(57)【要約】さまざまな形状のガスマスクフィルタキャニスタの充填が、充填開口を上向きにして向きを定めること、充填開口内へ粒子状フィルタ材料を導入すること、及びフィルタキャニスタをある周波数及び振幅で、所定の充填密度に達するまでの時間にわたって振動させることによって行われる。本発明は、装着者の顔面の曲率に密に一致するように凹状プロフィールを有する楕円形または他の異形フィルタキャニスタに充填するために使用することができる。
2005523215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタキャニスタに粒子状フィルタ材料を所望の充填密度まで充填する方法において、前記キャニスタが、前記粒子フィルタ材料を前記キャニスタに導入するための充填開口を有する、フィルタキャニスタに充填する方法であって、
前記充填開口を上向きにして前記フィルタキャニスタの向きを定めるステップと、
前記粒子状フィルタ材料を前記充填開口から導入するステップと、
前記フィルタキャニスタをある周波数及び振幅で、所望の充填密度に達するまでの時間にわたって振動させるステップと、
を含む、フィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２】
前記導入するステップ及び前記振動させるステップは、順次実施される、請求項１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３】
前記導入するステップ及び前記振動させるステップは、同時に実施される、請求項１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項４】
前記粒子状フィルタ材料は、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ及びアルミナからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項５】
前記粒子状材料は、吸着剤である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項６】
前記振動させるステップは、前記フィルタキャニスタを垂直方向に振動させることを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項７】
前記振動させるステップは、前記フィルタキャニスタを水平方向に振動させることを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項８】
前記振動させるステップは、前記フィルタキャニスタを複数の水平方向に振動させることを含む、請求項７に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項９】
最大正及び負横加速度は、前記フィルタキャニスタの最大下向き垂直加速度に一致する、請求項６〜８のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１０】
前記横振動周波数は、前記垂直振動周波数と同相であって、その値の半分である、請求項９に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１１】
前記振動させるステップは、前記フィルタキャニスタを少なくとも２つの互いに直交する方向に振動させることを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１２】
前記フィルタキャニスタは、前記２つの互いに直交する方向に順次振動される、請求項１１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１３】
前記フィルタキャニスタは、湾曲した周方向外壁を有し、前記充填開口は、該周方向外壁に設けられている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１４】
前記フィルタキャニスタの前記外壁は、楕円形である、請求項１３に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１５】
前記周方向外壁は、不規則な形状を画定する、請求項１４に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１６】
前記キャニスタはさらに、使用者の顔面の曲率に一致するように凹状である出口壁によって画定される、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１７】
前記キャニスタはさらに、凸状の入口壁によって画定され、前記入口壁及び前記出口壁は、互いに離間配置されて、前記周方向外壁によって結合される、請求項１６にに記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１８】
