(57)【要約】  呼気弁とかかる呼気弁を含む濾過フェイスマスクとのさまざまな実施形態が開示されている。呼気弁は、弁座と、弁座のシール面とオリフィスを覆って配置された弁フラップと、を含むことができる。流体が弁座を通って流れることを防止するように呼気弁が閉構成に配置されたとき、弁フラップは弁座のシール面に対してシールされるようになっている。弁座のオリフィスは、弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に円形の形状を備えることができる。更に、シール面はオリフィスに外接することができ、弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に非円形の形状を備えることができる。
2019530499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座であって、第１主面と、第２主面と、前記弁座の前記第１主面と前記第２主面との間に配置されたオリフィスと、前記弁座の第１端部と第２端部との間に延びる弁座軸線と、を含み、前記オリフィスは、前記弁座の前記第１主面によって画定される平面内に実質的に円形の形状を含み、前記弁座は、前記弁座の前記第１主面上にそれぞれ配置されたシール面及びフラップ保持面を更に含み、前記シール面は、前記オリフィスを囲み、かつ前記弁座の前記第１主面によって画定される前記平面内に実質的に非円形の形状を含む、弁座と、
前記シール面と前記オリフィスを覆って配置され、かつ、前記フラップ保持面に接続された第１端部を備える、弁フラップであって、流体が前記弁座を通って流れることを防止するように前記呼気弁が閉構成に配置されているときに、前記弁フラップは前記弁座の前記シール面に対してシールされるようになっており、流体が前記弁座を通って流れることができるように前記呼気弁が開構成に配置されているときに、前記弁フラップの第２端部は前記シール面から離れるようになっており、更に、前記呼気弁が前記閉構成に配置されているときに、前記弁フラップは、前記弁座の前記第１主面に直交する平面内に湾曲形状を含む、弁フラップとを備える呼気弁。
【請求項２】
前記フラップ保持面は、前記弁座の前記第１端部に隣接して配置されている、請求項１に記載の呼気弁。
【請求項３】
前記シール面は、台形部分と前記台形部分に接続された楕円形部分とを含み、前記楕円形部分は、前記フラップ保持面に隣接して配置されている、請求項１又は２に記載の呼気弁。
【請求項４】
前記呼気弁が前記閉構成に配置されているときに、前記弁フラップの前記第２端部が前記シール面の前記台形部分に対してシールされる、請求項３に記載の呼気弁。
【請求項５】
前記弁座軸線に直交する方向に沿って測定したときに、前記弁フラップの前記第１端部の幅が前記弁フラップの前記第２端部の幅より小さい、請求項４に記載の呼気弁。
【請求項６】
前記フラップ保持面は、前記弁座軸線と０°より大きい角度を形成する第１平面内に実質的に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項７】
前記弁座に接続され、前記弁フラップと前記弁座の前記第１主面の少なくとも一部分とを覆って配置されるようになっている弁カバーを更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項８】
前記呼気弁が前記開構成に配置されているときに、前記弁カバーは、前記オリフィスと流体連通する開口部を備える、請求項７に記載の呼気弁。
【請求項９】
前記オリフィスは前記弁座の前記第１主面によって画定される前記平面内に第１領域を含み、前記シール面は前記第１主面によって画定される前記平面内に第２領域を含み、前記第１領域は前記第２領域より小さい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項１０】
前記オリフィスの周辺部は、前記弁座の前記第１主面に沿って測定したときに、０．５ｃｍ以下の距離で前記シール面から離れている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項１１】
前記オリフィスの前記周辺部の一部分は、前記弁座の前記第１主面に沿って測定したときに、０．１ｃｍに等しい距離で前記シール面の一部分から離れている、請求項１０に記載の呼気弁。
【請求項１２】
前記弁座の前記第１主面によって画定される前記平面内で測定したときに、前記オリフィスの周辺部の７５％以下が前記シール面と一致する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項１３】
前記弁座の前記第１主面によって画定される前記平面内で測定したときに、前記オリフィスの前記周辺部の２５％以下が前記シール面と一致する、請求項１２に記載の呼気弁。
【請求項１４】
前記シール面は、前記弁座の前記第１主面に直交する平面内で凹状を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項１５】
前記シール面は、前記弁座の前記第１主面に垂直な方向に測定したときに、一定でない高さを備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項１６】
前記フラップ保持面に隣接した前記シール面の第１部分の高さは、前記シール面の第１端部と第２端部との間に配置された前記シール面の第２部分の高さより大きく、前記シール面の前記第１端部は前記弁座の前記第１端部に隣接し、前記シール面の前記第２端部は前記弁座の前記第２端部に隣接している、請求項１５に記載の呼気弁。
【請求項１７】
前記弁フラップは、２つ以上の層を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項１８】
前記弁フラップはエラストマーコーティングを更に含む、請求項１７に記載の呼気弁。
【請求項１９】
前記弁フラップは、多層光学フィルムを含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項２０】
前記弁フラップは、前記弁座の前記第１主面によって画定される前記平面内の前記シール面の前記形状に対応する、前記弁座の前記第１主面によって画定される前記平面内の形状を含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の呼気弁。
【請求項２１】
着用時に内部気体空間を形成するように着用者の少なくとも鼻及び口を覆ってフィットするようになっているマスク本体と、
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の呼気弁であって、前記内部気体空間と流体連通する、呼気弁とを備える濾過フェイスマスク。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
汚染された環境で働く人々は、一般的に空気中の汚染物質の吸入から身を守るために、濾過フェイスマスクを着用する。かかる濾過フェイスマスクは、典型的には、空気から粒子状及び／又はガス状の汚染物質を除去することができる繊維状又は収着剤のフィルタを有する。汚染された環境でフェイスマスクを着用するとき、着用者は濾過された空気を吸い込んでいると認識して安心するが、顔面の周りに蓄積する暖かく湿った呼気によって同時に不快になる恐れがある。
【０００２】
快適性を向上させるために、濾過フェイスマスクの製造業者は、しばしば、フェイスマスクのマスク本体に呼気弁を取り付けることによって、暖かく湿った呼気をマスクの内部から迅速にパージすることができる。呼気を急速に除去すれば、マスク内部は涼しくなり、マスク内の湿気の蓄積を防止するのに役立つことができる。
【０００３】
呼吸用マスクの販売製造業者は、呼気がマスクの内部からパージされることを可能にするために、マスク上に「ボタン型」呼気弁を設置している。ボタン型弁は通常、呼気をマスク内部から逃がす動的機械要素として薄い円形の可撓性フラップを使用している。フラップは、中央の支柱によって弁座の中央に取り付けられている。ボタン型弁の例は、例えば、米国特許第２，０７２，５１６号、同第２，２３０，７７０号、同第２，８９５，４７２号、同第４，６３０，６０４号に記載されている。人が息を吐き出すと、フラップの周辺部分を弁座から持ち上げて、空気をマスク内部から排出することができる。
【０００４】
ボタン型弁は、着用者の快適性を向上する試みにおいて進歩を示してきたが、研究者らは他の改良を行い、その一例がＢｒａｕｎへの米国特許第４，９３４，３６２号に記載されている。この特許に記載された弁は放物線状の弁座と細長い可撓性フラップを使用している。ボタン型弁と同様に、Ｂｒａｕｎの弁はまた、呼気の間に、シール面から持ち上がって呼気をマスク内部から排出することができるフラップエッジ部分を含む中央に取り付けられたフラップを有する。
