(57)【要約】着用者の少なくとも鼻及び口の上にフィットするように適合されて、着用された時に内部気体空間を作り出す、マスク本体が含まれる濾過フェイスマスク、及び内部気体空間に流体連通している呼気弁。呼気弁には、封止面と吐き出された空気が内部気体空間を離れるために通過できる開口部とを有する弁座、並びに弁座に取り付けられた可撓性フラップであって、弁がその閉鎖位置にある時に、フラップが封止面に接触するように、及び呼気中に、フラップが封止面から離れて撓んで、吐き出された空気が開口部を通過可能にすることができるように、弁座に取り付けられた可撓性フラップが含まれる。フラップは、その閉鎖位置にある時に偏倚されておらず、及び０．００５０以下の片持ち曲げ比を呈する。
2009521273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過フェイスマスクであって、
（ａ）着用者の少なくとも鼻及び口の上にフィットするように適合されて、着用された時に内部気体空間を作り出す濾過マスク本体、並びに
（ｂ）該内部気体空間に流体連通している呼気弁であって、
（ｉ）封止面と、吐き出された空気が該内部気体空間を出るために通過しうる開口部とを含む弁座であって、該封止面が０．０５ＧＰａ以上の硬さを呈する弁座と、
（ｉｉ）該弁座に取り付けられた単層の可撓性フラップであって、該弁がその閉鎖位置にある時に、該フラップの第一の主表面が該封止面に接触するように、及び呼気中に、該フラップが該封止面から離れて撓み、吐き出された空気が該開口部を通過して、最終的に外部気体空間へ流出できるように、該弁座に取り付けられており、該可撓性フラップは、該閉鎖位置にある時に偏倚されておらず、及び該可撓性フラップが０．００５０以下の片持ち曲げ比を呈する、単層の可撓性フラップとを含む、呼気弁を含む濾過フェイスマスク。
【請求項２】
上記可撓性フラップが、０．００４以下の片持ち曲げ比を呈する、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項３】
上記可撓性フラップが、片持ち縁に沿って該弁座に取り付けられており、該可撓性フラップは、該片持ち縁に対して概ね垂直に延びるビーム長さを含み、及び該開口部は、該ビーム長さに沿って位置する遠位縁及び近位縁を含み、該ビーム長さに沿って該近位縁と該片持ち縁の間の第一の距離が、該ビーム長さに沿って該遠位縁と該片持ち縁の間の第二の距離より短く、及び更に、該第一の距離対該第二の距離の比が１：５以上である、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項４】
上記第一の距離対該第二の距離の該比が２：５以上である、請求項３に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項５】
上記可撓性フラップが本質的に１つの材料からなる、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項６】
上記材料が、約０．７メガパスカル〜約２０メガパスカルの弾性係数を含む、請求項５に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項７】
上記封止面及び開口部の上に位置する該可撓性フラップの部分が、平らなシートの形体である、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項８】
上記呼気弁が該マスク本体に取り付けられている、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項９】
上記濾過フェイスマスクが、フィルター材料の層を含む、流体透過性マスク本体を含む負圧ハーフマスクである、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１０】
上記封止面が平面状の封止面を含む、請求項１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１１】
濾過フェイスマスクであって、
（ａ）着用者の少なくとも鼻及び口の上にフィットするように適合されて、着用された時に内部気体空間を作り出すマスク本体、並びに
（ｂ）該内部気体空間に流体連通している呼気弁であって、
（ｉ）硬質の封止面と、吐き出された空気が該内部気体空間を離れるために通過しうる開口部とを含む弁座と、
（ｉｉ）該弁座に取り付けられた可撓性フラップであって、該弁がその閉鎖位置にある時に、該フラップの第一の主表面が該封止面に接触するように、及び呼気中に、該フラップが該硬質の封止面から離れて撓み、吐き出された空気が該開口部を通過して、最終的に外部気体空間へ流出できるように、該弁座に取り付けられており、該可撓性フラップは、単層構造の形体であり、及び該閉鎖位置にある時に偏倚されておらず、並びに該可撓性フラップが０．００５０以下の片持ち曲げ比を呈する可撓性フラップとを含む、
呼気弁を含む濾過フェイスマスク。
【請求項１２】
上記可撓性フラップが、０．００４以下の片持ち曲げ比を呈する、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１３】
上記封止面が、０．０５ＧＰａ以上の硬さを呈する、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１４】
上記可撓性フラップが、片持ち縁に沿って該弁座に取り付けられており、該可撓性フラップは、該片持ち縁に対して概ね垂直に延びるビーム長さを含み、及び該開口部は、該ビーム長さに沿って位置する遠位縁及び近位縁を含み、該ビーム長さに沿って該近位縁と該片持ち縁の間の第一の距離が、該ビーム長さに沿って該遠位縁と該片持ち縁の間の第二の距離より短く、及び、更に、該第一の距離対該第二の距離の比が１：５以上である、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１５】
上記第一の距離対該第二の距離の該比が２：５以上である、請求項１４に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１６】
上記可撓性フラップが本質的に１つの材料からなる、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１７】
上記材料が、約０．７メガパスカル〜約２０メガパスカルの弾性係数を含む、請求項１６に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１８】
上記封止面及び開口部の上に位置する該可撓性フラップの部分が、平らなシートの形体である、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項１９】
上記呼気弁が該マスク本体に取り付けられている、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項２０】
上記濾過フェイスマスクが、フィルター材料の層を含む、流体透過性マスク本体を含む負圧ハーフマスクである、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【請求項２１】
上記封止面が平面状の封止面を含む、請求項１１に記載の濾過フェイスマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、堅くて偏倚されていない可撓性フラップを、呼気弁及び／又は吸気弁内の動的機械要素として使用する、濾過フェイスマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染された環境で働く人々は通例、濾過フェイスマスクを着用して、浮遊汚染物質の吸入から自分自身を防護する。濾過フェイスマスクは通常、粒子状及び／又はガス状の汚染物質を空気から除去可能な、繊維性又は吸着性のフィルターを有する。汚染された環境でフェイスマスクを着用する時、着用者は、彼らの健康が保護されているという知識で安心感を得るが、同時に、顔の回りに蓄積される暖かくて湿った吐き出し空気によって不快感をいだく。この顔の不快感が大きくなるほど、着用者が不快状態を軽減するために顔からマスクを取り外す可能性がより大きくなる。
【０００３】
着用者が汚染された環境中で顔からマスクを取り外す可能性を低下させるために、濾過フェイスマスクの製造者は、マスク本体に呼気弁を取り付けて、暖かくて湿った空気がマスク内部から速やかに排出できるようにすることが多い。吐き出された空気が速やかに除去されると、マスク内部がより冷たくなり、今度は、マスク着用者が、彼らの鼻及び口の周りに位置する熱くて湿った環境を排除するために顔からマスクを取り外す可能性が少なくなるので、ワーカーの安全性に効果がある。
