JP6746138B2 - 呼吸用保護具 - Google Patents

Description

この発明は、工場、工事現場等の粉塵や有毒ガスが発生する場所などにおいて防塵マスクや防毒マスクとして使用することのできる呼吸用保護具に関するものである。

従来、この種の呼吸用保護具は、着用者の少なくとも鼻と口を覆う面体の中央部に電動ファンユニットを取り付け、この電動ファンユニットの前方に防塵用や防毒用としたフィルタ装置を着脱自在として取り付けたものが存在する（特許文献１）。

このような呼吸用保護具は、強制的な送風を行うことができるため、フィルタを介する使用者の呼吸抵抗をなくしスムーズな呼吸を確保することができるが、使用者の呼吸要求に関係なく常に強制的な送風が行われているため、電動ファンユニットのバッテリー寿命やフィルタ装置のフィルタ寿命が短くなるという問題があった。

そこで、電動ファンが、使用者の呼吸の吸気時にのみ作動し、呼吸の排気時には作動しないようにした呼吸用保護具が開発されている。このような呼吸用保護具は、面体に空気導入路が備えられており、この空気導入路には面体と別体とした電動ファンユニットの排出口が接続されている。そして、この排出口と電動ファンユニットの導入口の間に支線が配されて、そこに差圧センサーが設けられ、この差圧センサーの制御によって、圧力差が増大したときには電動ファンの風量を減じ、圧力差が減少したときには電動ファンの風量を増大させるようにしている（特許文献２）。

実用新案登録第２５４９８７０号公報 特許第２８５８１３１号公報

上記特許文献２に記載された呼吸用保護具では、面体と電動ファンユニットが別体とされ、両者は空気導入路を介して接続されているので、面体側と電動ファンユニット側の正確な差圧を測定することができず、そのため電動ファンの風量の正確な制御ができないため、着用者にとっては違和感のない快適な呼吸ができないという課題を有していた。

そこで、呼吸用保護具において、前記面体側と電動ファンユニット側の正確な差圧を測定するために、面体の排気弁または吸気弁の動きを検知するフォトインタラプタよりなるセンサーや、ホール素子よりなるセンサーを面体内に設置して、これらセンサーの検知によって、吸気時には電動ファンが通常作動するよう電力供給され、排気時には電動ファンへの電力供給が停止あるいは減少するようにしたものが近年、開発されている。

しかしながら、フォトインタラプタで吸気弁であるダイヤフラム弁の動きを光検知する方式では、面体内圧の微妙な変化を検知することが難しい場合があり、また弁の劣化が起こるため精度が経年で低下する場合があるという課題を有していた。

また、ホール素子でダイヤフラム弁上の磁石の動きを磁気検知する方式では、弁に磁石を取り付けることで部品点数が増えるため、構造が複雑になり取り扱いが難しい場合があるという課題を有していた。

さらに、前記両者とも着用者の呼吸により変位する部品の拳動を間接的に検知するため、検知感度が低下したり、検知に遅れが生じる恐れがあるという課題を有していた。

そこで、この発明は、面体内の気圧を直接、気圧センサーで検知することにより、着用者の不規則な呼吸に対しても面体の内圧を瞬時に検知することができ、違和感のない快適な呼吸ができ、しかも構造が簡単であるため取り扱いが容易になる呼吸用保護具を提供することを目的としてなされたものである。

さらに、この発明は、面体内に設けた気圧センサーにより、電動ファンユニットの無段階の風量制御が可能となり、着用者の呼吸に合わせた制御によって電動ファンの過剰な作動を押えて、バッテリー寿命を延ばすことができると共に、フィルタの消耗を抑えることができる呼吸用保護具を提供することを目的としてなされたものである。