【０００５】
Ｂｒａｕｎの開発の後、Ｊａｐｕｎｔｉｃｈらによる呼気弁の技術において別の革新がなされた。例えば、米国特許第５，３２５，８９２号、及び同第５，５０９，４３６号を参照されたい。Ｊａｐｕｎｔｉｃｈらは、弁を開くのに必要な呼気圧力を最小限にするために片持ち式に偏心して取り付けられた単一の可撓性フラップを使用している。弁開放圧力が最小化されると、弁を動作させるのに必要な力が少なく、これは呼吸時に着用者が呼気をマスク内部から吐き出すための労力がそれほど必要ではないことを意味する。
【０００６】
Ｊａｐｕｎｔｉｃｈらの弁の後に導入された他の弁はまた、中央に取り付けられていない片持ち可撓性フラップを使用している。例えば、米国特許第５，６８７，７６７号及び同第６，０４７，６９８号を参照されたい。この種の構造を有する弁は、「フラッパ型」呼気弁と呼ばれることがある。
【発明の概要】
【０００７】
概して、本開示は、呼気弁及びかかる呼気弁を含む濾過フェイスマスクのさまざまな実施形態を提供する。呼気弁は、シール面と実質的に円形のオリフィスとを含む弁座と、シール面と実質的に円形のオリフィスとを覆って配置された弁フラップと、を備えることができる。１つ以上の実施形態では、シール面はオリフィスに外接し、弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に非円形の形状を備える。更に、１つ以上の実施形態では、シール面によって囲まれた領域は、オリフィスによって囲まれた領域より大きくすることができる。
【０００８】
一態様では、本開示は呼気弁を提供する。この弁は、第１主面と、第２主面と、弁座の第１主面と第２主面との間に配置されたオリフィスと、弁座の第１端部と第２端部との間に延びる弁座軸線と、を含む弁座を備えている。オリフィスは、弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に円形の形状を備える。弁座は更に、弁座の第１主面上にそれぞれ配置されたシール面及びフラップ保持面を含み、シール面は，オリフィスを囲み、かつ弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に非円形の形状を備える。呼気弁は、シール面とオリフィスを覆って配置された弁フラップを更に含み、弁フラップはフラップ保持面に接続された第１端部を含む。流体が弁座を通って流れることを防止するように呼気弁が閉構成に配置されているときに、弁フラップは弁座のシール面に対してシールされるようになっている。流体が弁座を通って流れることができるように呼気弁が開構成に配置されているときに、弁フラップの第２端部はシール面から離れるようになっている。呼気弁が閉構成に配置されているとき、弁フラップは、弁座の第１主面に直交する平面内に湾曲形状を備える。
【０００９】
別の態様では、本開示は、濾過フェイスマスクを提供する。この濾過フェイスマスクは、着用時に内部気体空間を形成するように着用者の少なくとも鼻と口を覆ってフィットするようになっているマスク本体を備える。フェイスマスクはまた、フェイスマスクの内部気体空間と流体連通する呼気弁も含む。この呼気弁は、第１主面と、第２主面と、弁座の第１主面と第２主面との間に設けられたオリフィスと、弁座の第１端部と第２端部との間に延びる弁座軸線と、を含む弁座を備えている。このオリフィスは、弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に円形の形状を備える。弁座は更に、弁座の第１主面上にそれぞれ配置されたシール面及びフラップ保持面を含むが、このシール面はオリフィスを囲み、かつ弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に非円形の形状を備える。呼気弁は、シール面及びオリフィスを覆って配置された弁フラップを更に含み、この弁フラップはフラップ保持面に接続された第１端部を含む。流体が弁座を通って流れることを防止するように呼気弁が閉構成に配置されているときに、弁フラップは弁座のシール面に対してシールされるようになっている。流体が弁座を通って流れることができるように呼気弁が開構成に配置されているときに、弁フラップの第２端部はシール面から離れるようになっている。呼気弁が閉構成に配置されているときに、弁フラップは、弁座の第１主面に直交する平面内に湾曲形状を備える。
【００１０】
本明細書に記載される全ての見出しは、読み手の便宜のためであり、特に断らない限り、見出しに続く文面の意味を限定するために使用されてはならない。
【００１１】
用語「含む（comprises）」及びその変化形は、これらの用語が本明細書及び特許請求の範囲に現れる場合、限定的な意味を有するものではない。かかる用語は、記載されたある１つの工程若しくは要素、又は複数の工程若しくは要素の群が包含されることを意味し、いかなる他の工程若しくは要素、又は複数の他の工程若しくは要素の群も排除されないことを意味するものと理解されたい。
【００１２】
本出願では、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」等の用語は、単一の実体のみを指すことを意図するものではなく、例示のために具体的な例を使用することが可能な、一般的な部類を含むことを意図するものである。用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、用語「少なくとも１つ」と互換的に使用される。列挙が後に続く「のうちの少なくとも１つ（at least one of）」及び「のうちの少なくとも１つを含む（comprises at least one of）」という語句は、列挙内の項目のうちの任意の１つ、及び、列挙内の２つ以上の項目のうちの任意の組み合わせを指す。
【００１３】
列挙が後に続く「のうちの少なくとも１つ（at least one of）」及び「のうちの少なくとも１つを含む（comprises at least one of）」という語句は、列挙内の項目のうちの任意の１つ、及び、列挙内の２つ以上の項目のうちの任意の組み合わせを指す。
【００１４】
本明細書で使用するとき、用語「又は」は、内容がそうでない旨を特に明示しない限り、概して「及び／又は」を含む通常の意味で使用される。
【００１５】
用語「及び／又は」は、列挙された要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の２つ以上の要素の組み合わせを意味する。
【００１６】
本明細書で、測定量に関して使用する場合、用語「約」は、当業者が測定を行い、測定の目的にふさわしい程度の注意を払ったことと、使用された測定機器の精度と、によって予測され得る測定量のばらつきを指す。本明細書において、「最大」数字（“up to”a number）（例えば、最大５０（up to 50））は、その数（例えば、５０）を含む。
【００１７】
また、本明細書では、端点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含される全ての数並びにその端点を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む）。
【００１８】
用語集
本明細書に記載のさまざまな実施形態を説明するために使用される用語は以下の意味を有する。
「閉構成」とは、流体が弁座を通って流れることができないように弁フラップがシール面と完全に接触している位置を意味する。
「汚染物質」とは、粒子、及び／又は一般に粒子（例えば、有機蒸気等）とは見なされ得ないが、空気中に浮遊し得る他の物質を意味する。
「呼気」とは、濾過フェイスマスク着用者によって吐き出された空気である。
「呼気流」とは、呼気の間に呼気弁のオリフィスを通過する流体の流れを意味する。
「呼気弁」とは、弁がマスク上又はマスクを通して動作可能に配置されているときに、流体が濾過フェイスマスクの内部気体空間から流出できるように、濾過フェイスマスク上での使用に適合した弁を意味する。
「外部気体空間」とは、吐き出された気体が呼気弁を通過してそれらを超えた後に入る周囲大気気体空間を意味する。
「濾過された空気」とは、汚染物質を除去又は低減するために濾過又は浄化された、ある量の空気又は酸素を意味する。
「濾過フェイスマスク」とは、少なくとも着用者の鼻と口を覆い、濾過された空気を着用者に供給することができる呼吸保護デバイス（ハーフ及びフルフェイスマスク及びフードを含む）を意味する。
「可撓性フラップ」とは、動く流体から印加される力に応答して曲がるか又は屈曲することができるシート状の物品を意味し、この動く流体は、呼気弁の場合には呼気流であり、吸入弁の場合には吸入流である。
「流体連通」とは、弁が開放構成にあるときに呼気流が濾過フェイスマスクの内部気体空間から呼気弁のオリフィスを通って流出することができることを意味する。