【０００４】
長年にわたって、市販の呼吸マスクは、「ボタン型」呼気弁を使用して、吐き出された空気をマスク内部から排出してきた。ボタン型弁は典型的には、吐き出された空気をマスク内部から逃がす動的機械要素として、薄くて円形の可撓性フラップを使用している。そのフラップは、中央ポストを通して弁座の中央に取り付けられる。ボタン型弁の例が、米国特許第２，０７２，５１６号、同第２，２３０，７７０号、同第２，８９５，４７２号、及び同第４，６３０，６０４号に示されている。人が息を吐き出す時、フラップの周辺部分が弁座から持ち上げられて、空気がマスク内部から流出することが可能になる。
【０００５】
ボタン型弁は着用者の快適感を改善する試みの中での進歩を象徴しているが、研究者らは別の改善を進めており、その例が米国特許第４，９３４，３６２号（ブラウン（Braun））に示される。この特許に記載される弁は、パラボラ型弁座と細長い可撓性フラップを使用する。ボタン型弁と同様に、ブラウン（Braun）弁も、中央で取り付けられたフラップ及びフラップ縁部分を有して、これが呼気中に封止面から持ち上げられて、吐き出された空気がマスク内部から流出することが可能になる。
【０００６】
ブラウンによる開発の後、呼気弁技術分野における別の考案が、ジャプンティック（Japuntich）らによりなされており、米国特許第５，３２５，８９２号及び同第５，５０９，４３６号を参照されたい。ジャプンティック（Japuntich）らの弁は、中心を外して片持ち方式で取り付けられた単一の可撓性フラップを使用して、弁を開くのに必要とされる呼気圧を最小限にする。弁開放圧力が最小限であるとき、弁を操作するのに必要とされる力が少なくなり、このことは、着用者が呼吸時に吐き出した空気をマスク内部から排出するのに同じくらい強く動作する必要がないことを意味する。
【０００７】
ジャプンティック（Japuntich）らの弁の後で導入された他の弁も、中心を外して取り付けられた片持ち式可撓性フラップを使用しており、米国特許第５，６８７，７６７号（米国再発行特許第ＲＥ３７，９７４Ｅ号として再発行）及び第６，０４７，６９８号を参照されたい。この種の構造を有する片持ち式弁は、「フラッパ型」呼気弁と呼ばれることがある。
【０００８】
上で記載されたもののような一方向弁組立品は典型的には、硬質の弁座に当たって封止する、偏倚された又は予荷重が与えられたエラストマーの隔膜を使用する。しかしながら、弁フラップを偏倚させると、永久的な変形又はクリープという結果になることがある。クリープ（長期にわたる変形に応じて生じる永久変形）は、例えば数年といった、より長期間にわたって格納される呼吸マスク中で使用される弁において、より顕著な可能性がある。産業用途のために設計された多数の呼吸マスクは製造された後の比較的短い時間内に使用されているが、呼吸マスクの中には、購入されてからより長時間にわたって格納されることがあるものもある。例えば、呼吸マスクは、緊急事態人員（「一次対応者」と呼ばれることもある）による使用のために購入及び格納されることがある。そのような一次対応者のために購入された呼吸マスクは、数年格納されてから使用されることがある。そのような呼吸マスクの弁フラップが偏倚されている場合、クリープによって、弁フラップが弁の封止面に対して及ぼす力が削減される可能性がある。
【特許文献１】米国特許第２，０７２，５１６号
【特許文献２】米国特許第２，２３０，７７０号
【特許文献３】米国特許第２，８９５，４７２号
【特許文献４】米国特許第４，６３０，６０４号
【特許文献５】米国特許第４，９３４，３６２号
【特許文献６】米国特許第５，３２５，８９２号
【特許文献７】米国特許第５，５０９，４３６号
【特許文献８】米国特許第５，６８７，７６７号
【特許文献９】米国再発行特許第ＲＥ３７，９７４Ｅ号
【特許文献１０】米国特許第６，０４７，６９８号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００４／０２５５９４７号
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００５／００６１３２７号
【特許文献１３】米国特許第６，１２５，８４９号
【特許文献１４】ＰＣＴ国際公開特許ＷＯ０１／２８６３４
【特許文献１５】米国特許第５，５５８，０８９号
【特許文献１６】米国意匠特許第４１２，５７３号
【特許文献１７】米国特許第４，８０７，６１９号
【特許文献１８】米国特許第４，８２７，９２４号
【特許文献１９】米国特許第６，１２３，０７７号
【特許文献２０】米国意匠特許第４３１，６４７号
【特許文献２１】米国意匠特許第４２４，６８８号
【特許文献２２】米国意匠特許第４４３，９２７号
【特許文献２３】米国特許第５，０６２，４２１号
【特許文献２４】米国特許第４，７９０，３０６号
【特許文献２５】米国特許第５，０３５，２３９号
【特許文献２６】米国特許第４，９７１，０５２号
【特許文献２７】米国特許第５，９２４，４２０号
【特許文献２８】米国特許第５，６１７，８４９号
【特許文献２９】米国特許第５，３９４，５６８号
【特許文献３０】米国特許第６，０６２，２２１号
【特許文献３１】米国特許第５，４６４，０１０号
【特許文献３２】米国特許第４，５３６，４４０号
【特許文献３３】米国特許第４，８５０，３４７号
【特許文献３４】米国特許第５，３０７，７９６号
【特許文献３５】米国特許第５，４９６，５０７号
【特許文献３６】米国特許第４，２１５，６８２号
【特許文献３７】米国特許第４，５９２，８１５号
【特許文献３８】米国特許第５，７０６，８０４号
【特許文献３９】米国特許第４，４１９，９９３号
【特許文献４０】米国再発行特許第Ｒｅ２８，１０２号
【特許文献４１】米国特許第５，４７２，４８１号
【特許文献４２】米国特許第５，４１１，５７６号
【特許文献４３】米国特許第５，９０８，５９８号
【特許文献４４】米国特許第４，８７４，３９９号
【特許文献４５】米国特許第６，０５７，２５６号
【特許文献４６】ＰＣＴ国際公開特許ＷＯ００／０１７３７
【特許文献４７】米国特許第５，０２５，０５２号
【特許文献４８】米国特許第５，０９９，０２６号
【特許文献４９】米国特許第６，２１３，１２２号
【特許文献５０】米国特許第６，２３８，４６６号
【特許文献５１】米国特許第６，０６８，７９９号
【特許文献５２】米国特許第６，０４１，７８２号
【特許文献５３】米国特許出願番号０９／８８８，９４３
【特許文献５４】米国特許出願番号０９／８８８，７３２
【特許文献５５】米国特許第６，２１６，６９３号
【特許文献５６】米国特許第６，１５８，４２９号
【特許文献５７】米国特許第６，０５５，９８３号
【特許文献５８】米国特許第５，５７９，７６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
米国特許出願公開第２００４／０２５５９４７号にて説明されているように、呼吸マスク弁の中には、（偏倚されていない弁フラップと共に使用される時でさえも）弁開口部を封止する能力を強化するために、弾力的封止面が含まれてもよいものもある。呼吸マスクに関連して使用される弁の別の変形では、弁の閉止を強めるために弁封止面に面する弁フラップの表面に弾力的材料を組み込んだ多層弁フラップが、米国特許出願公開第２００５／００６１３２７号に記載されている。しかしながら、それらの呼吸マスクの弁座及び弁フラップに使用されている弾力的材料は、（一次対応者により使用される呼吸マスクの場合に生じることがあるような）より長い時間にわたり格納される場合にその弾力性を失うというように、硬化されることがある。その弾力性の損失又は硬化は、温度変化が（人で占められたビルなどの）より制御された環境中で普通に経験されるものを超えることがある緊急車両中などのより厳しい条件で呼吸マスクが格納される場合、加速される可能性がある。その硬化は、使用される時に、弁の封止能力を低下させているおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、新規濾過フェイスマスクを提供しており、要約すると、これは、（ａ）着用者の少なくとも鼻及び口の上にフィットするように適合されて、着用された時に内部気体空間を作り出すマスク本体と、（ｂ）内部気体空間に流体連通している呼気弁とを含む。呼気弁は、（ｉ）硬質の封止面及び吐き出された空気が内部気体空間を離れるために通過できる開口部が含まれる弁座と、（ｉｉ）弁座に取り付けられた可撓性フラップであって、弁がその閉鎖位置にある時に、フラップが封止面に接触するように、及び呼気中に、フラップが封止面から離れて撓んで、吐き出された空気が開口部を通過可能にすることができるように、弁座に取り付けられた可撓性フラップとを含む。フラップは、その閉鎖位置にある時に偏倚されておらず、及び好ましくは、約０．００５０以下の片持ち曲げ比を呈してもよい。
