好ましくは、１メートル以下、より好ましくは０．５メートル以下、より好ましくは２０センチメートル以下であるのが好ましい（例えば、軸７６等の軸周囲で画定される）。

本発明のフィルタ床および支持板の湾曲を特定する他のやり方においては、図６に示すとおり、支持板６０の主面の１つに法線の軸に沿って測定した変形（図６および７に示す各構成から）の結果として支持板の少なくとも一部に付与される撓みが、５ミリメートル以上、好ましくは１０ミリメートル以上であるのが好ましい。

与えられる湾曲は、２つ以上の軸周囲で画定され、これら２つ以上の軸は互いに平行であってもなくてもよい。例えば、湾曲は、凹凸表面が床４０および周囲の構造（例えば、支持板）に付与されるよう、複合湾曲であるのが好ましい。選択された湾曲は、例えば、カートリッジが接続されるフェースピースの輪郭に適合する、人類形態学的考察を反映する等のために設計されているのが好ましい。

上部支持板６０を適所で筐体ベース３０に取り付けると、フィルタカートリッジ１０が実質的に使える状態となる。カバー２０を筐体ベース３０により画定される開口部全体に配置して、本明細書に記載したとおり適所に固定する。

図９は、本明細書に記載したコンフォーマルフィルタカートリッジに用いる湾曲で製造されるフィルタ材料１４０の多層床の断面図である。床１４０は、フィルタ材料の別の層１４６および１４８を含むのが好ましい。各層のフィルタ材料は異なっていて、例えば、異なる吸着特性を有するのが好ましい。かかるフィルタ床１４０は、本発明のコンフォーマルフィルタカートリッジのフィルタ材料の１つの床を用いて、例えば、異なる蒸気またはガスを流体ストリームからろ過するのに用いられる。異なる層１４６および１４８は、密でない粒子の形態のフィルタ材料を含み、粒子は本明細書に記載したストームフィリングにより付着されるのが好ましい。場合によっては、異なる層１４６および１４８のフィルタ材料は異なるフィルタ材料から実質的になる。

図示した多層床１４０は、２層のみを含んでいるが、コンフォーマルフィルタカートリッジに用いる多層床は、製造中および使用中に層間に完全性が維持されるのであれば、任意で選択した数の層を含んでいてよい。層間の完全性を維持する技術としては、例えば、層１４６と１４８との間に多孔性シートを提供する、異なる層間での粒子の移動を軽減する近接層において異なる一定の粒度分布を選択する等が挙げられる。

本発明のコンフォーマルフィルタカートリッジは任意のフィルタリング装置に用いてよいが、人間が着用するよう設計された呼吸用保護具に特に好適である。同様に、例えば、有毒蒸気、ガス等を除去するために呼吸前に空気をろ過するものとして実質的に本明細書に記載されているが、コンフォーマルフィルタカートリッジは、着用者の呼気をろ過するのに用いてもよい。本発明のコンフォーマルフィルタカートリッジを用いる好適なフィルタリング装置のいくつかとしては、例えば、電動ファン付呼吸用保護具（ＰＡＰＲ）が例示される（例えば、米国特許第６，２５０，２９９号明細書、同第６，１８６，１４０号明細書、同第６，０１４，９７１号明細書、同第５，１２５，４０２号明細書、同第４，９６５，８８７号明細書、同第４，４６２，３９９号明細書および同第４，２８０，４９１号明細書を参照のこと）。本発明のコンフォーマルフィルタカートリッジを用いる他の部類のフィルタリング装置は、自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）である（例えば、米国特許第６，４７８，０２５号明細書、同第４，８８６，０５６号明細書、同第４，５８６，５００号明細書および同第４，４３７，４６０号明細書を参照のこと）。

図１０および１１は、着用者の鼻、口および顎を覆うように構成されたハーフマスク呼吸用保護具の一実施形態を示す（ただし、コンフォーマルフィルタカートリッジはまた、目も覆う「フルフェース」マスク本体と組み合わせ用いてもよい−例えば、米国特許第５，９２４，４２０号明細書を参照のこと）。マスク１００は、例えば、その端部に内側折り返し（図面では見えない）を有する軟性の順応性のある材料（例えば、ゴム材料）を射出成形することにより製造されるフェースピース１０２を含む。マスクを着用すると、折り返しにより着用者の皮膚に対してシールが形成されるのが好ましい。フェースピース１０２は、着用者の鼻梁に好ましくは延在する中央部分１０３を有し、これは呼気弁１０４に装着されているのが好ましい。呼気弁１０４の反対の端部に、フェースピース１０２が吸気弁（見えない）を支持して、この上にコンフォーマルフィルタカートリッジ１１０が装着されている。取付け具１０６が、ヘッドハーネスの一部を形成する上部および下部ヘッドバンド１０７および１０８（上部ヘッドバンドのみが図示されている）のためにフェースピース１０２の側部に配置されている。ハーネスはまた、着用者の頭の上部に固定されるクレードル１０９も含んでいる。

フィルタカートリッジ１１０は、例えば、米国特許第４，８５０，３４６号明細書、同第４，９３４，３６１号明細書、同第５，９２４，４２０号明細書、同第６，２１６，６９３号明細書に記載されているような差込み具によりマスク１００に取り外し可能に取り付けてもよい。差込み具は図１０では見えないが、１つの差込み具の一部が図１１に１０５で示されている。