「吸入フィルタ要素」とは、空気が濾過フェイスマスクの着用者によって吸入される前にそこを通過し、これによって汚染物質及び／又は粒子を除去することができる、流体透過性構造を意味する。
「吸入流」とは、吸入の間に吸入弁のオリフィスを通過する空気又は酸素の流れを意味する。
「吸入弁」とは、流体が濾過フェイスマスクの内部気体空間に入ることを可能にするために開く弁を意味する。
「内部気体空間」とは、マスク本体と着用者の顔面との間の空間を意味する。
「マスク本体」とは、着用者の少なくとも鼻と口を覆ってフィットすることができ、外部気体空間から分離された内部気体空間を画定するのを助ける構造を意味する。
「粒子」とは、空気中に浮遊することができる任意の液体及び／又は固体の物質、例えば病原体、細菌、ウイルス、粘液、唾液、血液などを意味する。
「シール面」とは、弁が閉構成にあるときに弁フラップと接触する面を意味する。
「一方向性流体弁」とは、流体が一方向には通過することができるが、他方向には通過することができない弁を意味する。
【００１９】
本開示のこれら及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになろう。しかし、いかなる場合にも、上記の発明の概要が、請求された主題に対する限定として解釈されるべきではなく、その主題は、出願審査の間に修正され得るように、添付の特許請求の範囲によってのみ画定される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本明細書の全体を通じて添付の図面を参照するが、図中、同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【００２１】
【図１】呼気弁を含む濾過フェイスマスクの一実施形態の概略斜視図である。
【図２】図１の濾過フェイスマスクのマスク本体の一部の概略断面図である。
【図３】呼気弁が閉構成に配置された状態の、図１の呼気弁の概略断面図である。
【図４】呼気弁が開構成に配置された状態の、図１の呼気弁の概略断面図である。
【図５】図１の呼気弁の弁座の概略斜視図である。
【図６】図５の弁座の第１主面の概略平面図である。
【図７】図４の弁座の第２主面の概略平面図である。
【図８】図１の呼気弁の弁フラップの概略平面図である。
【図９】図１の呼気弁のカバーの概略平面図である。
【図１０】典型的な呼気弁を横切る差圧対その弁を通る体積空気流量のグラフである。
【図１１】グラフの第２領域にフィットした線を有する図１０のグラフである。
【図１２】呼気弁を含まない典型的な呼吸マスクを横切る差圧対呼吸マスクを通る体積空気流量のグラフである。
【図１３】呼気弁を含む典型的な呼吸マスクを横切る差圧対呼吸マスクを通る体積空気流量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
概して、本開示は、呼気弁及びかかる呼気弁を含む濾過フェイスマスクのさまざまな実施形態を提供する。呼気弁は、シール面と実質的に円形のオリフィスとを含む弁座と、シール面と実質的に円形のオリフィスとを覆って配置された弁フラップと、を備えることができる。１つ以上の実施形態では、シール面はオリフィスに外接し、弁座の第１主面によって画定される平面内に実質的に非円形の形状を備える。更に、１つ以上の実施形態では、シール面によって囲まれた領域は、オリフィスによって囲まれた領域より大きくすることができる。
【００２３】
１つ以上の実施形態では、シール面によって囲まれた領域は、オリフィスによって囲まれた領域より大きい。１つ以上の実施形態では、シール面の、非円形の形状と共にこのより大きな領域によれば、呼気弁を開くため、及び呼気の間に弁を通る流体の流量を最大にするために必要な圧力差を最小にすることができる。更に、１つ以上の実施形態では、シール面は、弁座の第１主面に平行な平面と同一平面上になくてもよい。シール面のこの三次元形状は、流体の流れが生じないとき、及び呼気弁が任意の向きにあるときに弁が閉じた状態となるために、弁フラップをシール面に押し付けるのに十分な力を提供するように設計することができる。
【００２４】
更に、本明細書に記載の呼気弁のさまざまな実施形態のシール面は、片持ち弁フラップの固定端から、オリフィスの周辺部よりも更に延びることができる。１つ以上の実施形態では、シール面が弁フラップの固定端から遠くに延びるほど、弁フラップに作用する呼気流の力のモーメントアームが大きくなる。このより大きなモーメントアームによって、より低い開放差圧を得ることができる。１つ以上の実施形態では、かかる構成によれば、弁が開くと、より大きな流量を得ることができる。更に、１つ以上の実施形態では、弁フラップの固定端から最も離れたシール面の部分の形状は、弁フラップの固定端から最も離れたシール面の大きさを最大にすることによって弁フラップのモーメントアームを増加させることができる直線部分を含むことができる。
【００２５】
１つ以上の実施形態では、オリフィスは円形の形状を備えることができ、これは、説明した呼気弁を含む呼吸マスクを製造するときに有益となることがある。例えば、円形オリフィスは、弁と呼吸マスクとの間のわずかな角度のずれがそれほど目立たず、流路の閉塞を生じないであろうため、呼吸マスク上で弁を位置決めするのに役立つことができる。更に、円形オリフィスは、呼吸マスクの打ち抜き、切断、及び形成のために円形工具を使用することができ、１つ以上の実施形態では、呼吸マスクへの弁の取り付けを助けることができる。かかる円形治工具によれば、取り付け及び交換中に角度の位置合わせを不要にすることができるので、それによって、治工具のメンテナンスがより効率的になり、そして間違いが起こりにくくなる。
【００２６】
本明細書に記載のかかる弁を含む呼気弁及びフェイスマスクの１つ以上の実施形態によって、着用者の快適性が向上し、それに付随して、着用者が汚染環境でそのマスクを継続的に着用する可能性が高くなる。更に、本明細書に記載の１つ以上の実施形態によれば、作業者の安全性が向上し、かかる個人用呼吸保護デバイスを着用する作業者及びその他の者に更に快適な着用を提供することによって、長期的な健康上の利益をもたらすことができる。
【００２７】
使い捨て濾過フェイスマスクに呼気弁を含めることには、主に２つの利点がある。第一に、呼気弁は、フェイスマスクの濾材を通してフェイスマスクから排出する必要のある暖かく湿った呼気の量を著しく低減することができる。第二に、呼気弁はフェイスマスクを通して息を吐き出すのに必要な労力を低減することができる。
【００２８】
呼気を換気すれば、フェイスマスク内部の平均温度及び湿度を下げることによって、着用者の快適性を向上することができる。呼気の全てが濾材を通って呼吸マスクから流出すると、呼気中の熱及び湿気の一部はフェイスマスクの濾材に蓄積され、その後次の吸気に導入される可能性がある。フェイスマスクの外部に直接排出される呼気中の熱や湿気は、フェイスマスクの濾材に蓄積されず、吸気の加温や加湿には寄与しない。
【００２９】
フェイスマスクの濾材を通して息を吐き出すのに必要な圧力は、呼吸数及びフェイスマスクの設計に応じて、５ｍｍＨ２Ｏ未満から２０ｍｍＨ２Ｏを超えるまで変動する可能性がある。呼気弁は、呼気のための追加の流路を設けることによって、フェイスマスクを通して吐き出すのに必要な圧力を著しく低減することができる。
【００３０】
フェイスマスクに使用される呼気弁は、呼気の間に開いて吸気の間に閉じる逆止弁として動作することができる。呼気弁の状態、即ちそれが開いているか閉じているかは、フェイスマスクの内側と外側との間の圧力差によって決まる。
【００３１】
呼気弁を通って排出される呼気の量を最大にするためには、弁は低い印加圧力で開き、またフェイスマスクの濾材よりも低い流れ抵抗を示さなければならない。１つ以上の実施形態では、フェイスマスク内の又はフェイスマスクを通る空気流がないとき、弁は、弁のあらゆる方向で閉じた状態にしなければならない。弁を閉じた状態に保つために、フェイスマスクを通る空気流がないとき、通常フラップをシール面に押し付ける正味の力を発生させるように、弁フラップを弁内に配置する。
【００３２】
図１０は、例示的な呼気弁を横切る差圧対その弁を通る体積空気流量のグラフである。グラフの曲線１０１は、弁を通る流量が変化するときの呼気弁を横切る差圧の典型的な挙動を示す。このグラフは、弁の異なる動作モードに基づいて、３つの領域に分割される。
【００３３】
第１領域１００では、弁の弁フラップは、シール面から、部分的に、持ち上がっているか又は離れている。この領域１００では、弁フラップが主としてシール面によって支持されているときに、弁を通る少ない空気流が生じる。
【００３４】
弁フラップがシール面から完全に持ち上がっているか又は離れている第２領域１０２では、フラップが主に空気流によって支持されているときに、弁を通る適度な空気流が生じる。弁フラップの部分はまた、シール面によっても支持されてよいが、空気流によって支持されるよりもその程度はずっと少ない。この第２領域１０２では、シール面から離れる方向への弁フラップの動きは、弁キャップ又はカバーなどの弁本体構造によって制限されない。