【００１１】
本発明の濾過フェイスマスクは、比較的堅くて偏倚されていない弁フラップを硬質の弁座との組合わせで有する呼気弁を提供することによって、既知の呼吸マスクとは異なる。弁フラップの剛性が、好ましくは、例えば重力下で、弁フラップが弁座から離れ落ちること及び洩れを阻止する。弁フラップが偏倚されていないので、作動力すなわち呼気中に弁を開くのに必要とされる力が、好ましくは、弁座に対して偏倚された同一材料のフラップを有する弁と比較して、減少される可能性がある。
【００１２】
片持ち式でフラッパ型の弁の幾つかの実施形態では、片持ち距離は、弁を開くのに必要とされる作動力を減少するように選定されてもよい。例えば、フラップがそれに沿って支持される片持ち縁と弁座内の開口部との間の距離は、流体圧力の力が共に作用して弁を開くてこ腕を増大するように選定されてもよい。流体圧力の低下によって、着用者が呼吸する時に弁を開くのに必要とされる作用力が減少してもよく、このようにして、着用者の疲労が低減される可能性がある。
【００１３】
新規呼気弁の構造及び効果は又、同様に弁を通る流れが一方向である、吸気弁に適用されてもよい。
【００１４】
本発明は、一態様において、着用者の少なくとも鼻及び口の上にフィットするように適合されて、着用された時に内部気体空間を作り出す濾過マスク本体が含まれる、濾過フェイスマスクを提供することができる。濾過フェイスマスクには又、内部気体空間に流体連通している呼気弁が含まれてもよい。呼気弁には、封止面と吐き出された空気が内部気体空間を離れるために通過できる開口部とを有する弁座が含まれ、封止面が０．０５ＧＰａ以上の硬さを呈する。呼気弁には又、弁座に取り付けられた単層の可撓性フラップであって、弁がその閉鎖位置にある時に、フラップの第一の主表面が封止面に接触するように、及び呼気中に、フラップが封止面から離れて撓み、吐き出された空気が開口部を通過して、最終的に外部気体空間へ流出できるように、弁座に取り付けられており、可撓性フラップは、閉鎖位置にある時に偏倚されておらず、及び可撓性フラップが０．００５０以下の片持ち曲げ比を呈する、単層の可撓性フラップが含まれる。
【００１５】
本発明は、別の態様において、着用者の少なくとも鼻及び口の上にフィットするように適合されて、着用された時に内部気体空間を作り出すマスク本体が含まれる、濾過フェイスマスクを提供することができる。濾過フェイスマスクには又、内部気体空間に流体連通している呼気弁が含まれる。呼気弁には、弁座及びフラップが含まれる。弁座は、硬質の封止面と、吐き出された空気が内部気体空間を離れるために通過できる開口部とを有する。可撓性フラップは、弁がその閉鎖位置にある時に、フラップの第一の主表面が封止面に接触するように、及び呼気中に、フラップが硬質の封止面から離れて撓み、吐き出された空気が開口部を通過して、最終的に外部気体空間へ流出可能にすることができるように、弁座に取り付けられており、可撓性フラップは、単層構造の形体であり、及び閉鎖位置にある時に偏倚されておらず、並びに可撓性フラップが、０．００５０以下の片持ち曲げ比を呈する。
【００１６】
用語解説
本発明の説明に用いられる用語は、次の意味を有する。
【００１７】
「片持ち曲げ比」は、本明細書で説明される片持ち曲げ比試験に関連して定義されるような、撓み対片持ち長さの比を意味する。
【００１８】
「清浄空気」は、汚染物質を除去するように濾過された、又は他の方法で呼吸にとって安全にされた、ある体積の空気又は酸素を意味する。
【００１９】
「閉鎖位置」は、可撓性フラップが封止面に完全に接触している位置を意味する。
【００２０】
「汚染物質」は、一般的に粒子であると考えられてなくてもよいが（例えば、有機蒸気など）、空気中に浮遊できる粒子及び／又は他の物質を意味する。
【００２１】
「吐き出された空気」は、濾過フェイスマスク着用者により吐き出された空気である。
【００２２】
「呼気流れ」は、呼気中に呼気弁の開口部を通過する空気の流れを意味する。
【００２３】
「呼気弁」は、開放されると、流体が濾過フェイスマスクの内部気体空間を流出可能になる弁を意味する。
【００２４】
「外部気体空間」は、吐き出された気体が呼気弁を通って及びその向こうへ出た後で、入っていく周囲大気空間を意味する。
【００２５】
「濾過フェイスマスク」は、着用者の少なくとも鼻及び口を覆う、及び清浄空気を着用者に供給可能な、（ハーフ及びフルフェイスマスク及びフードが含まれる）呼吸保護装置を意味する。
【００２６】
「可撓性フラップ」は、移動流体から及ぼされる力に応じて曲がる又は撓むことができる、シート状の物品を意味しており、移動流体とは、呼気弁の場合は呼気流れであり、吸気弁の場合は吸気流れである。
【００２７】
「曲げ弾性率」は、曲げモードにて負荷された材料についての応力対ひずみの比を意味する。
【００２８】
「吸気フィルターエレメント」は、濾過フェイスマスクの着用者により吸入される前に空気が中を通過して、汚染物質及び／又は粒子が除去可能になっている、流体透過性の構造体を意味する。
【００２９】
「吸気流れ」は、吸気中に吸気弁の開口部を通過する空気又は酸素の流れを意味する。
【００３０】
「吸気弁」は、開放されると、流体が濾過フェイスマスクの内部気体空間へ流入可能になる弁を意味する。
【００３１】
「内部気体空間」は、マスク本体と人の顔との間の空間を意味する。
【００３２】
「並置された」は、横に並んで置かれることを意味するが、必ずしも相互に接触していない。
【００３３】
「マスク本体」は、人の少なくとも鼻及び口の上にフィット可能であって、外部気体空間から分離された内部気体空間を画定する助けをする、構造体を意味する。
【００３４】
「弾性係数」は、試験試料に対して軸荷重を付加して引張り試験機の使用により荷重及び変形を同時に測定することによって得られる応力／ひずみ曲線の直線部分についての、応力対ひずみの比を意味する。
【００３５】
「単層」は、弁フラップに関連して使用されるとき、フラップ構造がその体積の至る所で組成的に実質的に均一である、すなわち、弁フラップに異なる物理特性を呈する２つ以上の層が含まれないことを意味する。
【００３６】
「粒子」は、空気中に浮遊可能ないずれかの液体及び／又は固体物質を意味しており、例えば、病原体、細菌、ウィルス、粘液、唾液、血液などが有る。
【００３７】
「弾力的」は、曲げ力に応じて変形されても回復が可能であること、及び約１５メガパスカル（ＭＰａ）未満の引張り係数を有することを意味する。
【００３８】
「硬質の」は、封止面の説明に使用されるとき、０．０２ギガパスカル（ＧＰａ）を超える硬さを有する封止面を意味する。
【００３９】
「封止面」は、弁がその閉鎖位置にある時に、可撓性フラップと接触する表面を意味する。
【００４０】
「堅い又は剛性」は、他の構造物からの支持無しでそれだけで片持ちとして水平に支えられて重力に曝される時に、撓みに抵抗するフラップの能力を意味する。より堅いフラップは、同じように堅くないフラップほど容易に重力に応じて撓まない。
【００４１】
「一方向流体弁」は、流体が一方向に通過することを可能にするが、他方には通過不可能とする弁を意味する。
【００４２】
「偏倚されていない」は、弁フラップに関連して使用されるとき、可撓性フラップの上に置かれるいずれかの機械力又は内部応力に基づいて、フラップが封止面に向かって又はこれに当たって押されていないことを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の実施においては、新規の濾過フェイスマスクが提供され、これは着用者の快適感を改善する可能性があり、及び付随して、ユーザーが汚染環境中でマスクを連続的に着用する可能性を増大させる。本発明は、このようにして、ワーカーの安全性を改善し、並びに個人用呼吸保護器具を着用するワーカー及び他の者に長期的な健康上の利益をもたらす可能性がある。
【００４４】
図１は、本発明との組合わせで使用されてもよい濾過フェイスマスク１０の例を示す。濾過フェイスマスク１０は、呼気弁１４が上に取り付けられた、カップ形のマスク本体１２を有する。その弁は、例えば米国特許第６，１２５，８４９号（ウィリアムス（Williams）ら）又はＰＣＴ国際公開特許ＷＯ０１／２８６３４（クラン（Curran）ら）に記載される技法を含む、いかなる好適な技法を用いてマスク本体に取り付けられてもよい。呼気弁１４は、マスク１０の内側の圧力増加に応じて開くものであり、圧力増加は、着用者が息を吐き出す時に生じる。呼気弁１４は、好ましくは、呼気と吸気の間及び吸気中には閉じたままである。呼気弁１４は、カバー５０（図５参照）を取り去って示されている。
【００４５】