前記粒子状材料は、短い異種親和性繊維と混合される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項１９】
前記異種親和性繊維は、長さが約３〜５ｍｍである、請求項１８に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２０】
前記異種親和性繊維は、芯部及び外装部を有し、該外装部は、溶融温度が前記芯部より低いポリマーで形成される、請求項１８または１９に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２１】
前記芯部は、ガラスか、または合成ポリマーで形成される、請求項２０に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２２】
前記合成ポリマーは、ポリアミドである、請求項２１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２３】
前記外装ポリマーは、エチルビニルアセテートである、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２４】
さらに、前記充填フィルタ層を加熱し、それによって前記外装部を溶融する、加熱するステップと、前記フィルタ層を冷却し、それによって前記充填フィルタ層を不動化形状に融着させるステップとを含む、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２５】
前記フィルタ層の形状は、少なくとも部分的には前記キャニスタの壁によって画定される、請求項１〜２４のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２６】
前記振動は、正弦波成分を有する、請求項１〜２５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２７】
前記所望充填密度は、少なくとも０．６グラム／立方センチメートルであり、前記粒子状フィルタ材料は、ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素である、請求項１〜２６のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２８】
前記フィルタキャニスタの振動の振幅及び周波数は、図４の曲線７０より上にならない、請求項１〜２５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項２９】
前記振動周波数は、約２４．７Ｈｚであり、前記垂直加速度は、約０．３５ｇであり、前記水平加速度は、約１．０ｇである、請求項２８に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３０】
前記振動させるステップは、各サイクルで３６０°旋回する回転ベクトルによって表される合成水平加速度を有する、請求項１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３１】
前記フィルタカートリッジは、楕円形であり、前記粒子状フィルタ材料は、２０×５０ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素粒であり、前記振動の周波数は、垂直方向が約６０Ｈｚ、水平方向が約２９Ｈｚである、請求項１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３２】
垂直及び水平方向の前記振動加速度は、可変である、請求項３１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３３】
水平方向の前記振動加速度は、約０．４８ｇであり、垂直方向の前記振動加速度は、約０．４５ｇである、請求項３１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３４】
前記所望充填密度は、０．６０〜０．７２の間である、請求項３１〜３４のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３５】
前記振動させるステップは、前記フィルタキャニスタを垂直方向に振動させることを含み、振動の前記垂直加速度は、１ｇ未満である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３６】
垂直振動の前記振幅及び周波数は、図４の曲線７０より上にならない、請求項３５に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３７】
前記粒子状フィラー材料は、平均直径を有し、振動振幅は、前記粒子状フィラー材料の平均直径にほぼ等しい、請求項１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３８】