【００３５】
弁フラップがシール面から完全に持ち上がっているか又は離れていて、完全に撓んでいる第３領域１０４では、フラップが空気流によって支持されて、シール面から離れる方向へのフラップの動きが、弁キャップやカバーなどの弁本体構造によって制限されるときに、弁を通る大きな空気流が生じる。
【００３６】
多くの使い捨て呼吸マスクの弁では、図１０に示すグラフの第２領域１０２の形状は、ほぼ直線的である。これらの場合、図１１に示されるように、第２領域１０２は、直線１０６によって近似することができる。この直線１０６は、線形回帰などの適切な方法によって画定することができる。フィットした直線１０６がｙ軸と交差する点に対応する（即ち、体積流量０に対応する）差圧の値は、弁フラップをシール面から持ち上げるのに必要な近似差圧、即ち開放差圧として考えることができる。フィットした直線１０６の勾配は、呼気弁の線形流動抵抗に相当する。この線形流動抵抗は、呼気弁を通る流量の増加から生じる差圧の増加を示すことができる。
【００３７】
１つ以上の実施形態では、呼吸マスクの呼気弁は、汚染物質が呼吸マスクの中へ漏れて入るのを防ぐために、吸入の間は閉じた状態になり、流れが存在しないで非常に少ない吸入流量のときには、閉じた状態を保たなければならない。「流れがない」状況下で、呼気弁があらゆる方向に閉じた状態であることを確実にするために、呼気弁の弁フラップは、１つ以上の実施形態では、シール面にそれを押し付ける正味の力を有することができる。結果として、呼気弁は、弁開放圧力降下がゼロの呼気弁を有することは望ましくないであろうから、有限の開放圧力降下を有してもよい。
【００３８】
弁フラップの自由側（即ち、シール面とは反対側のフラップの側又は面）が下を向いているときに呼気弁が閉じた状態であることを確実にするために、フラップをシール面に押し付け続ける正味の力は、フラップにかかる重力に打ち勝つのに十分でなければならない。結果として、いくつかの実施形態では、軽量弁フラップを使用することに利点があり得る。軽量フラップは、ポリマーフィルムなどの薄くて硬い材料を使用することによって、達成することができる（例えば、米国特許第７，５０３，３２６号及び同第７，１８８，６２２号参照）。
【００３９】
図１２は、呼気弁を含まない典型的なフェイスマスクについての差圧と流量との間の典型的な関係を示すグラフである。フェイスマスクの通常の使用において生じるであろう流量の全範囲に対して、空気流量と差圧との間に線形関係が存在する可能性があり、その結果得られる線１０８は、ゼロ流量及びゼロ差圧に対応する点でｙ軸と交差する。この線１０８は、フェイスマスクの濾材及び他の通気可能な層の線形流動抵抗を表す。
【００４０】
呼気弁を含むフェイスマスクを通した呼気の間に、フェイスマスクの通気可能な層と弁とについて、同じ又は類似の差圧が存在する可能性がある。例えば、図１３は、呼気弁を含む典型的な呼吸マスクを横切る差圧対呼吸マスクを通る体積空気流量のグラフである。総呼気流１１２は、呼気弁を通る流れとフェイスマスクの通気可能な層を通る流れとの合計である。少ない呼気流量から生じる低い差圧では、差圧が弁開放圧力降下よりも低い場合、ほとんど又は全く流れが弁を通過しない。呼気流量１１０を下回ると、非常に少量の呼気しか呼気弁を通って流出しない。
【００４１】
１つ以上の実施形態では、弁の圧力／流量の関係の線形部分において、可能な限り最小の開放圧力降下及び最小の勾配を備えた呼吸マスク呼気弁を有することが有益であろう。この結果、弁を通る最大量の呼気流を得ることができ、それによって、フェイスマスク着用者にとって快適性が増大する。
【００４２】
図１は、濾過フェイスマスク１０の一実施形態の概略斜視図である。濾過フェイスマスク１０はカップ形マスク本体１２を備え、その上に呼気弁３０が取り付けられている。弁３０は、例えば、Ｗｉｌｌｉａｍｓらへの米国特許第６，１２５，８４９号、又はＣｕｒｒａｎらへの国際公開第２００１／２８６３４号に記載された技術を含む任意の好適な技術を使用して、マスク本体に取り付けることができる。呼気弁３０は、マスク１０内の圧力の増加に応答して開くが、かかる圧力の増加は着用者が息を吐くときに生じるものである。１つ以上の実施形態では、呼気弁３０は、呼吸と呼吸の間及び吸入中は閉じた状態である。
【００４３】
マスク本体１２は、着用者の顔面とマスク本体の内面との間に内部気体空間又は空隙を形成するために、着用者の顔面に対して離れた関係で着用者の鼻及び口にフィットするようになっている。マスク本体１２は、流体透過性とすることができ、典型的には、呼気がマスク本体１２を通過することなく内部気体空間から出て行くことができるように、呼気弁３０がマスク本体１２に取り付けられた場所に、開口部（図示せず）を備えている。弁３０のために設けられた開口部は、マスク本体１２上の任意の好適な場所に設けることができる。１つ以上の実施形態では、開口部は、マスク１０が着用されているときに着用者の口がある場所のすぐ前に設けられる。この位置に開口部、したがって呼気弁３０を配置すれば、マスク１０の着用者により発生した呼気圧力に応答して弁がより容易に開くことができる。１つ以上の実施形態では、マスク本体１２の本質的に全体の露出面は、吸入空気に対して流体透過性がある。
【００４４】
アルミニウムなどの柔軟な金属製の極軟質バンド（dead soft band）を含むノーズクリップ１６をマスク本体１２に設けて、フェイスマスク１０を着用者の鼻の上に所望のフィット関係で保持するように成形することができる。任意の好適なノーズクリップ１６、例えば、Ｃａｓｔｉｇｌｉｏｎｅへの米国特許第５，５５８，０８９号及び米国意匠特許第４１２，５７３号に記載されたノーズクリップは、呼吸マスク１０に使用することができる。
【００４５】
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（Ｄｙｒｕｄらへの米国特許第４，８０７，６１９号も参照）、あるいは、所望に応じて他の形状をとることができる。例えば、マスク本体１２は、Ｊａｐｕｎｔｉｃｈへの米国特許第４，８２７，９２４号に開示されたフェイスマスクのような構造を有するカップ形状のマスクとすることができる。呼吸マスク１０はまた、使用されていないときは平らに折り畳むことができるが、着用するとカップ形状に開くことができる３パネル構成を有することができる。例えば、Ｂｏｓｔｏｃｋらへの米国特許第６，１２３，０７７号、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎらへの米国意匠特許第４３１，６４７号、及びＢｒｙａｎｔらへの米国意匠特許第４２４，６８８号を参照されたい。本開示の呼吸マスクはまた、例えば、Ｃｈｅｎへの米国意匠特許第４４３，９２７号に開示された平らな二つ折りマスクなどの多くの他の構成をとることもできる。マスク本体１２はまた、流体不透過性であり、Ｂｕｒｎｓらへの米国特許第５，０６２，４２１号に記載されたマスクのように、マスク本体に取り付けられたフィルタカートリッジを有することができる。更に、マスク本体１２は、今説明した負圧マスクではなく、正圧空気吸入孔と共に使用するようにすることもできる。陽圧マスクの例は、例えば、Ｇｒａｎｎｉｓらへの米国特許第５，９２４，４２０号、Ｂｒａｕｎらへの同第４，７９０，３０６号に記載されている。呼吸マスク１０のマスク本体１２は、例えば米国特許第５，０３５，２３９号及び同第４，９７１，０５２号に開示されたように、着用者に濾過された空気を供給する自給式呼吸装置に接続することもできる。マスク本体１２は、着用者の鼻と口を覆う（「ハーフマスク」と呼ばれる）だけでなく、目も覆って（「フルフェイスマスク」と呼ばれる）着用者の視覚並びに着用者の呼吸器系の保護を提供するように構成することができる。例えば、Ｒｅｉｓｃｈｅｌらへの米国特許第５，９２４，４２０号を参照されたい。マスク本体１２は、着用者の顔面から離してもよく、又はそれと同一平面上に又は近接して存在してもよい。いずれの場合も、マスク１０は、呼気弁３０を通してマスク内部から出て行く前に呼気が通過する内部気体空間を画定するのを助ける。マスク本体１２はまた、その周辺部にサーモクロミックのフィット表示シールを有することによって、適切なフィットが確立されたかどうかを着用者が容易に確認することができる。Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔらへの米国特許第５，６１７，８４９号を参照されたい。
【００４６】
フェイスマスク１０を着用者の顔面にぴったりと保持するために、マスク本体１２は、ストラップ１５、結び紐などのハーネス、又はマスクを着用者の顔面に支持するためにマスクに取り付けられた任意の他の好適なデバイスを備えることができる。好適であり得るマスクハーネスの例は、例えば、Ｂｒｏｓｔｒｏｍらへの米国特許第５，３９４，５６８号及び同第６，０６２，２２１号、及びＢｙｒａｍへの同第５，４６４，０１０号に示されている。