この発明の呼吸用保護具は、着用者の少なくとも鼻と口を覆う面体１と、装着バンド２と、電動ファンユニット３を備えたフィルタ装置４とからなり、面体１は、吸気弁５を設けると共に排気弁６を設けており、内壁面に気圧センサー７を取り付けたものとし、前記気圧センサー７は、面体１の内圧を常に検知するようにしており、面体１の内圧の検知情報を平均化し、それを制御基準圧とすることにより、面体１の内圧によって電動ファンユニット３の風量を無段階に制御できるようにしており、電動ファンユニット３の風量の制御は、制御基準圧をＢＨ圧〜ＢＬ圧の範囲に設定し、この時の電動ファンユニット３の風量を全パワーのＭ％とし、着用者の呼吸によって面体１の内圧が制御基準圧より低いＡ圧に達するまでは、徐々に電動ファンユニット３の風量をＬ％まで増加させていき、それ以上は一定になるようにし、面体１の内圧が制御基準圧より高いＣ圧に達するまでは、徐々に電動ファンユニット３の風量をＳ％まで減少させていき、それ以下は一定になるようにしており、前記ＢＨ圧は、制御基準圧から０. ２〜０. ８ｈＰａを減じた圧であり、ＢＬ圧は、制御基準圧に０. ２〜０. ８ｈＰａを加えた圧であり、Ｍ％は３〜３０％であり、Ａ圧は制御基準圧から０. ７〜１. ３ｈＰａを減じた圧であり、Ｌ％は８０〜１００％であり、Ｃ圧は、制御基準圧に０. ７〜１. ３ｈＰａを加えた圧であり、Ｓ％は１〜３％であるものとしている。

この発明の呼吸用保護具において、面体１の内圧は、排気圧から吸気圧を減じた値に制御基準圧を加えた値とし、制御基準圧は、一定の区間を定めて範囲をずらしながら、α秒間毎の平均値としている。

この発明の呼吸用保護具において、α秒間は、２〜１０秒間にしている。

この発明の呼吸用保護具は、以上に述べたように構成されているので、着用者の不規則な呼吸に対しても面体の内圧を瞬時に検知することができ、違和感のない快適な呼吸ができ、しかも構造が簡単であるため取り扱いが容易なものとなる。

さらに、この発明の呼吸用保護具は、面体内に設けた気圧センサーにより、電動ファンユニットの無段階の風量制御が可能となり、着用者の呼吸に合わせた制御によって電動ファンの過剰な作動を押えて、バッテリー寿命を延ばすことができると共に、フィルタの消耗を抑えることができるものとなる。

この発明の呼吸用保護具を前方から見た状態を示す斜視図である。 図１に示すこの発明の呼吸用保護具（装着バンドは省略）の分解斜視図である。 図１に示すこの発明の呼吸用保護具（装着バンドは省略）を後方から見た状態を示す斜視図である。 図３中のＡ−Ａによるこの発明の呼吸用保護具の断面図である。 この発明の呼吸用保護具の電動ファンユニットの風量の制御状態を示す説明図である。 この発明の呼吸用保護具における面体の内圧が、大気圧変動に追従している状態を示す説明図である。

以下、この発明の呼吸用保護具を実施するための形態について、図面に基づき詳細に説明する。

この発明の呼吸用保護具は、図に示したように、着用者の少なくとも鼻と口を覆う面体１と、着用者の頭部から首筋にかけて掛け渡すようにした装着バンド２と、電動ファンユニット３を備えたフィルタ装置４とからなり、面体１の両側部に装着バンド２を取り付けると共に、面体１の垂直中心線上にそれぞれ電動ファンユニット３およびフィルタ装置４を設けたものとしている。

面体１は、合成樹脂などからなり、斜楕円錐状や斜多角錐状の中空体としており、中央部に吸気弁５を設けると共に、中央上部に排気弁６を設けており、側部の内壁面に気圧センサー７を取り付けたものとしている。また、面体１の排気弁６の上方には、通気空間Ｓを介してカバー８を取り付けたものとしている。さらに、面体１の周縁には、クッション材９を取り付けたものとしている。なお、吸気弁５および排気弁６の弁構造は、特に限定されるものではない。また、図に示した面体１は、着用者の鼻と口を覆う半面形の面体としているが、着用者の顔面全体を覆う全面形の面体としてもよい。