前記振動加速度は、１ｇ未満である、請求項３７に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項３９】
前記振動させるステップは、前記フィルタキャニスタを垂直軸中心に回転させる間、前記フィルタキャニスタを水平方向に振動させることを含む、請求項１に記載のフィルタキャニスタに充填する方法。
【請求項４０】
互いに離間配置されて、湾曲した周方向外壁によって結合された入口壁及び出口壁によって形成されたハウジングであって、前記湾曲した周方向外壁に、プラグで閉鎖された充填開口が設けられ、前記入口及び出口壁は、空気を通すための開口を有する、ハウジングと、
該ハウジング内にあって、前記入口壁から前記出口壁に流れる空気を濾過するために前記ハウジング内にフィルタ部材を形成する粒子状フィルタ材料と、
を有するフィルタキャニスタ。
【請求項４１】
前記周方向外壁は、複雑な形状である、請求項４０に記載のフィルタキャニスタ。
【請求項４２】
前記周方向外壁は、長円形である、請求項４１に記載のフィルタキャニスタ。
【請求項４３】
前記出口壁は、凹状である、請求項４０〜４２のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタ。
【請求項４４】
前記入口壁は、凸状である、請求項４０〜４３のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタ。
【請求項４５】
前記粒子状フィルタ材料は、充填密度が約０．６２〜０．７２グラム／立方センチメートルの範囲内にある、請求項４０〜４４のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタ。
【請求項４６】
前記粒子状フィルタ材料は、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ及びアルミナからなる群から選択される、請求項４０〜４５のいずれか１項に記載のフィルタキャニスタ
【請求項４７】
前記粒子状フィルタ材料は、ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素である、請求項４６に記載のフィルタキャニスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の背景］
［発明の分野］
本発明は、ガスマスク用のフィルタキャニスタに関する。１つの態様では、本発明は、フィルタキャニスタに粒子状フィルタ材料を充填する方法に関する。別の態様では、本発明は、装着者の顔面の曲率に一致した凹状プロフィールを有するフィルタカートリッジの充填に関する。さらに別の態様では、本発明は、ガスマスク用のフィルタキャニスタであって、キャニスタが長円形で、使用者の顔面の形状に一致するように凹状プロフィールを有するフィルタキャニスタに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００２年４月２５日に出願された米国特許仮出願第６０／３１９，２０６号の利益を主張し、その出願は全体的に本明細書に援用される。
【０００３】
［関連技術の記載］
２００１年１０月２５日に公開されたＰＣＴ出願第ＵＳ０１／１２５４５号は、取り外し式フィルタをガスマスクに連結するための差し込み式コネクタを開示している。楕円形を有するフィルタキャニスタも開示されており、これは、外周壁で分離された平行な平面的入口及び出口面を有する。
【０００４】
平行な平面的入口及び出口面を有する従来型交換式円形または楕円形ガスマスクフィルタをマスクの両側に取り付けて、それにより、マスクから側方外向きに延出させることができる。そのようなフィルタは一般的に、折り畳み紙または織物粒子状フィルタ及び粒状炭素吸着フィルタを有する。使用前または使用中にガスマスクフィルタ内で吸着剤が固まると、吸着剤を通過するガス流路が大量の吸着剤を通るものより短い局部領域が生じるであろう。その結果、吸着剤の量が少ない部分を通過する空気量が増加し、結果的に汚染物質の早期漏出が生じる。炭素粒の密度を最大にして、固化や、吸着フィルタ内を通る無制御状態の流路の導入を避けるために、吸着剤（すなわち、粒状炭素）は一般的に、吸着剤の密度が最大になるように粒をフィルタ内に「降雨」（raining）または「吹雪」（snow storm）充填処理でフィルタキャニスタに入れられる。この方法では、吸着剤が、充填すべき容器と同一の表面積を有する４つまたは５つの金属網篩を収容している管を通って落下する。篩の目の大きさ及び間隔は、充填中の吸着剤の粒径に応じて決められる。１つの粒子も、篩の網に当たることなく管を通り抜ける可能性はない。これは、充填中の容器の表面全体で粒子を効果的にランダム化して均一に分布させる。吸着剤はまた、圧縮力で構造的に拘束される。「吹雪充填」処理は、入口及び出口が平面的であることを必要とする。
【０００５】