【００４７】
図２は、図１のマスク本体１２の一部の概略断面図である。図２に示すように、マスク本体１２は、内側成形層１７及び外側濾過層１８などの複数の層を含むことができる。成形層１７は、マスク本体１２に構造体を提供し、濾過層１８のための支持を提供する。成形層１７は、濾過層１８の内側及び／若しくは外側（又は両側）に配置することができ、例えば、カップ状構成に成形された熱結合性繊維の不織布ウェブから作製することができる。例えば、Ｄｙｒｕｄらへの米国特許第４，８０７，６１９号、及びＢｅｒｇへの同第４，５３６，４４０号を参照されたい。成形層１７はまた、多孔質層又は、Ｓｋｏｖへの米国特許第４，８５０，３４７号に開示された成形層のような柔軟なプラスチックのオープンワークの「フィッシュネット」型ネットワークから、作製することもできる。成形層１７は、Ｓｋｏｖに記載されたもの、あるいは、Ｋｒｏｎｚｅｒらへの米国特許第５，３０７，７９６号に記載されたものなどの既知の手順に従って成形することができる。成形層１７は、マスク１０に構造を提供し、濾過層１８のための支持を提供するという主な目的で設計されているが、成形層は、例えば、より大きな粒子を捕捉するためのフィルタとしても機能することができる。層１７及び１８は共に吸入フィルタ要素として作用する。
【００４８】
着用者が吸入すると、空気はマスク本体１２を通して吸引され、空気中の粒子は、繊維、特にフィルタ層１８内の繊維によって捕捉されることになる。図２に示されるマスクでは、フィルタ層１８はマスク本体１２と一体であり、即ち、フィルタ層１８はマスク本体の一部を形成し、フィルタカートリッジのように後でマスク本体に取り付けられる（又は取り外される）部材ではない。
【００４９】
図１に示すマスク１０のような、負圧ハーフマスクの呼吸マスクについて一般的な濾過材料は、帯電したマイクロ繊維、特にメルトブローンマイクロ繊維（ＢＭＦ）の絡み合ったウェブを含むことが多い。マイクロファイバは、典型的には約２０マイクロメートル（μｍ）以下の平均有効繊維直径を有するが、一般的には約１〜約１５μｍ、更により一般的には約３〜１０μｍの直径である。有効繊維直径は、Ｄａｖｉｅｓ、ＣＮ，Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  １Ｂ．１９５２に記載されたように計算することができる。ＢＭＦウェブは、Ｗｅｎｔｅ，Ｖａｎ  Ａ．，Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ  ｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｖｏｌ．４８，ｐａｇｅｓ  １３４２  ｅｔ  ｓｅｑ．（１９５６）、又は１９５４年５月２５日に発行された、Ｗｅｎｔｅ，Ｖａｎ  Ａ．，Ｂｏｏｎｅ，Ｃ．Ｄ．，ａｎｄ  Ｆｌｕｈａｒｔｙ，Ｅ．Ｌ．による「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ」と題するＲｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．４３６４  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｖａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓに記載されたように成形することができる。ウェブ中にランダムに絡み合わせたときに、ＢＭＦウェブはマットとして扱うのに十分な完全性を有することができる。例えば、Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄらへの米国特許第５，４９６，５０７号、Ｋｕｂｉｋらへの同第４，２１５，６８２号、及びＮａｋａｏへの同第４，５９２，８１５号に記載された技術を使用して、繊維ウェブに電荷を付与することができる。
【００５０】
マスク本体内のフィルタとして使用することができる繊維状材料の例は、Ｂａｕｍａｎｎらへの米国特許第５，７０６，８０４号、Ｐｅｔｅｒｓｏｎへの同第４，４１９，９９３号、Ｍａｙｈｅｗへの同第Ｒｅ  ２８，１０２号、Ｊｏｎｅｓらへの米国特許第５，４７２，４８１号及び同第５，４１１，５７６号、及びＲｏｕｓｓｅａｕらへの同第５，９０８，５９８号に開示されている。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（例えば、Ｊｏｎｅｓらへの米国特許第４，８７４，３９９号、及びＤｙｒｕｄらへの同第６，０５７，２５６号参照）などのポリマーを含有してもよく、また、濾過性能を向上するためにフッ素原子及び／又は他の添加剤を含有してもよい。例えば、「ＦＬＵＯＲＩＮＡＴＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＥＴ」と題する米国特許出願第０９／１０９，４９７号（国際公開第００／０１７３７号として公開）、並びにＣｒａｔｅｒらへの米国特許第５，０２５，０５２号及び同第５，０９９，０２６号を参照されたい。繊維はまた、性能を向上するために低レベルの抽出可能な炭化水素を含んでもよい。例えば、Ｒｏｕｓｓｅａｕらへの米国特許第６，２１３，１２２号を参照されたい。繊維ウェブはまた、Ｒｅｅｄらへの米国特許第４，８７４，３９９号、Ｒｏｕｓｓｅａｕらへの同第６，２３８，４６６号及び同第６，０６８，７９９号に記載されたような、増大した油性ミスト耐性を有するように製造することができる。
【００５１】
マスク本体１２はまた、フィルタ層１８を研磨力から保護することができ、かつ、フィルタ層１８及び／又は成形層１７から外れる可能性のあるあらゆる繊維を保持することができる、内側及び／又は外側のカバーウェブ（図示せず）を備えることができる。カバーウェブは濾過能力を有してもよいが、典型的には濾過層１８と同じほど良好ではなく、かつ／又は、マスクをより快適に装着するために役立つことができる。カバーウェブは、例えばポリオレフィン及びポリエステルを含むスパンボンド繊維などの不織布繊維材料から作製することができる。例えば、Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄらへの米国特許第６，０４１，７８２号、Ｄｙｒｕｄらへの同第４，８０７，６１９号、及びＢｅｒｇへの同第４，５３６，４４０号を参照されたい。
【００５２】
図１の濾過フェイスマスク１０と共に任意の好適な弁を利用することができる。例えば、図３〜図９は、図１の呼気弁３０のさまざまな図である。呼気弁３０は、弁座４０と弁フラップ７０とを含む。弁座４０は、弁座の第１端部４６と第２端部４８との間で弁座軸線３２に沿って延びる。弁座４０は、第１主面４２と、第２主面４４と、第１主面と第２主面との間に設けられたオリフィス４１とを含む。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内に実質的に円形の形状を備える。弁座４０はまた、弁座の第１主面４２上に配置されたシール面５０及びフラップ保持面５６を含む。１つ以上の実施形態では、シール面５０はオリフィス４１に外接している。更に、１つ以上の実施形態では、シール面５０はオリフィス４１に外接して、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内に実質的に非円形の形状を備える。呼気弁３０はまた、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用して、弁座４０に接続されたカバー８０（図９）を含むことができる。
【００５３】
弁フラップ７０は、シール面５０とオリフィス４１の上に配置されている。更に、弁フラップ７０は、フラップ保持面５６に接続された第１端部７２を含む。呼気弁３０が閉構成（図３）に配置されたときに、弁フラップ７０は弁座４０のシール面５０に対してシールされるようになっているので、流体（例えば気体）が弁座を通って流れるのを防止する。弁フラップ７０はまた、呼気弁３０が開構成（図４）に配置されたときに、シール面５０から離れるようになっているので、流体が弁座５０を通って流れることができる。１つ以上の実施形態では、呼気弁３０が閉じた構成に配置されているとき（図３）、弁フラップ７０は、弁座４０の第１主面４２に直交する平面内で湾曲形状を備えている。
【００５４】
呼気弁３０は、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用して、図１の濾過フェイスマスク１０に接続することができる。例えば、１つ以上の実施形態では、任意選択のベースコネクタ９０をフェイスマスク１０の内面に配置し、弁座４０をフェイスマスクの外面に配置して、マスク本体１２を貫通する任意選択のベースコネクタに接続することができる。