マスク本体１２は、着用者の顔に対して離間する関係にて人の鼻及び口の上にフィットするように適合されており、着用者の顔とマスク本体の内側表面との間に内部気体空間又は空隙を作り出す。マスク本体１２は、流体透過性であり、及び典型的には、吐き出された空気がマスク本体１２を通過する必要がなく内部気体空間から弁１４を通って流出可能とするために、呼気弁１４がマスク本体１２に取り付けられる場所に開口部（図示せず）が配置されている。マスク本体１２上の開口部の好ましい位置は、マスクが着用された時に着用者の口がくる場所の直前である。この位置に開口部をひいては呼気弁１４を置くことによって、マスク１０の着用者が生成する呼気圧に応じて、弁がより容易に開くことが可能になる。この図１に示されるタイプのマスク本体１２の場合、本質的に、マスク本体１２の全露出表面が、吸入空気に対して流体透過性である。
【００４６】
アルミニウムなどの金属の非常に柔らかくて曲げやすいバンドを含む鼻クリップ１６をマスク本体１２の上に設けて、着用者の鼻の上でフェイスマスクを所望のフィット関係に保持するように成形可能にすることができる。好適な鼻クリップの例が、米国特許第５，５５８，０８９号及び意匠特許第４１２，５７３号（カスティリオーネ（Castiglione））に示されている。
【００４７】
マスク本体１２は、図１に示されるように、湾曲した半球形状を有することができ（米国特許第４，８０７，６１９号（ディルド（Dyrud）ら）も参照）、又は所望するような他の形状をとってもよい。例えば、マスク本体は、米国特許第４，８２７，９２４号（ジャプンティック（Japuntich））にて開示されるフェイスマスクのような構造を有する、カップ形状マスクにすることができる。マスクは又、使用しない時に平らに折り畳むことができるが、着用時にはカップ形状に開くことができる、三つ折り構成を有することもでき、米国特許第６，１２３，０７７号（ボストック（Bostock）ら）、及び米国意匠特許第４３１，６４７号（ヘンダーソン（Henderson）ら）、意匠特許第４２４，６８８号（ブリャント（Bryant）ら）を参照されたい。本発明のフェイスマスクは又、米国意匠特許第４４３，９２７号（チェン（Chen））にて開示されている平らな二つ折りマスクなど、多数の他の構成をとってもよい。マスク本体は又、流体不透過性にして、米国特許第５，０６２，４２１号（バーンス（Burns）及びレイシェル（Reischel））にて示されるマスクのように、付属のフィルターカートリッジを有することもできる。加えて、マスク本体は又、今説明した負圧マスクとは対照的に、正圧の空気取入口と共に使用するように適合させることもできる。正圧マスクの例が、米国特許第５，９２４，４２０号（グラニス（Grannis）ら）及び第４，７９０，３０６号（ブラウン（Braun）ら）にて示されている。濾過フェイスマスクのマスク本体は又、例えば米国特許第５，０３５，２３９号及び第４，９７１，０５２号にて開示されているように着用者に清浄空気を供給する、自蔵型呼吸装置に接続することもできる。マスク本体は、着用者の鼻及び口だけを覆う「（ハーフマスク」と呼ばれる）ように構成されてもよいのみならず、目も覆って（「フルフェイスマスク」と呼ばれる）着用者の呼吸システムに加えて着用者の視力に保護をもたらしてもよく、例えば米国特許第５，９２４，４２０号（レイシェル（Reischel）ら）を参照されたい。マスク本体は、着用者の顔から離間していてもよく、又は顔に接触若しくは非常に近接して存在してもよい。いずれの場合にも、マスクは、内部気体空間を画定する助けをしており、吐き出された空気がその中に入ってから、呼気弁を通ってマスク内部を離れる。マスク本体は又、その周辺部に示温性のフィット表示シールを有して、適切なフィットが確立されているかどうかを着用者が容易に確認可能にすることもでき、米国特許第５，６１７，８４９号（スプリンゲット（Springett）ら）を参照されたい。
【００４８】
フェイスマスクを着用者の顔にぴったり合わせて保持するために、マスク本体は、ストラップ１５、結び紐、又はマスクを着用者の顔に支持するために取り付けられたいずれか他の好適な手段などの、留め具を有することができる。好適な可能性があるマスク留め具の例が、米国特許第５，３９４，５６８号及び第６，０６２，２２１号（ブロストロム（Brostrom）ら）並びに米国特許第５，４６４，０１０号（バイラム（Byram））に示されている。
【００４９】
図２に示されるマスク本体１２には、内側成形層１７及び外側濾過層１８などの複数層が含まれてもよい。成形層１７は、マスク本体１２に構造体を提供して、濾過層１８を支える。成形層１７は、濾過層１８の内側及び／又は外側（又は両側）に配置されてもよく、並びに例えば、カップ形状に成型された熱接着性繊維の不織布ウェブで作成することができ、米国特許第４，８０７，６１９号（ディルド（Dyrud）ら）及び第４，５３６，４４０号（ベルク（Berg））を参照されたい。これは又、多孔質層で作成する、又は米国特許第４，８５０，３４７号（スコブ（Skov））にて開示されている成形層のように、可撓性プラスチックのオープンに細工された「魚網」タイプ網状組織で作成することができる。成形層は、スコブ（Skov）に又は米国特許第５，３０７，７９６（クロンザー（Kronzer）ら）に記載されているように、既知の手順に従って成型可能である。成形層１７は、マスクに構造体を提供する及び濾過層に支持体を提供することを主目的として設計されているが、典型的にはより大きな粒子を捕捉するためのフィルターとしての役割をしてもよい。層１７及び１８が共になって、吸気フィルターエレメントとして働く。
【００５０】
着用者が吸気する時、空気がマスク本体を通って引き込まれ、及び浮遊粒子が、繊維間の特にフィルター層１８の繊維間の隙間に捕捉される。図２に示されるマスクでは、フィルター層１８は、マスク本体１２と一体である、すなわち、マスク本体の一部を形成しており、フィルターカートリッジのように、マスク本体に後で取り付けられる（又はこれから取り外される）品目ではない。
【００５１】
図１に示されるマスク１０のような負圧ハーフマスク呼吸器具において一般的である濾過材料は、荷電された超極細繊維、特にメルトブローンされた超極細繊維（ＢＭＦ）の絡み合いウェブを含んでいることが多い。超極細繊維は、典型的には約２０マイクロメートル（μｍ）以下の平均有効直径を有し、普通には約１μｍ〜約１５μｍであり、更により普通には約３μｍ〜１０μｍの直径である有効繊維直径は、デービス・Ｃ．Ｎ．（Davies, C.N.）、「浮遊ダストおよび粒子の分離（The Separation of Airborne Dust and Particles）」、機械技術者協会（Institution of Mechanical Engineers）、ロンドン（London）、会報１Ｂ．（Proceedings 1B.）１９５２年に記載されているとおりに計算してもよい。ＢＭＦウェブは、インダストリアルエンジニアリングケミストリ（Industrial Engineering Chemistry）、第４８巻、ページ１３４２（１９５６年）以下にあるウェンテ・バンＡ．（Wente, Van A.）の「超微細熱可塑性繊維（Superfine Thermoplastic Fibers）」にて、又はウェンテ・バンＡ．（Wente, Van A.）、ブーン・Ｃ．Ｄ．（Boone, C.D.）、及びフラハーティ・Ｅ．Ｌ．（Fluharty, E.L.）による「超微細有機繊維の製造（Manufacture of Superfine Organic Fibers）」という名称の海軍研究試験所（Naval Research Laboratories）の報告書番号第４３６４号（１９５４年５月２４日刊）にて説明されているように形成することができる。ウェブとしてランダムに絡み合わされたとき、ＢＭＦウェブは、マットとして取り扱うのに十分な一体性を有することができる。荷電は、例えば、米国特許第５，４９６，５０７号（アンガドジバンド（Angadjivand）ら）、米国特許第４，２１５，６８２号（クビク（Kubik）ら）、及び米国特許第４，５９２，８１５号（ナカオ（Nakao））に記載されている技法を用いて、繊維ウェブに付与することができる。
【００５２】