装着バンド２は、リング状とした軟質合成樹脂などからなる頭掛けバンド２ａと、この頭掛けバンド２ａの両側から一直線状に垂れ下げた伸縮ゴムなどからなる面体掛けバンド２ｂと、この面体掛けバンド２ｂをさらに延長した首掛けバンド２ｃとから構成されている。さらに、首掛けバンド２ｃの先端には、着用者の首筋で止着しておくためのバックルＢが取り付けられている。

電動ファンユニット３は、ファンカバー１０とモーターファンユニット１１とからなり、面体１の前部中央に設けられた収納室Ｃに収納されており、ファン用ケーブル１２を介してバッテリーユニット１３から電力が供給されるようにしている。なお、図に示したバッテリーユニット１３は、面体１の外部に別体として備えられたものとしているが、面体１に組み込んだものとすることもできる。このようにすれば、呼吸用保護具がより小型化され、取り扱いや携帯したりするのに便利なものとなる。

フィルタ装置４は、カートリッジ式の防塵用や防毒用としたフィルタ１４と、このフィルタ１４を面体１の前方に設けられた保持部１５に密閉保持するためのフィルタパッキン１６と、スパッタ防止フィルタ１７と、保持カバー１８とからなる。保持カバー１８は、中央部に通気孔１９が設けられ、この通気孔１９にスパッタ防止フィルタ１７を嵌め込んで、保持部１５内に保持されるフィルタ１４をフィルタパッキン１６に押圧するように、保持部１５の外壁にねじ込み形式にして着脱自在として取り付けられている。

気圧センサー７は、ピエゾ抵抗型の圧力センサーとしており、センサー用ケーブル２０を介して前記バッテリーユニット１３から電力が供給されるようにしており、このバッテリーユニット１３内に組み込まれた電子回路（図示せず）によって制御されている。気圧センサー７の検知部７ａは、面体１の側部の内壁面の上方位置に配置されており、特に排気弁６に近辺に取り付けられている。このようにすれば、着用者の汗や高湿な作業環境から、気圧センサー７の検知感度が影響を受け難いものとなる。なお、気圧センサー７を制御する電子回路も、前記バッテリーユニット１３と同様に面体１に組み込んだものとすることにより、呼吸用保護具がより小型化され、取り扱いや携帯したりするのに便利なものとなる。

このようにした気圧センサー７は、着用状態での面体１の内圧を直接的に検知し、前記電子回路によって制御されることにより、着用者の不規則な呼吸に対しても瞬時に対応することができるようにしている。そして、この気圧センサー７により、電動ファンユニット３の風量を無段階に制御し、着用者の呼吸に合わせて、電動ファンの過剰な回転を押えてバッテリー寿命を延ばし、長時間使用を可能としている。

さらに、気圧センサー７は、面体１の内圧を常に検知するようにしている。そして、面体１の内圧の検知情報を平均化し、それを制御基準圧とすることにより、面体１の内圧によって電動ファンユニット３の風量を無段階に制御できるようにしている。

電動ファンユニット３の風量の制御は、図５に示したように、保護具を着用する直前の大気圧が例えば１００８. ８ｈＰａの場合、制御基準圧を１００８. ３ｈＰａ（ＢＨ圧）〜１００９. ３ｈＰａ（ＢＬ圧）の範囲に設定する。そして、この時の電動ファンユニット３の風量を例えば全パワーの５％（Ｍ％）とし、着用者の呼吸によって面体１の内圧が制御基準圧より低い１００７. ８ｈＰａ（Ａ圧）に達するまでは、徐々に電動ファンユニット３の風量を例えば９０％（Ｌ％）まで増加させていき、それ以上は一定になるようにし、面体１の内圧が制御基準圧より高い１００９. ４ｈＰａ（Ｃ圧）に達するまでは、徐々に電動ファンユニット３の風量を例えば１％（Ｓ％）まで減少させていき、それ以下は一定になるようにしている。