【００５５】
弁座４０は、任意の好適な材料又は材料の組み合わせ、例えば金属、ポリマーなどを含むことができる。更に、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを利用して、弁座４０を形成することができる。１つ以上の実施形態では、弁座４０は、単体の一体型本体に成形された比較的軽量のプラスチックから作製することができる。１つ以上の実施形態では、弁座４０は射出成形技術によって作製することができる。更に、弁座４０は、任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができ、任意の好適な寸法を有することができる。１つ以上の実施形態では、弁座４０は、第１主面４２と平行な平面内で矩形の形状をとることができる。
【００５６】
オリフィス４１は、シール面５０から半径方向内側に配置することができる。更に、オリフィス４１は、弁座４０の第１主面４２と第２主面４４との間に設けられ、弁座の第１主面４２によって画定される平面内で、例えば、楕円形、矩形、多角形などの任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができる。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１は実質的に円形の形状を備えることができる。本明細書で使用するとき、この用語「実質的に円形の形状」は、オリフィス４１の周辺部４３（図６）が、連続的な一次導関数を有する滑らかで凸状の閉曲線であり、周辺部上の全ての点から共通の中心点２（図６）までの距離が５％未満で変動することを意味する。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１は円形の形状を備えることができる。更に、オリフィス４１は任意の好適な寸法を有することができる。１つ以上の実施形態では、周辺部４３上の任意の点から共通の中心点２までの最小距離は、少なくとも０．５ｃｍであり、かつ２．０ｃｍ以下である。オリフィス４１は、弁座４０の上又はそれを通る任意の好適な位置に設けることができる。
【００５７】
１つ以上の実施形態では、弁座４０は、オリフィス４１内に配置されてシール面５０、そして最終的には弁３０を安定させることができる十字形部材３４を備えてもよい。十字形部材３４はまた、吸入の間に弁フラップ７０がオリフィス４１内へ反転するのを防止することができる。十字形部材３４上に湿気が蓄積すると、フラップ７０の開放を妨げる恐れがある。１つ以上の実施形態では、フラップ７０に面する十字形部材３４の表面は、側面から見たときにシール面５０の下にわずかにへこんで、弁の開放を妨げないようにすることができる。
【００５８】
弁座４０のシール面５０は、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用して、第１主面４２上に配置することができる。１つ以上の実施形態では、シール面５０は弁座４０の第１主面４２と一体である。１つ以上の実施形態では、シール面５０を単独で製造し、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用して第１主面４２に接続することができる。更に、シール面５０は、任意の好適な材料又は材料の組み合わせ、例えば、弁座４０に関して本明細書に記載されたものと同じ材料を含んでもよい。１つ以上の実施形態では、シール面５０は、弁座５０を形成するのに利用される材料とは異なる１つ以上の材料を含んでもよい。
【００５９】
１つ以上の実施形態では、シール面５０が弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内でオリフィスを完全に囲むように、シール面はオリフィス４１に外接することができる。１つ以上の実施形態では、シール面５０はオリフィス４１を部分的に囲んでもよい。
【００６０】
シール面５０は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内で任意の好適な形状、例えば楕円形、矩形、多角形などをとることができる。１つ以上の実施形態では、シール面５０は、実質的に非円形の形状を備えてもよい。例えば、１つ以上の実施形態では、シール面５０は、図６に示すように、台形部分５４と、該台形部分に接続される楕円形部分５２とを含んでもよく、これによって、丸みを帯びた台形形状を示す。１つ以上の実施形態では、楕円形部分５２は実質的に円形の形状とすることができる。更に、１つ以上の実施形態では、台形部分５４は実質的に矩形の形状であってもよい。
【００６１】
シール面５０は、フラップ保持面５６に対して任意の好適な向きに配置することができる。１つ以上の実施形態では、シール面５０の楕円形部分５２はフラップ保持面５６に隣接して配置される。本明細書で使用するとき、この用語「フラップ保持面に隣接した」とは、要素又は構成要素が、弁座４０の第２端部４８よりもフラップ保持面５６の近くに配置されることを意味する。
【００６２】
本明細書で述べたように、シール面５０は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内で任意の好適な形状をとることができる。更に、シール面５０は、弁座４０の第１主面４２に直交する平面内で任意の好適な形状をとることができる。例えば、図３に見られるように、シール面５０は、弁座４０の第１主面４２に直交する平面内で凹状を有する。１つ以上の実施形態では、シール面５０は、図４に示すように、弁座４０の第１主面４２に対して垂直な方向に測定したとき、一定でない高さを備えてもよい。例えば、フラップ保持面５６に隣接した、シール面５０の第１部分５５は、シール面の第１端部３３と第２端部３５との間に配置されるシール面の第２部分５７の高さ３６より大きい高さ３４を有している。シール面５０の第１端部３３は弁座４０の第１端部４６に隣接し、シール面５０の第２端部３５は弁座の第２端部４８に隣接している。本明細書で使用するとき、「弁座４０の第１端部４６に隣接した」というこの語句は、要素又は構成要素が弁座の第２端部よりも弁座の第１端部の近くに配置されることを意味する。同様に、「弁座４０の第２端部４８に隣接した」という語句は、要素又は構成要素が弁座の第１端部よりも弁座の第２端部の近くに配置されることを意味する。一般に、シール面５０の任意の好適な部分は、弁座４０の第１主面４２から測定したとき、任意の好適な高さを有することができる。
【００６３】
弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内のオリフィス４１の領域は、任意の好適な第１領域を有してもよい。更に、シール面５０は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内の任意の好適な第２領域を囲むことができる。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１の第１領域はシール面５０の第２領域よりも小さい。
【００６４】
オリフィス４１は、シール面５０に対して任意の好適な関係で設けることができる。例えば、オリフィス４１の周辺部４３は、弁座４０の第１主面４２に沿って測定したとき、シール面５０から任意の好適な距離だけ離すことができる。例えば、１つ以上の実施形態では、オリフィス４１の周辺部４３は、シール面５０から０．５ｃｍ以下の距離だけ離れている。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１の周辺部４３の一部は、弁座４０の第１主面４２に沿って測定したときに、シール面５０の一部から、少なくとも０．１ｃｍに等しい距離３８（図６）だけ離すことができる。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１を通る周辺部４０の１つ以上の部分は、弁座４０の第１主面４２に沿って測定したとき、シール面５０と一致してもよい。本明細書で使用するとき、この用語「一致する」とは、オリフィス４１の周辺部４３の部分（単数又は複数）とシール面との間に距離又は空隙がないように、オリフィス４１の周辺部４３の該部分がシール面５０の形状に従うことを意味する。例えば、図６に示すように、周辺部４３の部分４７はシール面５０の部分５３と一致する。弁座４０の第１主面４２に沿って測定したとき、オリフィス４１の周辺部４３は、任意の好適な割合でシール面５０と一致することができる。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１の周辺部４３の７５％以下がシール面５０と一致する。１つ以上の実施形態では、オリフィス４１の周辺部４３の５０％以下がシール面５０と一致する。更に、１つ以上の実施形態では、オリフィス４１の周辺部４３の２５％以下がシール面５０と一致する。更に、１つ以上の実施形態では、周辺部４３の１０％以下がシール面５０と一致する。