マスク本体内のフィルターとして使用されてもよい繊維材料の例が、米国特許第５，７０６，８０４号（バウマン（Baumann）ら）、米国特許第４，４１９，９９３号（ピーターソン（Peterson））、米国再発行特許第Ｒｅ２８，１０２号（メイヒュー（Mayhew））、米国特許第５，４７２，４８１号及び第５，４１１，５７６号（ジョーンズ（Jones）ら）、並びに米国特許第５，９０８，５９８号（ルソー（Rousseau）ら）にて開示されている。繊維は、ポリプロピレン及び／又はポリ−４−メチル−１−ペンテンなどのポリマーを含有してもよく（米国特許第４，８７４，３９９号（ジョーンズ（Jones）ら）及び第６，０５７，２５６号（ディルド（Dyrud）ら）参照）、並びに濾過性能を向上させるためにフッ素原子及び／又は他の添加剤をも含有してもよく（米国特許出願第０９／１０９，４９７号，名称「フッ素化エレクトレット（Fluorinated Electret）」（ＰＣＴ国際公開特許ＷＯ００／０１７３７として公開）、及び米国特許第５，０２５，０５２号及び同第５，０９９，０２６号（クレーター（Crater）ら）参照）、並びに性能を改善するために少量の抽出可能な炭化水素をも有してもよい（例えば、米国特許第６，２１３，１２２号（ルソー（Rousseau）ら）参照）。繊維ウェブは又、米国特許第４，８７４，３９９号（リード（Reed）ら）並びに米国特許第６，２３８，４６６号及び第６，０６８，７９９号（共に、ルソー（Rousseau）ら）に記載されているように、オイルミスト抵抗性が向上するように作成されてもよい。
【００５３】
マスク本体１２には又、フィルター層１８を擦過力から保護可能な、並びにフィルター層１８及び／又は成形層１７から緩むことがあるいずれかの繊維を保持可能な、内側及び／又は外側のカバーウェブ（図示せず）が含まれてもよい。カバーウェブは、濾過能力をも有してもよいが、典型的には濾過層１８ほどには良くなく、及び／又はマスクの着用を更に快適にする働きをしてもよい。カバーウェブは、例えばポリオレフィン類及びポリエステル類を含有するスパンボンド繊維のような、不織繊維性材料で作成されてもよい（例えば、米国特許第６，０４１，７８２号（アンガドジバンド（Angadjivand）ら）、第４，８０７，６１９号（ディルド（Dyrud）ら）、及び第４，５３６，４４０号（ベルク（Berg））参照）。
【００５４】
図３は、可撓性フラップ２２が閉止される時に封止面２４に載ること、及びまた、フラップ保持面２５において弁座２０に対して片持ち方式で支えられることを示す。フラップ２２は、呼気の間に、内部気体空間内が有意な圧力に到達する時に、その自由端２６にて封止面２４から持ち上がる。封止面２４は、平面内に存在して、中立状態すなわち着用者が吸気も呼気もしていない時、平らな可撓性フラップ２２が封止面２４に対して偏倚されることなく、平面の封止面２４に載っていることができるようになっていてもよい。
【００５５】
濾過フェイスマスク１０の着用者が息を吐き出す時、吐き出された空気は通常、マスク本体及び呼気弁１４の両方を通過する。吐き出された空気の最大割合が、濾材並びに／又はマスク本体の形成及びカバー層を通過するときとは対照的に呼気弁１４を通過する時、最善の快適感が得られる。吐き出された空気は、封止面２４から可撓性フラップ２２を吐き出された空気が持ち上げることにより、内部気体空間から弁１４の開口部２８を通って排出される。フラップ２２の固定又は静止部分３０に関連付けられたフラップ２２の周囲又は周辺縁部は、呼気の間に本質的に静止したままであるが、可撓性フラップ２２の自由な残余周辺縁部は、呼気の間に弁座２０から持ち上げられる。
【００５６】
可撓性フラップ２２は、静止部分３０にて弁座２０に対してフラップ保持面２５上に固定されており、この面２５は、開口部２８に対して中心外に配置され、並びにフラップ２２を弁座２０上で取付け及び位置決めする助けをするピン３６を有することができる。可撓性フラップ２２は、音波溶接、接着剤、機械的クランプなどを使用して面２５に固定可能である。弁フラップ押え付け体２１が、フラップ２２を面２５に固定する助けをし、及びフラップ２２の静止部分３０を画定する。弁座２０は又、弁座２０からその基部において横方向に延びるフランジ３８を有して、呼気弁１４のマスク本体１２への固定を可能にする表面を提供する。
【００５７】
図３は、閉鎖位置で封止面２４に載っている可撓性フラップ２２を示し、開放位置を点線２２ａにより示している。流体は、概ね矢印３４により表示される方向に弁１４を通過する。弁１４が吐き出された空気をマスク内部から排出するために濾過フェイスマスクで使用される場合、流体流れ３４は呼気流れを表す。弁１４が吸気弁として使用される場合、流れ３４は吸気流れを表す。開口部２８を通過する流体が、可撓性フラップ２２上に力を及ぼし、フラップ２２の自由端２６を封止面２４から持ち上げて、弁２４を開放する。弁１４が呼気弁として使用されるとき、弁は、マスク１０が図１に示されるように直立に置かれる時に、好ましくは、可撓性フラップ２２の自由端２６が固定端の下方に位置するように、フェイスマスク１０上で配置される。これにより、吐き出された空気が下向きに偏向されて、着用者の目保護用具上で水分が凝縮するのを防ぐことができる。
【００５８】
本発明の弁は、その片持ち特性の点から特徴付けられてもよい。弁座２０の面２５に取り付けられたままとなる（図示される実施形態ではフラップ押え付け体２１により適所に保持される）フラップ２２の固定又は静止部分３０は、片持ち縁４０を画定してもよく（図１も参照）、これを過ぎると、フラップ２２が、図３で見られるように、弁封止面２４から離れて撓むことができる。片持ち縁４０は、好ましくは、直線形状であって、弁フラップ２２を開放するのに要する力を（曲線状の片持ち縁とは対照的に）減少してもよい。フラップ２２を弁座２０上に固定するのに例えばピン３６が使用される場合、片持ち縁４０は、図１及び図３に見られるように、押え付け体２１の端部により画定されてもよい。フラップ２２を弁座２０に取り付ける他の技法は、片持ち縁４０を弁座２０に対して異なる位置に置くという結果になることがある。
【００５９】
可撓性フラップ２２は、片持ち縁４０に対して概ね垂直に延びるビーム長さＬを有する。ビーム長さＬに沿って近位縁２７と片持ち縁４０の間の距離は、ビーム長さＬに沿って遠位縁２９と片持ち縁４０の間の距離より短い。
【００６０】
ビーム長さＬに沿って近位縁２７と片持ち縁４０の間の距離を、ビーム長さＬに沿って遠位縁２９と片持ち縁４０の間の距離と比較した時の比は、１：５以上、幾つかの実施形態では２：５以上であるのが好ましいことがある。片持ち縁４０と近位縁２７及び遠位縁２９のそれぞれとの間の距離の比が増加するにつれて、フラップ２２を開放するのに必要な流体圧力は、てこ腕がより大きくなるので、減少することがある。流体圧力のこの減少により、着用者が呼吸の時に弁を開くのに必要とされる作用力が減少してもよいので、着用者の疲労が低減される可能性がある。
【００６１】
図４は、フラップが取り付けられていない弁座２０を正面視から示す。弁開口部２８が、封止面２４から半径的に内側に配置されており、及び封止面２４と究極的には弁１４とを安定させる十字部材３５を有することができる。十字部材３５は又、フラップ２２（図３）が吸気の間に開口部２８の中へ反転するのを防ぐことができる。十字部材３５上に蓄積された水分が、フラップ２２の開放を妨げる場合もある。したがって、フラップに面する十字部材３５の表面は、好ましくは、弁開放を妨げないように、側面から見る時、封止面２４の下にわずかに窪んでいる。
【００６２】
封止面２４は、開口部２８を取り囲む又は包囲して、望ましくない汚染物がこれを通ることを防ぐ。封止面２４及び弁開口部２８は、前側から見る時、本質的にいかなる形状をもとることができる。例えば、封止面２４及び開口部２８は、正方形、矩形、円形、楕円形他、又はそのような形状の組合わせであってもよい（例えば、米国特許第５，３２５，８９２号及び第５，５０９，４３６号（ジャプンティック（Japuntich）ら）並びに米国特許出願シリアル番号０９／８８８，９４３及び０９／８８８，７３２（ミッテルシュタット（Mittelstadt）ら）にて示される形状を参照）。封止面２４の形状は、開口部２８の形状に対応する必要は無く、逆もそうである。例えば、開口部２８が円形であって、封止面２４が矩形であってもよい。しかしながら、封止面２４及び弁開口部２８は、好ましくは、流体流れの方向に抗して見る時、円形断面を有する。
【００６３】
弁座２０は、好ましくは、完全一品体（integral one-piece body）に成型された、比較的軽量のプラスチックで作成されてもよい。弁座２０は、射出成形技法により作成できる。可撓性フラップ２２と接触する封止面２４は、好ましくは、ほぼ均一に滑らかに作られて良好な封止が生じるのを確実にしており、及び封止隆起部の頂部上に存在してもよい。接触面２４は、好ましくは、可撓性フラップ２２と封止を形成するのに十分に大きい幅を有するが、凝縮水分により引き起こされる接着力が可撓性フラップ２２の開放を著しくより困難にすることが可能な程には広くない。封止又は接触面の幅は、好ましくは、少なくとも０．２ｍｍであり、及び好ましくは、約０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍである。図１、図３及び図４に示される弁１４及びその弁座２０は、米国特許第５，５０９，４３６号及び同第５，３２５，８９２号（ジャプンティック（Japuntich）ら）に更に十分に記載されている。