前記ＢＨ圧、ＢＬ圧、Ｍ％、Ａ圧、Ｌ％、Ｃ圧、Ｓ％は、保護具を使用する作業者等の作業内容や作業環境などによって任意の値に設定すればよいが、何れの場合においても、違和感のない快適な呼吸を確保するには、ＢＨ圧は、制御基準圧から０. ２〜０. ８ｈＰａを減じた圧であることが好ましく、ＢＬ圧は、制御基準圧に０. ２〜０. ８ｈＰａを加えた圧であることが好ましく、Ｍ％は３〜３０％であることが好ましく、Ａ圧は制御基準圧から０. ７〜１. ３ｈＰａを減じた圧であることが好ましく、Ｌ％は８０〜１００％であることが好ましく、Ｃ圧は制御基準圧に０. ７〜１. ３ｈＰａを加えた圧であることが好ましく、Ｓ％は１〜３％であることが好ましい。

さらに、面体１の内圧は、気圧センサー７の実測値を分析処理することにより、刻々と変動する大気圧に追従させ、制御基準圧としている。

面体１の内圧は、排気圧、吸気圧、大気圧が作用しており、大気圧は変動するが、呼吸での吸気量と排気量の合計はほぼ同じである。そこで、この発明では、移動平均法を用いることで、大気圧の変動を平均化し、制御基準圧として制御している。なお、移動平均法とは、数値予測手法の一つで、一定の区間を定めて範囲をずらしながら平均を取っていくことで、変動の影響を除いた推移予測値を算出する統計手法である。

電動ファンユニット３の風量の制御となる大気圧は、時間と共に前記制御域を超えて刻々と変動する。しかし、呼吸によって変化する面体１の内圧を検知して電動ファンユニット３の風量を制御するには、時間と共に変動する大気圧の常時把握は不可欠であるが、大気圧検知用の気圧センサー７を増設するには、コストアップやサイズの増大につながる。

そこで、この発明の呼吸用保護具では、面体１の内壁面に取り付けた気圧センサー７の検知データを利用して、電動ファンユニット３の風量の確実な制御をおこない、使用時の違和感を排除するものとしている。

すなわち、面体１の内圧は、排気圧から吸気圧を減じた値に制御基準圧を加えた値とし、制御基準圧は、一定の区間を定めて範囲をずらしながら、例えば保護具を着用した後のα秒間毎の平均値を取っていくことにより、大気圧変動の影響を除いた推移予測値を算出するようにして、制御基準値を常時更新できるようにしている。このようにすることにより、面体１の内圧は、図６に示したように、大気圧変動に追従できるものとなる。なお、この場合、前記α秒間は、２〜１０秒間にするのが好ましい。α秒間が、２秒間未満であると測定時間が少ないことにより呼吸成分の山谷が残り、制御基準値が平滑にならず好ましくなく、１０秒間を超えるとより正確な大気圧予測ができるが、測定時間が長く動作応答性が悪くなり、着用者に違和感を与え好ましくない。

また、この発明の呼吸用保護具において、気圧センサー７は、防水仕様にすることができ、防水仕様とした場合、面体１の内壁面に取り付けると共に面体１の内壁面以外、例えば外壁面やバッテリーユニット１３にも取り付けることができる。気圧センサー７を防水仕様にすることにより、面体１の内壁面に取り付けた気圧センサー７は、面体１内が極めて高湿な環境になっても使用可能となり、また面体1の内壁面の水洗いも可能となり、面体１の外壁面に取り付けた気圧センサー７は、降雨時などの使用にも影響を受けないものとなる。したがって、発汗環境にあるランニング、自転車などのスポーツ分野や、バイクツーリング、登山などのレジャー用の呼吸保護具にも適したものとなる。そして、気圧センサー７を、面体１の内外壁面に取り付けた場合には、面体１の内圧と大気圧を常に検知し、その差圧を測定する方式により、電動ファンユニット３の風量を制御することもできる。