装着者の顔面の曲率に密に一致するように凹状プロフィールを有するフィルタは、平面的な入口及び出口面を有する従来型フィルタに勝る幾つかの利点を与える。しかし、フィルタの曲面性は、フィルタキャニスタに吸着剤を入れる従来の「吹雪充填」方法には役立たず、吸着剤が必要最小限の密度をとることを妨害する可能性がある。「吹雪充填」方法は、均一で平坦な深さを有する吸着剤層（bed）にのみ適用可能である。「吹雪充填」方法は、入口及び出口面が弓形であって、その間に一定の層厚さを有する炭素フィルタ層を備えた等角フィルタ構造には有効でない。必要最小限の厚さの吸着剤を必要最小限の密度で確保するために、平面的な入口及び出口面を有するフィルタと較べて、吸着剤をより厚くする必要があり、フィルタのコストが増加する。
【０００６】
［発明の概要］
本発明は、所望の充填密度を有する粒子状フィルタ材料で充填されたフィルタキャニスタであって、フィルタ層の形状が少なくとも部分的にキャニスタ壁によって画定され、またキャニスタは、粒子状材料をキャニスタに導入するための充填開口を有するフィルタキャニスタに関する。本発明によれば、フィルタキャニスタに充填する方法は、充填開口を上向きにしてフィルタキャニスタの向きを定めるステップと、粒子状フィルタ材料を充填開口から導入するステップと、フィルタキャニスタをある周波数及び振幅で、所望の充填密度に達するまでの時間にわたって振動させるステップとを含む。
【０００７】
導入するステップ及び振動させるステップは、順次か、同時に実施される。粒子状フィルタは任意の従来型フィルタ材料にすることができ、一般的に活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ及びアルミナからなる群から選択される。これらの粒子状材料は吸着剤である。好ましくは、粒子状フィルタ材料は、ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素である。
【０００８】
振動させるステップは、フィルタキャニスタを垂直方向に振動させること、フィルタキャニスタを１つまたは複数の水平方向に振動させること、及びその組み合わせを含むいくつかの振動を含んでもよい。一般的に、フィルタキャニスタは、少なくとも２つの互いに直交する方向に振動させられ、また、フィルタキャニスタは、２つの互いに直交する方向に順次連続的に振動させられる。本発明の好適な実施形態では、最大正及び負横加速度は、フィルタキャニスタの最大下向き垂直加速度に一致する。さらに、横振動周波数は、垂直振動周波数と同相であって、その値の半分である。振動は好ましくは、正弦波成分を有する。一実施形態では、振動させるステップは、各サイクルで３６０°旋回する回転ベクトルによって表される合成水平加速度を有する。
【０００９】
別の実施形態では、垂直及び水平方向の振動加速度が可変である。好適な実施形態では、水平方向の振動加速度が約０．４８ｇであり、垂直方向の振動加速度が約０．４５ｇである。一般的に、振動の垂直加速度は１ｇ未満である。本発明の最も好適な実施形態では、粒子状フィラー材料は、平均直径を有し、振動振幅は、粒状フィラー材料の平均直径にほぼ等しい。さらに別の実施形態では、振動させるステップは、フィルタキャニスタを垂直軸中心に回転させる間、フィルタキャニスタを水平方向に振動させることを含む。
【００１０】
フィルタキャニスタは、いくつかの形状をとることができるが、好適な実施形態では、それは、湾曲した周方向外壁を有し、充填開口が周方向外壁に設けられている。フィルタキャニスタは、楕円形か、または何らかの他の複雑な、または不規則な形状にすることができる。一実施形態では、キャニスタはさらに、使用者の顔面の曲率に一致するように凹状である出口壁によって画定される。さらに、キャニスタは、凸状の入口壁を有することができる。入口壁及び出口壁は、互いに離間配置されて、周方向外壁によって結合される。好ましくは、フィルタ層の形状は、少なくとも部分的にキャニスタ壁によって画定される。
【００１１】
粒子状フィルタ材料は、短い異種親和性繊維と混合することができる。望ましくは、異種親和性繊維は、長さが約３〜５ｍｍである。異種親和性繊維は、芯部及び外装部を有し、外装部は、溶融温度が芯部より低いポリマーで形成される。芯部は、ガラスまたは合成ポリマーで形成される。合成ポリマーは、好ましくはポリアミドである。好適な実施形態では、外装ポリマーはエチルビニルアセテートである。充填フィルタ層を加熱し、それによって外装部を溶融し、それから冷却し、それによって充填フィルタ層を不動化形状に融着させることができる。
【００１２】
粒子状フィルタ材料の所望充填密度は、少なくとも０．６グラム／立方センチメートル、好ましくは約０．６０〜約０．７２グラム／立方センチメートルの範囲内にある。
【００１３】
好適な実施形態では、フィルタカートリッジは楕円形であり、粒子状フィルタ材料は、２０×５０ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素粒であり、振動周波数は、垂直方向が約６０Ｈｚ、水平方向が約２９Ｈｚである。
【００１４】