【００６４】
本発明の濾過フェイスマスク中で弁との組合わせで使用される封止面は、好ましくは硬質であり、すなわち、好ましくは０．０２ＧＰａを超える硬さを有する。硬質封止面は、０．０５ＧＰａ以上の硬さを呈する材料で構成されるのが好ましいことがある。硬さは、本明細書で説明される「ナノくぼみ技法」に従って決定されてもよい。硬質封止面は、弁座の一体部分として形成されてもよい。或いは、本明細書で説明される硬さ要求を満たす硬質弁座は、接着、結合、溶接、摩擦係合他など、そのようにするのに本質的に好適ないずれかの技法を使用して、弁座に付着させることもできる。封止面は、コーティング、フィルム、リング他の形体であってもよい。
【００６５】
弁座２０及び封止面２４は、例えば射出成形技法を使用して完全一品体（integral one-piece body）に成型される、比較的軽量のプラスチックで一体ユニットとして形成されて、弾力的封止面がこれに組み合わされることがあるのが好ましい場合がある。可撓性フラップ２２と接触する封止面２４は、好ましくは、ほぼ均一に滑らかに作られて良好な封止が生じることを確実にする。封止面２４は、封止隆起部２９の頂部上に存在してもよく、又は弁座そのものと平面的に整列していてもよい。封止面２４の接触領域は、好ましくは、可撓性フラップ２２と封止を形成するのに十分に大きい幅を有するが、凝縮水分又は吐き出された唾液により引き起こされる接着力が可撓性フラップ２２の開放を著しくより困難にできる程には広くない。封止面２４は、好ましくは、フラップが封止面に接触する場所で凹面方式で湾曲して、封止面の全周囲周りでフラップの封止面に対する接触を助長してもよい。
【００６６】
図５は、他の図中で示されている呼気弁に関連して使用するのに好適なことがある、弁カバー５０を示す。弁カバー５０は、内部チャンバを画定しており、その中で、可撓性フラップがその閉鎖位置から開放位置へ動くことができる。弁カバー５０は、可撓性フラップを損傷から防護することができ、及び吐き出された空気を着用者の眼鏡から遠くへ下向きに方向付ける助けをすることができる。示されるように、弁カバー５０は、複数の開口部５２を有して、吐き出された空気が弁カバーにより画定される内部チャンバから流出することを可能にしてもよい。内部チャンバから開口部５２を通って出た空気は、着用者の眼鏡から遠くへ下向きに、外部気体空間へ入っていく。
【００６７】
本発明は、呼気弁として使用することに加えて、吸気弁との組合わせで使用するのが同様に好適である。呼気弁と同じく、吸気弁も、外部気体空間と内部気体空間の間の流体移動を提供する一方向流体弁である。しかしながら、呼気弁と異なって、吸気弁は、空気がマスク本体の内部へ入ることを可能にする。したがって、吸気弁は、吸気中に、空気が外部気体空間から内部気体空間へ移動することを可能にする。
【００６８】
吸気弁は通例、取り付けられたフィルターカートリッジを有する濾過フェイスマスクとの組合わせで使用される。弁は、フィルターカートリッジ又はマスク本体のいずれかに次ぐものであってもよい。いずれの場合においても、吸気弁は、好ましくは、空気が濾過された、ないしは別の方法で呼吸に安全にされた場所から下流の吸気流れの中に配置される。吸気弁が含まれる購入可能なマスクの例には、３Ｍ社（3M Company）により販売されている５０００（商標）及び６０００（商標）シリーズのレスピレータがある。吸気弁を使用する濾過フェイスマスクの特許化された例が、米国特許第５，０６２，４２１号（バーンス（Burns）及びレイシェル（Reischel））、米国特許第６，２１６，６９３号（レコウ（Rekow）ら）、及び米国特許第５，９２４，４２０号（レイシェル（Reischel）ら）にて開示されている（米国特許第６，１５８，４２９号、同第６，０５５，９８３号、及び同第５，５７９，７６１号も参照）。吸気弁は、例えばボタン型弁の形体をとることもできるが、或いはまた、図１、図３、図４、及び図５に示される弁のようなフラッパ型弁にすることもできる。これらの図に示される弁を吸気弁として使用するためには、マスク本体に対して逆方式で取り付けて、可撓性フラップ２２が、呼気中よりもむしろ吸気中に、封止面２４から持ち上がるようにすることだけが必要とされる。したがって、フラップ２２は、吸気中よりもむしろ呼気中に、封止面２４に対して押し付けられることになる。本発明の吸気弁は同様に、呼吸中に吸気弁を操作するのに必要な力を低減することによって、着用者の快適感を改善することができる。
【００６９】
本明細書で説明されるように、本発明の流体弁中での使用のために構成された可撓性フラップには、流体弁の弁座に取り付くように適合されたシートが含まれる。可撓性フラップは、移動する気体流れからの力に応じて動的に曲がることができ、及び力が除去された時に、その元の位置に容易に戻ることができる。
【００７０】
本発明の可撓性フラップの少なくとも部分が平らなシートの形体であって、封止面にまたがるフラップの主表面も平らであるようになっているのが好ましいことがある。本明細書で使用する時、用語「平らなシート」には、フラップの主表面の残部の上に延びる構造的機構（例えば、隆起リブなど）を有するフラップは含まれない。フラップの全体が、封止面の外側に位置するフラップの部分を含めて、平らな材料シートとして構成されるのが更に好ましいことがある。
【００７１】
本明細書で説明されるように、本発明による弁の可撓性フラップは、偏倚されていない、すなわち、フラップは、可撓性フラップの上に置かれたいずれかの機械力又は内部応力に基づいて、封止面に向かって又はこれに当たって押されていない。中立（すなわち、流体が弁を通過していない、又はそうでなければ、フラップが外部力を受けていない）状態では、フラップが封止面に向かって偏倚されていないので、フラップは、フラップが封止面に対して偏倚されている弁よりも、呼気中に容易に開く可能性がある。偏倚されていない弁フラップは、好ましくは、長時間の格納の後でクリープを受けていない。
【００７２】
呼気中の流体圧力を受けない時に、可撓性フラップを閉鎖位置に（すなわち、封止面に当たって）保持するのを助けるために、本発明の可撓性フラップは、好ましくは、偏倚される弁で普通に使用される可能性があるものよりも堅い材料で組み立てられる。結果としてのより堅い（しかし依然として可撓性である）フラップは、好ましくは、重力がフラップに及ぼされる（及びフラップを開く流体圧力が作用していない）時、封止面から有意に垂れ下がらない。したがって、その一方向弁は、着用者がその頭を床に向って下方へ曲げてフラップが封止面に向かって偏倚されることがない時を含めていかなる向きにても、フラップが封止面と良好な接触をするように作ることができる。したがって、本発明の可撓性フラップは、弁座の封止面に向けられた有意の事前応力又は偏倚を備えずに、弁のいかなる向きにても封止面と密閉型接触をしてもよい。フラップ上に予め定義された有意の応力又は力が無いので、呼気中にフラップをより容易に開くことができる可能性があり、及びしたがって、呼吸中に弁を操作するのに必要とされる力が低減可能である。
【００７３】
本発明のフラップを組み立てるのに使用される材料は、好ましくは、堅くはあるが、可撓性フラップの作動範囲にわたって弾力的に変形できる材料である。フラップは、フラップ構造がその体積の至る所で実質的に組成上均質である、すなわち、弁フラップには異なる物理特性を呈する２つ以上の層が含まれない、単層構造の形体である。単層フラップは、フラップが本質的に１種の材料だけからなるように、１種の材料だけで構成されてもよい。或いは、フラップには、フラップの組成が（製造による少量の組成上の変動を除いて）均質であるようにフラップ構造の嵩の至る所に分散された、２種以上の異なる材料が含まれてもよい。そのような単層フラップは、例えば米国特許出願公開第２００５／００６１３２７号に記載される多層フラップ構造体とは区別されてもよい。
【００７４】
可撓性フラップに使用される材料の弾性係数が、本発明による可撓性フラップを設計する際の要因であってもよい。上で示されたように、「弾性係数」は、応力／ひずみ曲線の直線部分についての応力対ひずみの比であり、この曲線は、試験試料に軸荷重を付加して荷重及び変形を同時に測定することによって得られる。通常は、試験試料には単一軸に荷重がかけられ、荷重及びひずみは、漸増的又は連続的のいずれかで測定される。本発明で使用される材料についての弾性係数は、標準化されたＡＳＴＭ試験法を用いて得られてもよい。弾性又はヤング率を決定するために用いられるＡＳＴＭ試験法は、標準状態で分析されるべき材料のタイプ又はクラスによって規定されている。構造材料に対する一般的な試験法は、ＡＳＴＭ  Ｅ１１１−９７によりカバーされており、並びに荷重をかけた直後に作り出されるひずみ及び弾性挙動と比較して、クリープを無視できる構造材料に対して使用されてもよい。プラスチックの引張り特性を決定するための標準試験方法が、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−０１に記載されており、並びに非強化及び強化プラスチックを評価する時に使用されてもよい。加硫された熱硬化性ゴム又は熱可塑性エラストマーが本発明での使用のために選択される場合には、これらの材料の引張り特性を評価するのに用いられる手順をカバーする、標準試験方法ＡＳＴＭ  Ｄ４１２−９８ａが使用されてもよい。