差込み接続を用いて、フィルタカートリッジ１１０を呼吸用保護具フェースピース１０２に取り付けることは必須ではなく、差込み接続の代わりにその他の形態の取り付けを用いることができる。ある変形接続構造としては、スナップ嵌めフィルタカートリッジが挙げられる（例えば、米国特許第５，５７９，７６１号明細書を参照のこと）。その他の変形例としては、呼吸用補助具本体の対応のねじ込み具に取り付けられたねじ込みフィルタカートリッジが挙げられる（例えば、米国特許第４，４２２，８６１号明細書、同第４，５４８，６２６号明細書、同第５，０２２，９０１号明細書、同第５，０３６，８４４号明細書、同第５，０６３，９２６号明細書および同第５，２２２，４８８号明細書を参照のこと）。

用いる際、着用者の頭を固定し、マスク１００を着用者の顔に対して保持するようにヘッドバンド１０７および１０８を調整することができる。呼吸用補助具の形態でフィルタリング装置に関連して用いられるハーネスとしては、米国特許第６，７１５，４９０号明細書、同第６，５９１，８３７号明細書および同第６，１１９，６９２号明細書（バイラム（Ｂｙｒａｍ）ら）および米国特許第６，７３２，７３３号明細書および同第６，４５７，４７３号明細書（ブロストーム（Ｂｒｏｓｔｒｏｍ）ら）に記載されているものが例示される。

着用者が吸気すると、空気は、フィルタカートリッジ１１０を通ってマスク１００へ引かれてから、フェースピース１０２の頬部分にある吸気弁を通る。着用者が呼気すると、空気が、図示したマスク本体１０２の中央部分１０３に位置する呼気弁１０４を通ってマスク１００から吐出されるのが好ましい。マスク１００の２つのコンフォーマルフィルタカートリッジ１１０は好ましくは、互いに同一でも異なっていてもよい。後者は、１つのフィルタカートリッジを吸気フィルタリングに適用し、第２のフィルタカートリッジを呼気フィルタリング（適切な弁を備えた）に適用する場合に有利である。

本明細書および添付の特許請求の範囲で用いる単数形（「１つ」、「前記」）には、特に断りのない限り、複数も含まれる。このように、例えば、「１つ」または「前記」コンポーネントには、１つ以上のコンポーネントおよび当業者に知られたその等価物が含まれる。

本明細書に挙げた参考文献および公報は、参照により本開示内容に明示的に援用される。本発明の例示の実施形態を述べ、本発明の範囲内の可能な変形について参照してきた。本発明におけるこれらおよびその他の変更および修正は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明白であり、本発明はここに規定した例示の実施形態に限定されないものと考えられる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびこの等価物によってのみ限定されるものとする。

本発明による例示のコンフォーマルフィルタカートリッジの斜視図である。 図１のコンフォーマルフィルタカートリッジの断面図である。 図１および２のコンフォーマルフィルタカートリッジにおける下部支持板の斜視図である。 図１および２のコンフォーマルフィルタカートリッジにおける上部板の斜視図である。 図１および２のコンフォーマルフィルタカートリッジの筐体ベースの斜視図である。 フィルタ材料の平床が配置された本発明のフィルタカートリッジの一部の断面斜視図である。 フィルタ材料の床の変形後の図６のコンフォーマルフィルタカートリッジの断面斜視図である。 本発明のフィルタカートリッジにおいてフィルタ材料の床を変形するのに用いるある装置の図である。 フィルタ材料の多層床の断面図である。 本発明のコンフォーマルフィルタカートリッジを組み込んだある呼吸用保護具の斜視図である。 フィルタカートリッジおよびヘッドバンドをフェースピースから取り外した図１０の呼吸用保護具の正面図である。

Claims (2)

1. 組み立てたときに密閉体積を画定する筐体ベースおよび筐体カバーを含むとともに入口ポートおよび出口ポートをさらに含む筐体を提供する工程と、
   前記筐体ベース内にフィルタ材料の床を付着する工程であって、前記付着の前に前記筐体ベース内に第１の支持板を配置し、前記第１の支持板の主面が前記フィルタ材料に対向している工程と、
   前記フィルタ材料の床の付着後に前記第１の支持板を変形する工程であって、変形後、前記フィルタ材料に対向する前記第１の板の前記主面が少なくとも１つの軸周囲に湾曲を有する工程と、
   前記筐体ベースに前記筐体カバーを取り付ける工程であって、前記フィルタ材料の床は、ろ過される流体が前記入口ポート、前記フィルタ材料および前記出口ポートを通過するように前記筐体内に含まれる工程と、
   を含むコンフォーマルフィルタカートリッジの製造方法にして、
   筐体ベースに前記筐体カバーを取り付けた後、第１の支持板は、少なくとも１つの軸の周囲で湾曲を保持するようにした製造方法。
2. 入口および出口を含む筐体と、
   ろ過される流体が前記入口、フィルタ材料および前記出口を通過するように前記筐体内に含まれるフィルタ材料の床と、
   前記フィルタ材料の床と前記出口との間に配置され、少なくとも１つの軸周囲に湾曲を有する前記フィルタ材料の床に対向する主面を含む第１の支持板と、
   前記フィルタ材料の床と前記入口との間に配置され、少なくとも１つの軸周囲に湾曲を有する前記フィルタ材料の床に対向する主面を含む第２の支持板と、を含み、
   前記フィルタ材料の床の少なくとも一部が、前記第１の支持板と前記第２の支持板との間で残留圧縮下で保持されるコンフォーマルフィルタカートリッジにして、
   第１の支持板と第２の支持板とフィルタ材料の床とが、全て、組み立て時に、前記筐体内で湾曲した形状に保持されるようにしたコンフォーマルフィルタカートリッジ。

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