【００６５】
良好なシールが生じてシール面の上部に存在することを確実にするために、フラップ７０と接触するシール面５０は、実質的に一様に滑らかになるように形成することができる。シール面５０は、弁フラップ７０とシールを形成するのに十分に広い幅を有することができるが、凝縮した湿気によって引き起こされる接着力によってフラップが開くことを著しく困難にするほど広くはない。１つ以上の実施形態では、シール面５０の幅は、少なくとも０．２ｍｍかつ０．５ｍｍ以下とすることができる。
【００６６】
弁フラップ７０は、シール面５０及びオリフィス４１を覆って配置される。弁フラップ７０は、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用してフラップ保持面５６に接続された第１端部７２を備えている。１つ以上の実施形態では、フラップ保持面５６は、フラップの第１端部７２に隣接して設けられている弁フラップ７０の開口部７６と係合するようになっている１つ以上の支柱５８を備えてもよい。更に、弁フラップ７０は、例えば音波溶接、接着剤、機械的クランプなどを使用して表面５６に固定することができる。
【００６７】
更に、弁フラップ７０は、呼気弁１０が、図４に示すように開構成に配置されたときに流体（例えば、気体）が弁座４０を通って流れることができるように、シール面５０から離れるようになっている第２端部７４を含む。１つ以上の実施形態では、呼気の間にフェイスマスク１０の内部気体空間がかなりの圧力に達すると、フラップ７０はその自由端７４でシール面５０から持ち上がる。本明細書に記載されたように、側面から見たときにシール面５０が凹状の断面を有するように、シール面５０は、弁座軸線３２に平行な方向に概ね湾曲するようになることができる。そして、フラップが中立状態の下で、即ち着用者が吸入も吐き出しもしていないときに、フラップをシール面に向かって付勢するか又は押し付けることができるように、シール面５０は、フラップ保持面５６に対して、位置合わせはされておらず、相対的に配置されている。フラップ７０は、また、例えば、ＢｏｗｅｒｓへＲｅ  ３７，９７４として再発行された米国特許第５，６８７，７６７号に記載されたように、フラップに付与された横方向の湾曲も有することができる。
【００６８】
呼気弁１０が図３に示すように閉構成に配置されるとき、弁フラップ７０は弁座４０のシール面５０に対してシールされ、流体が弁座を通って流れることを防止する。１つ以上の実施形態では、呼気弁３０が図３に示すように閉じた構成に配置されるとき、弁フラップ７０は、弁座４０の第１主面４２に直交する平面内に湾曲形状を備えることができる。
【００６９】
弁フラップ７０は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内で任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができる。例えば、図８に示すように、１つ以上の実施形態では、フラップがフラップ保持面５６に接続されている場合、弁座軸線３２に直交する方向に沿って測定したときに、弁フラップ７０の第１端部７２の幅７８は、弁フラップ７０の第２端部７４の幅７９より小さい。１つ以上の実施形態では、第１端部７２の幅７８は、弁フラップ７０の第２端部７４の幅７９より大きい。弁フラップ７０は、図８に示される平面内の任意の好適な形状又は形状の組み合わせ、例えば楕円形、矩形、多角形などをとることができる。１つ以上の実施形態では、弁フラップ７０は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内にあって、同じ平面内のシール面５０の形状に対応する形状を備えることができる。本明細書で使用するとき、この用語「対応する」とは、弁フラップ７０の形状がシール面５０の形状と実質的に同じではあるが、異なる全体寸法を有することができること、例えば、閉構成のときに、弁フラップがシール面を覆うような弁フラップを選択することができることを意味する。
【００７０】
弁フラップ７０の第１端部７２は、フラップ保持面５６に接続されており、このフラップ保持面５６は、１つ以上の実施形態では、図４に示すように弁座軸線３２と角度３１を形成する平面８１内に実質的に配置することができる。角度３１は任意の好適な値をとることができる。１つ以上の実施形態では、弁フラップ７０が弁座４０の第１主面４２に対して片持ちとなるように、角度３１は０度より大きくてもよい。フラップ保持面５６のこの片持ち配置によって、図３に示すように、弁座４０の第１主面４２に直交する平面内でフラップ７０に湾曲形状を設けることができる。
【００７１】
弁フラップ７０は、任意の好適な材料又は材料の組み合わせ、例えば金属、ポリマーなどを含むことができる。更に、弁フラップ７０は単一の材料層を含むことができる。１つ以上の実施形態では、弁フラップは、例えば、「ＦＩＬＴＥＲＩＮＧ  ＦＡＣＥ  ＭＡＳＫ  ＴＨＡＴ  ＵＳＥＳ  ＡＮ  ＥＸＨＡＬＡＴＩＯＮ  ＶＡＬＶＥ  ＴＨＡＴ  ＨＡＳ  Ａ  ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲＥＤ  ＦＬＥＸＩＢＬＥ  ＦＬＡＰ」と題する、Ｍａｒｔｉｎらへの米国特許第７，０２８，６８９号に記載されたような、更に２つの材料層を含んでもよい。１つ以上の実施形態では、弁フラップ７０は、米国特許第７，０２８，６８９号にも記載されたような、多層光学フィルムを含むことができる。弁フラップ７０は、任意の好適なコーティング（単数又は複数）を含んでもよい。かかるコーティングによれば、１つ以上の実施形態では、弁フラップ７０とシール面５０との間の良好なシールを促進することができる。好適なコーティングは、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の双方のエラストマー、及び熱可塑性樹脂／プラストマーを含むことができる。熱可塑性エラストマー又は架橋ゴムのいずれかとすることができるエラストマーは、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系ゴム、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、含フッ素エラストマー、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、ラテックスゴム、スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体エラストマー、スチレンエチレン／ブチレンスチレンブロック共重合体エラストマー、スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体エラストマー、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、及びポリアルファオレフィンエラストマー、などのゴム材料を含んでもよい。これらの材料のブレンド又は混合物も使用することができる。
【００７２】
１つ以上の実施形態では、呼気弁３０はカバー８０を含んでもよい（図９）。カバー８０は、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用して、弁座４０に接続することができる。例えば、弁座４０は、その第１主面４２から延びるカバー保持面６０を含むことができる（図５〜図６）。カバー保持面６０は、任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができる。更に、カバー保持面６０は任意の好適な寸法を有することができる。カバー保持面６０は、弁座４０の第１主面４２と一体にしてもよい。１つ以上の実施形態では、カバー保持面６０を単独で製造し、任意の好適な技術又は技術の組み合わせを使用して、弁座４０の第１主面４２に取り付けることができる。１つ以上の実施形態では、カバー保持面６０と弁カバー８０の内面との間に圧力嵌めが形成されるように、弁カバー８０を弁座４０に圧入する。
【００７３】
弁カバー８０は、弁座４０に接続され、弁フラップ７０と、弁座の第１主面４２の少なくとも一部とを覆って配置されるようになっている。１つ以上の実施形態では、呼気弁３０が図４に示されるように開構成に配置されているとき、弁カバー８０は、オリフィス４１と流体連通する開口部（単数又は複数）を含むことができる。例えば、図９に示すように、弁カバー８０は側面開口部８２と前面開口部８４とを含む。側面開口部８２及び前面開口部８４は、任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができる。１つ以上の実施形態では、側面開口部８２は前面開口部８４と同じ形状をとる。１つ以上の実施形態では、側面開口部８２の形状は、前面開口部８４の形状とは異なる。更に、（複数の）前面開口部８４は、同じ形状又は異なる形状を有することができる。例えば、前面開口部８４は、大きな開口部８７と、該大きな開口部の間に配置された小さな開口部８８とを含む。側面及び前面開口部８２、８４は任意の好適な寸法を有してもよい。