【００７５】
曲げ弾性率は、可撓性フラップの層に使用される材料を定義するのに用いられてもよい別の特性である。プラスチックの場合、曲げ弾性率は、標準試験法ＡＳＴＭ  Ｄ７４７−９９に従って決定されてもよい。
【００７６】
弾性率値（Modulus values）は、固有の材料特性を伝えるものであって、正確に比較可能な組成特性を伝えるものではない。これは、異なる部類の材料がフラップに使用される時に、特に当てはまる。異なる部類の材料がフラップに使用される時には、当業者は、材料の組合わせに最も適切な試験法を選定する必要がある。例えば、フラップが、ポリマー（連続相又はマトリックス）中にセラミック粉体（不連続相）を含有する場合、プラスチック部分がフラップの連続相であるならば、プラスチック用のＡＳＴＭ試験法が、より好適な試験方法である可能性がある。
【００７７】
可撓性フラップは、好ましくは約０．７ＭＰａ以上、より好ましくは約０．８ＭＰａ以上、及び潜在的により好ましくは約０．９ＭＰａ以上の弾性係数を有する材料で組み立てられるのが、好ましいことがある。範囲の上端においては、フラップに使用される材料の弾性係数は、約２０ＭＰａ以下、より好ましくは約１５ＭＰａ以下、潜在的により好ましくは約１３ＭＰａ以下であるのが、好ましいことがある。
【００７８】
可撓性フラップの全厚さは、典型的には約２５０マイクロメートル（μｍ）以上、より好ましくは約５００μｍ以上、潜在的により好ましくは約６００μｍ以上であってもよい。範囲の上端においては、フラップの厚さは、約３５００μｍ以下、より好ましくは約３０００μｍ以下、及びより好ましくは約２８００μｍ以下であるのが、好ましいことがある。
【００７９】
弁フラップの弾性係数とその厚さの組合わせが、好ましくは、比較的低い「片持ち曲げ比」（「片持ち曲げ比試験」に関する本明細書の説明を参照）を有する、本発明に関連して使用される弁フラップを提供してもよい。本発明の弁フラップは、可撓性であっても、約０．００５０以下、より好ましくは約０．００２５以下、及び潜在的により好ましくは約０．００１５以下の片持ち曲げ比を呈するのが、好ましいことがある。
【００８０】
米国特許第５，３２５，８９２号及び第５，５０９，４３６号（ジャプンティック（Japuntich）ら）に記載される呼気弁が、濾過フェイスマスクでの使用に優れて機能する、購入可能な呼気弁であると考えられている。しかしながら、本発明の弁は、漏えい率、弁開放圧力の低下、及び様々な流量での弁前後の圧力低下についての、受容可能な性能基準に勝る可能性がある。これらのパラメーターは、以下で説明される「漏えい率試験法」及び「圧力低下試験法」を用いて測定されてもよい。
【００８１】
漏えい率は、中立状態で閉止を維持する弁の能力を測定するパラメーターである。漏えい率試験法は、以下で詳細に説明されるが、一般的には、２．５ｃｍ（１インチ）水柱（２４９Ｐａ）の空気圧差で弁を通過できる空気量を測定する。漏えい率は、２４９Ｐａの圧力において、毎分０〜３０立方センチメートル（ｃｍ３／ｍｉｎ）の範囲であり、より低い数値がより良い封止を表す。本発明の濾過フェイスマスクを使用すると、３０ｃｍ３／ｍｉｎ以下の漏えい率が、本発明に従って達成可能である。好ましくは、１０ｃｍ３／ｍｉｎ未満の漏えい率も、達成されてもよい。
【００８２】
封止面が作成されてもよい潜在的に好適な幾つかの材料の例には、セラミックス、ダイヤモンド、ガラス、ジルコニアのような結晶性の高い材料と、ホウ素、黄銅、マグネシウム合金、ニッケル合金、ステンレス鋼、鋼、チタン、及びタングステンのような材料からの金属／箔とが挙げられる。好適な可能性がある高分子材料には、コポリエステルエーテル、エチレンメチルアクリレートポリマー、ポリウレタン、アクリロニトリル−ブタジエンスチレンポリマー、高密度ポリエチレン、高衝撃ポリスチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリカーボネート、液晶ポリマー、低密度ポリエチレン、メラミン類、ナイロン、ポリアクリレート、ポリアミド−イミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、及びポリフッ化ビニリデンのような熱可塑性樹脂が挙げられる。アシ、紙、並びにブナノキ、シーダー、カエデ、及びトウヒのような木材などの、天然に由来するセルロース材料も有用なことがある。これらの材料のブレンド、混合物、及び組合わせも使用されてもよい。
【００８３】
封止面に対して潜在的に好適であって購入可能な幾つかの材料の例には、次のものが含まれてもよい。
【００８４】
【表１】
2009521273.tif 000003
【００８５】
可撓性フラップは、弾力的なポリマー材料で作成するのが好ましいことがある。用語が本文書で使用されるとき、「ポリマーの」は、規則的又は不規則に配列された繰返しユニットを有する分子である、ポリマーを含んでいることを意味する。そのポリマーは、天然でも合成でもよいが、好ましくは有機である。弾力的ポリマー材料には、エラストマー、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂、並びにプラストマー、又はこれらのブレンドが含まれてもよい。可撓性フラップ中のポリマー材料は、その全体的又は部分的のいずれかで、配向されていても、いなくてもよい。
【００８６】
エラストマーは、熱可塑性エラストマー又は架橋ゴムのいずれかであってもよく、ポリイソプレン、ポリ（スチレン−ブタジエン）ゴム、ポリブタジエン、ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ニトリルゴム、ポリクロロプレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリアクリレートエラストマー、エチレン−アクリルゴム、加硫性フッ素含有エラストマー類、シリコーンゴム、ポリウレタン、エピクロロヒドリンゴム、プロピレンオキシドゴム、ポリスルフィドゴム、ポリホスファゼンゴム、及びラテックスゴムなどのゴム材料、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマーエラストマー、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマーエラストマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーエラストマー、超低密度ポリエチレンエラストマー、コポリエステルエーテルエラストマー、エチレンメチルアクリレートエラストマーエチレンビニルアセテートエラストマー（ethylene methyl acrylate elastomer ethylene vinyl acetate elastomer）、及びポリαオレフィンエラストマー類が挙げられてもよい。これらの材料のブレンド又は混合物も使用されてもよい。上で説明されたものにブレンドされることがある材料には、例えば、ポリマー類、充填剤類、添加物類、安定剤類などが挙げられてもよい。
【００８７】
本発明の可撓性フラップで使用するのに好適な可能性があって購入可能な幾つかのエラストマーポリマー材料の例に次のものがある。
【００８８】
【表２】
2009521273.tif 000004
【００８９】
伸びパーセントは、所与の材料についての応力／ひずみ曲線の平坦化部分に最も良く一致するように選定された。
【００９０】
本発明に関連して使用される可撓性フラップは、例えば、押し出し、電気メッキ、射出成形、鋳造、溶媒コーティング、蒸着など、いずれかの好適なプロセスで作成されてもよい。
【００９１】
次の実施例は、本発明の特定の特徴及び詳細を更に示すために、ここだけの提示として選定された。しかしながら、実施例はこの目的の働きをしているが、特定の詳細、成分、及び他の特徴は、本発明の範囲を過度に限定するように解釈されるべきではないことを明確に理解すべきである。
【００９２】
試験装置、試験方法、及び実施例
流れ設備