さらに、この発明の呼吸用保護具において、電動ファンユニット３の風量の制御は、ＰＷＭ制御を採用することにより、バッテリー残量の減少やフィルタの目詰まりが起きた場合に、ＰＷＭ制御の周波数を可聴周波数域に設定することにより、モーターの発振音で、バッテリー残量の減少やフィルタの目詰まりを着用者に通知することができる。また、電動ファンユニット３の風量Ｍ％を、前記したように設定した制御基準圧がＢＨ圧〜ＢＬ圧時に、一回のスイッチ動作によって５％にしたり、二回連続のスイッチ動作によって２０％になるようにするなどの制御を行うことができる。

このように構成されたこの発明の呼吸用保護具は、着用者の不規則な呼吸に対しても面体１の内圧を瞬時に検知することができ、違和感のない快適な呼吸ができ、しかも構造が簡単であるため取り扱いが容易なものとなる。

さらに、この発明の呼吸用保護具は、面体１内に設けた気圧センサー７により、電動ファンユニット３の無段階の風量制御が可能となり、着用者の呼吸に合わせた制御によって電動ファンの過剰な作動を押えて、バッテリー寿命を延ばすことができると共に、フィルタの消耗を抑えることができるものとなる。

１ 面体
２ 装着バンド
３ 電動ファンユニット
４ フィルタ装置
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 気圧センサー
７ａ 検知部
１３ バッテリーユニット

Claims (3)

1. 着用者の少なくとも鼻と口を覆う面体（１）と、装着バンド（２）と、電動ファンユニット（３）を備えたフィルタ装置（４）とからなり、面体（１）は、吸気弁（５）を設けると共に排気弁（６）を設けており、内壁面に気圧センサー（７）を取り付けた呼吸用保護具であって、
   前記気圧センサー（７）は、面体（１）の内圧を常に検知するようにしており、面体（１）の内圧の検知情報を平均化し、それを制御基準圧とすることにより、面体（１）の内圧によって電動ファンユニット（３）の風量を無段階に制御できるようにしており、
   前記電動ファンユニット（３）の風量の制御は、制御基準圧を（ＢＨ）圧〜（ＢＬ）圧の範囲に設定し、この時の電動ファンユニット（３）の風量を全パワーの（Ｍ）％とし、着用者の呼吸によって面体（１）の内圧が制御基準圧より低い（Ａ）圧に達するまでは、徐々に電動ファンユニット３の風量を（Ｌ）％まで増加させていき、それ以上は一定になるようにし、面体（１）の内圧が制御基準圧より高い（Ｃ）圧に達するまでは、徐々に電動ファンユニット（３）の風量を（Ｓ）％まで減少させていき、それ以下は一定になるようにしており、
   前記（ＢＨ）圧は、制御基準圧から０. ２〜０. ８ｈＰａを減じた圧であり、（ＢＬ）圧は、制御基準圧に０. ２〜０. ８ｈＰａを加えた圧であり、（Ｍ）％は３〜３０％であり、（Ａ）圧は制御基準圧から０. ７〜１. ３ｈＰａを減じた圧であり、（Ｌ）％は８０〜１００％であり、（Ｃ）圧は、制御基準圧に０. ７〜１. ３ｈＰａを加えた圧であり、（Ｓ）％は１〜３％であることを特徴とする呼吸用保護具。
2. 面体（１）の内圧は、排気圧から吸気圧を減じた値に制御基準圧を加えた値とし、制御基準圧は、一定の区間を定めて範囲をずらしながら、（α）秒間毎の平均値としていることを特徴とする請求項１記載の呼吸用保護具。
3. （α）秒間が２〜１０秒間であることを特徴とする請求項２記載の呼吸用保護具。

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