【００７４】
カバー８０は、弁座４０の第１主面４２によって画定される平面内で任意の好適な形状をとることができる。更に、カバー８０は、第１主面４２に直交する平面内で任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができる。例えば、図３〜図４に示すように、弁カバー８０は、弁座４０の第１主面４２に直交する方向に測定された高さであって、弁座の第１端部４６と第２端部４８との間の方向に変化する高さを有する湾曲形状をとることができる。
【００７５】
１つ以上の実施形態では、カバー８０は、フラップが弁座４０のフラップ保持面５６に対して保持されるようにフラップ７０と係合するようになっている面８６を備えることができる。更に、カバー８０は、弁カバーの内面８５に配置された１つ以上のフラップストップ８３を含んでもよい。フラップストップ８３は、任意の好適な形状又は形状の組み合わせをとることができ、弁カバー８０の内面８５上の任意の好適な位置に配置することができる。１つ以上の実施形態では、フラップストップ８３は、呼気弁３０が開構成にあるときに、弁フラップ７０の第２端部７４と係合して弁フラップがカバーの内面８５と完全に係合するのを防ぐようになっているが、これは、弁フラップが内面とのそのように係合した場合には、弁フラップが閉構成に戻るのを妨げられる恐れがあるためである。１つ以上の実施形態では、弁フラップ７０とカバー８０の内面８５との間で生じるかかる係合は、弁フラップ及びカバーの一方又は双方に形成される湿気によって引き起こされる恐れがある。
【００７６】
濾過フェイスマスク１０の着用者が息を吐き出すと、この呼気は通常、マスク本体１２と呼気弁３０の双方を通過する。呼気の最大割合が、濾材及び／又はマスク本体１２の成形層及びカバー層ではなく呼気弁３０を通過するときには、快適性を向上することができる。呼気がシール面５０から弁フラップ７０を持ち上げることによって、呼気は、内部気体空間から弁３０のオリフィス４１を通って吐き出される。オリフィス４１を通過する流体はフラップ７０に力を及ぼし、フラップの自由端７４をシール面５０から持ち上げて弁３０を開く。弁３０が呼気弁として使用されるとき、マスク１０が図１に示すように直立に配置される場合、フラップ７０の自由端７４が固定端の下方に位置するように、弁をフェイスマスク１０上に方向付けすることができる。これにより、吐き出された空気を下方にそらして、湿気が着用者の保護めがねに凝結するのを防ぐことができる。
【００７７】
一般に、本明細書に記載の呼気弁のさまざまな実施形態では、所望の圧力降下の任意の弁を得ることができる。圧力降下は、本明細書に記載の圧力降下試験に従って、測定することができる。１０Ｌ／分の流量において、多層可撓性フラップによれば、本発明の一方向性流体弁は、３０Ｐａ未満、好ましくは２５Ｐａ未満、より好ましくは２０Ｐａ未満の圧力降下を有することができる。本発明にかかる多層可撓性フラップを使用して、１０Ｌ／分〜８５Ｌ／分の流量の間で、約５〜５０Ｐａの圧力降下を得ることができる。１つ以上の実施形態では、１０Ｌ／分〜８５Ｌ／分の流量にわたって、圧力降下を２５Ｐａ未満とすることができる。
【００７８】
弁開放圧力降下は、弁のシール面からフラップが上昇し始める抵抗を測定する。このパラメータは、後述の圧力降下試験で説明されるように測定することができる。典型的には、１０Ｌ／分での弁開放圧力降下は、後述の圧力降下試験に従って弁を試験した場合、３０Ｐａ未満、好ましくは２５Ｐａ未満、より好ましくは２０Ｐａ未満である。典型的には、後述の圧力降下試験に従って弁を試験したとき、弁開放圧力降下は１０Ｌ／分で約５〜３０Ｐａである。
【実施例】
【００７９】
ステレオリソグラフィー（ＳＬＡ）ラピッドプロトタイピングを利用して、プロトタイプの弁座が得られた。全体の弁サイズは、商品名「ＣｏｏｌＦｌｏｗ」（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｅｔ，Ｐａｕｌ，ＭＮから入手可能であり、同じく３Ｍ社から入手可能な商品名「Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒ  ８５１１」で販売されている呼吸マスクに利用されている）で販売されている既存の弁と同様であった。弁座を以下の表１に示す。「丸みを帯びた台形」形状とは、図６に示すようなシール面５６の形状を指す。実施例２は、比較例１のオリフィスに大きさ及び位置が同様な円形の穴を有するプラスチックのシートを取り付けることによって作製されたものである。
【００８０】
【表１】
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【００８１】
比較例１〜２及び実施例を用いて、弁フラップ及びカバーを含む呼気弁を組み立てた。弁フラップは、片面が厚さ０．０５ｍｍのＳＢＳゴム（Ｄｅｘｃｏ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｐｌａｑｕｅｍｉｎｅ，ＬＡ，ＵＳＡから入手可能）で被覆された厚さ０．０５ｍｍの多層光学フィルムから構成されていた。組み立てたとき、弁フラップの被覆面を各弁座のシール面に対向して配置した。
【００８２】
圧力降下試験
試料は、５０Ｌ／分の電子式流量制御装置（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡから入手可能）、高分解能差圧変換器（Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｉｎｃ．，Ｓｔａｍｆｏｒｄ，ＣＴから入手可能）、バルブ試験設備、及びＷｉｎｄｏｗｓ  ７オペレーティングシステムを実行するパーソナルコンピュータ、からなる圧力／流量試験システムで試験した。圧縮空気を約２５０ｋＰａで流量制御装置に供給し、流量制御装置をバルブ試験設備に取り付けた。試験設備に取り付けられた弁の上流側と下流側との間の差圧を測定するために、圧力変換器を試験設備に取り付けた。コンピュータは、流量制御装置を制御し、かつ、データ取得インターフェース（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ，ＵＳＡ）を用いて測定した流量及び差圧のデータを取得する、試験プログラムを実行した。
【００８３】
各弁のサンプルを、２、６、１０、１４、１８、２２、２６、及び３０Ｌ／分のおおよその流量で、各流量につき１５秒間ずつ試験した。従属変数として差圧を使用し、独立変数として流量を使用して、線形回帰によりデータを直線にフィットすることにより、流量及び差圧について取得したデータをＥｘｃｅｌスプレッドシートで分析した。線形回帰のｙ軸切片は、試験した各弁の開放差圧を表した。表２に試験結果を示す。
【００８４】
【表２】
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【００８５】
実施例は、比較例１よりも著しく低い開放差圧を有する結果となった。特定の理論に縛られることを望まないが、この圧力差は、実施例について、延びた「丸みを帯びた台形」シール面上で弁フラップがより大きなモーメントアームを有することによって引き起こされた可能性がある。比較例２は、実施例と同じ「丸みを帯びた台形」のシール面を有しているので、実施例よりもわずかに低い開放差圧を有する結果となった。実施例における円形のオリフィスの存在は、開放差圧を０．４Ｐａ即ち７％だけ増加させたが、これは、比較例１における３．４Ｐａ即ち６０％の増加と比較すると小さい。実施例の円形オリフィスと丸みを帯びた台形シール面との組み合わせによって、丸形オリフィスの製造上の利点を提供しながら、比較例２よりも開放差圧の改善の大部分を提供した。
【００８６】
本明細書で言及した全ての参考文献及び刊行物は、これらが本開示に直接矛盾し得る場合を除き、これらの全体が参照により本開示に明示的に組み込まれる。本開示の例示的実施形態が説明され、本開示の範囲内の可能な変形例が参照されている。本開示のこれらの及び他の変形例及び変更例は本開示の範囲から逸脱することなく当業者に明らかであり、本開示は本明細書に記載された例示的実施形態に限定されないことを理解されたい。したがって、本開示は、下記の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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