弁に関する圧力低下試験が、流れ設備を補助として実施される。流れ設備は、アルミニウム取付けプレート及び固着された空気プレナムを通して、指定された流量の空気を弁に供給する。取付けプレートが、試験中に弁座を受け入れて確実に保持する。アルミニウム取付けプレートは、その上面に浅い窪みを有し、これが弁の基部を受け入れる。窪みの中心にあるのは、１９．３ミリメートル（ｍｍ）の円形開口部であり、これを通って、空気が弁へ流れることができる。接着剤を塗られた発泡材料が窪み内の出っ張りに付着されて、弁とプレートの間に気密封止をもたらしてもよい。重みが付いたクランプが使用されて、弁座の左縁部及び右縁部を捕まえて、アルミニウム取付けに固定する。空気が、半球形状のプレナムを通して取付けプレートに供給される。取付けプレートは、半球の上部すなわち頂部においてプレナムに固着されており、呼吸マスクの空洞形状及び容積を模倣している。半球形状のプレナムは、深さが約３０ｍｍ、及び基部直径が８０ｍｍである。供給ラインからの空気が、プレナムの基部に結び付けられ、及び流れ設備を通して弁へ所望の流量が供給されるように調節される。確立された空気流量に対して、プレナム内の気圧が測定され、試験弁を越える圧力低下を決定する。
【００９３】
片持ち曲げ比
片持ち曲げ試験を用いて、試料がそれ自体の質量で曲がる長さを測定することによって、材料の薄いストリップの剛性を表示した。試験試料は、０．７９４ｃｍ幅の材料ストリップを約５ｃｍ長さに切断することにより調製された。試料が、水平表面の９０度縁部の上をその長さ寸法に平行な方向に滑らされた。材料の１．５ｃｍが縁部を過ぎて延びた後で（延び長さ）、試料の撓みが、ストリップ端における最下方縁から水平表面までの垂直距離として測定された。試料の撓みがその延び長さにより割り算されて、片持ち曲げ比として報告された。１に近い片持ち曲げ比であれば、ゼロに近い片持ち曲げ比よりも高いレベルの可撓性を表す。
【００９４】
漏えい率試験
呼気弁についての漏えい率試験は、一般に、４２米国連邦規制基準（42 CFR）§８２．２０４に記載されているようなものである。この漏えい率試験は、弁座に取り付けられた可撓性フラップを有する弁に好適である。漏えい率試験を実施するに際して、弁座が、２つのポート付き空気チャンバの開口部の間に封止される。２つの空気チャンバは、下側チャンバに導入された圧力空気が弁中を上昇して上側チャンバに流入するように構成される。下側空気チャンバは、試験中に内部圧力を監視できるように装備される。空気流量計が、上側チャンバの出口ポートに取り付けられて、チャンバを通る空気流量を決定する。試験中、弁は、フラップが下側チャンバに面して水平に置かれ、２つのチャンバの間に封止される。下側チャンバが空気ラインにより加圧されて、２つのチャンバの間に２４９Ｐａ（２５ｍｍＨ２Ｏ、２．５ｃｍ（１インチ）Ｈ２Ｏ）の圧力差を引き起こす。この圧力差が試験手順を通して維持される。上側チャンバからの空気流出量が、試験弁の漏えい率として報告される。漏えい率は、２４９Ｐａの気圧差が弁を越えてかけられた時の結果を、毎分リットルでの流量として報告される。
【００９５】
硬さ測定
ナノくぼみ技法を用いて、弁座に使用される材料の硬さを決定した。ナノくぼみ技法により、弁座用途に使用するための未加工材料試料又は弁組立品の一部として組み込まれた時の弁座のどちらをも試験することが可能になった。この試験は、テネシー州オークリッジのナノインスツルメンツ・イノベーションセンター（Nano Instruments Innovation Center 1001 Larson Drive, Oak Ridge TN, 37839）のＭＴＳシステムズ社（MTS Systems Corp.）から入手可能な微小くぼみ装置、ＭＴＳナノＸＰマイクロメカニカル試験機（MTS Nano XP Micromechanical Tester）を使用して実施された。この装置を使用して、６５度の半円錐角（half cone angle）を有するバーコビッチ（Berkovich）角錐ダイヤモンド圧子の押し込み深さが、最大荷重までの付加力の関数として測定された。公称負荷速度は、４０％の表面接近感度及び最大０．８ｎｍ／ｓに設定された空間ドリフト設定点で、毎秒１０ナノメートル（ｎｍ／ｓ）であった。溶融シリカ較正標準を除き全ての試験について、一定ひずみ速度試験が深さ５，０００ｎｍまで使用され、溶融シリカの場合、一定ひずみ速度が最終荷重１００，０００マイクロニュートンまで使用された。ひずみ速度、調和（harmonic）変位、及びポアソン比についての目標値は、それぞれ０．０５ｓ−１、４５Ｈｚ、及び０．４であった。試験試料をホルダーに固定して、試験すべき対象表面が、装置のビデオスクリーンを通す包括的な視野から位置決めされた。試験装置の１００倍のビデオ倍率で試験領域を局所的に選定して、試験された領域が、所望のサンプル材料の代表である、すなわち、空隙、介在物、又はくずが無いことを確実にした。試験手順の中で、各試験実施に対する「証人」として、溶融石英標準について１回の試験が実施される。繰返し方法による試験の前に、顕微鏡光学軸と圧子軸の間の軸整列が、溶融石英標準に試験窪みが作られた場所で、チェック及び較正され、試験装置内のソフトウエアによる誤差修正がなされた。試験システムは、連続剛性測定（Continuous Stiffness Measurement：CSM）モードで操作された。メガパスカル（ＭＰａ）で報告される硬さは、試料の塑性流動の開始についての閾値接触応力として定義され、次のように与えられる。
【００９６】
【数１】
2009521273.tif 000005
Ｈ＝硬さ
Ｐ＝荷重
Ａ＝接触面積
（実施例１）
可撓性フラップが、ニトリルゴムのシート（厚さ１．９６９ｍｍ、６０ショアＡ硬さ）から、そのシートをダイカットすることによって形成され、半円形端部を有する矩形部分（図１品目２２参照）が作り出された。ダイカットフラップの全長は、半円形端部を含めて、約３．１ｃｍであり、フラップの幅は、約２．３ｃｍであった。フラップの半円形端部は、平面区分では、１．２７ｃｍの半径を有した。
【００９７】
本明細書で説明される片持ち曲げ比試験により測定した時、フラップは、２．１４ｃｍの延び長さ（Ｌ）で２５．４マイクロメートルの撓み（ｄ）を呈し、０．００１１のｄ／Ｌ比が得られた。
【００９８】
このフラップを組み込んだ弁の漏えい率性能を評価するために、長さが０．９５５ｃｍ及び幅がフラップ幅と同一の広がりを持つフラップ押え付け体を使用して、フラップの矩形端部を弁本体の弁座に固定した。弁本体は、側面から見る時、平ら又は平面状の弁座を有した。
【００９９】
弁座の形状は、米国特許第５，３２５，８９２号及び第５，５０９，４３６号（ジャプンティック（Japuntich）ら）に一般的に記載される弁座の変形版である。これは、側面から見る時に弁座が平らであって湾曲していないことを除いて、ミネソタ州セントポール（St. Paul, MN）の３Ｍ社（3M Company）から入手できる、購入可能なフェイスマスク・モデル８５１１に採用されている弁本体中で使用されるものに類似である。弁本体は、弁座中に配置された３．０平方センチメートル（ｃｍ２）の円形開口部を有し、開口面積が２．６４ｃｍ２であった。弁を評価に向けて組み立てるために、弁フラップが、約５．６５ミリメートル（ｍｍ）長さのフラップ保持面に、フラップの後部からその自由端部に向かって０．９５５ｃｍの距離を延びる、及び約２５ｍｍの距離で弁座を横断するフラップ押え付け体を使用してクランプされた。湾曲する封止隆起部は、約０．５１ｍｍの幅を有した。可撓性フラップは、弁がどのように向けられようとも、中立状態で封止隆起部に当接する関係のままであった。弁カバーは、弁座に取り付けられなかった。
【０１００】
本明細書で説明される漏えい率試験により試験した時、弁は、毎分７．５立方センチメートル（ｃｃ／ｍｉｎ）の漏えい率を呈した。
【０１０１】
先に引用された全ての特許、特許出願、及びその他の文献は、背景技術部分のものを含めて、参考として全体を本文書に組み入れる。
【０１０２】
本発明は、本文書において具体的な記述の無いいずれかの要素が無くても、適切に実施されることがある。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に関連して使用されてもよい、濾過フェイスマスク１０の正面図。
【図２】図１のマスク本体１２の部分的な断面図。
【図３】図１の線３−３に沿って見る、呼気弁１４の断面図。
【図４】本発明との組み合わせで使用されてもよい、弁座２０の正面図。
【図５】呼気弁を保護するために使用されてもよい、弁カバー５０の斜視図。
【図１】
2009521273.tif 000006
【図２】
2009521273.tif 000007
【図３】
2009521273.tif 000008
【図４】
2009521273.tif 000009
【図５】
2009521273.tif 000010
【国際調査報告】
2009521273.tif 000011
2009521273.tif 000012