さらに本発明によれば、フィルタキャニスタは、互いに離間配置されて、湾曲した周方向外壁によって結合された入口壁及び出口壁によって形成されたハウジングを有する。湾曲した周方向外壁に、プラグで閉鎖された充填開口が設けられている。入口及び出口壁は、空気を通すための開口を有する。粒子状フィルタ材料がハウジング内にあって、入口壁から出口壁に流れる空気を濾過するためにハウジング内にフィルタ部材を形成する。
【００１５】
好適な実施形態では、周方向外壁は、複雑な形状、たとえば、楕円形などの長円形である。一実施形態では、出口壁が凹状である。好適な実施形態では、入口壁が凸状である。
【００１６】
好ましくは、粒子状フィルタ材料は、充填密度が約０．０６０〜０．０７２グラム／立方センチメートルの範囲内にある。粒子状フィルタ材料は、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシーブ及びアルミナからなる群から選択され、好ましくは、ＡＳＺＡ−ＴＥＤＡ炭素である。
【００１７】
［好適な実施形態の説明］
楕円形の等角フィルタを有するガスマスクアセンブリ１０が図１に示されている。ガスマスクアセンブリ１０は、ほぼ従来型のガスマスク１２と、少なくとも１つの側方延出フィルタアセンブリ１４とを備えている。ガスマスク１２は、２００１年１０月２５日に公開されて全体的に参照によって本明細書に援用されるＰＣＴ出願第ＵＳ０１／１２５４５号に開示されているようなセルフシール機構を有する、ガスマスク１２の下部側方部分に設けられた少なくとも１つのフィルタ取り付け部１６、及び入口ポート２０を有する。図１には、ガスマスク１０の第１側部の単一のフィルタ取り付け部１６に取り付けられた単一のフィルタアセンブリ１４が示されている。代わりに、フィルタアセンブリ１４をガスマスク１０の第２側部に取り付けることができるか、または１対のフィルタアセンブリを使用することもできる。好適な実施形態では、入口ポート２０は、ＰＣＴ出願第ＵＳ０１／１２５４５号に開示されているように、フィルタアセンブリ１４上の差し込み式コネクタ（connection）を受け取ることができるが、図１及び図２のフィルタアセンブリ１４に示されているように、ねじ付きフィルタコネクタ３０を使用することもできる。ガスマスク１２は、会話及び飲食の機能を組み合わせたスピーチモジュール２２も有することができる。そのようなスピーチモジュールは、２００１年７月１８日に出願された米国特許仮出願第６０／３０６，３３３号に開示されている。
【００１８】
フィルタアセンブリ１４は、従来通りにガスマスクフィルタ取り付け部１６に取り付けられて流体接続するのに適した主フィルタ２４及び補助フィルタ２６を有する。
【００１９】
次に図２を参照すると、主フィルタ２４は、装着者の顔面の曲率にキャニスタ４０を一致させるために全体的に凹状または弓形の出口壁を有する楕円形キャニスタ４０を除いて、全体的に従来型構造であるガスマスクフィルタを有する。キャニスタ４０は、凸状の入口壁４２及び凹状の出口壁４４を平行な離間配置関係に有し、それらが周方向外壁４６によって結合されて封止フィルタ室（図示せず）を画定しており、その内部にフィルタ部材が保持される。出口壁の一端部に充填開口６２が設けられ、プラグ６４がその開口を密封している。少なくとも１つのほぼ従来型の粒子状フィルタ部材（図示せず）及び少なくとも１つのほぼ従来型の吸着フィルタ部材（図示せず）が、フィルタ室内に保持されている。フィルタ４０を通過する空気流は、軸方向か、または半径方向であることができ、入口壁４２の開口４８を通ってキャニスタ４０に流入し、粒子状フィルタ部材及び吸着フィルタ部材を通過して、出口壁４４の開口を通ってキャニスタ４０から出て、入口ポート２０経てガスマスク１２に流入する。主フィルタ２４は、ＰＣＴ出願第ＵＳ０１／１２５４５号に示されているような粒子状フィルタ部材及び吸着フィルタ部材の全体構造及び配置か、または、フィルタ２４を通過する半径方向または軸方向流を受け入れる他の適当なフィルタ部材構造及び配置を有することができる。
【００２０】
吸着フィルタ部材は、銅、銀、亜鉛及びモリブデンなどの重金属塩と共にアミントリエチレンジアミンも含浸させることができる粒状活性炭を有し、それにより、空中浮遊軍事化学物質から保護することができる。軍事用に適する他の従来型含浸炭またはアルミナを、軍事用ではなく産業用に使用すべきフィルタ用に非含浸炭のように使用することができる。一例として、アンモニアを含有する環境には、硫酸銅処理炭を使用することができる。
【００２１】
必要最小限の密度を達成するために、吸着フィルタ部材を形成する粒状炭が制御振動充填処理によってフィルタ室に充填される。
【００２２】
次に、図３を参照しながら、粒状炭をフィルタ内に入れる処理を説明する。外壁４６に適当な大きさのオリフィス６２が設けられ、キャニスタ４０を振動プラットフォーム５０上に動作可能に支持しながら、オリフィス６２を通して炭粒子５４をホッパ５２から導入する。図３は、フィルタキャニスタ４０に粒状吸着剤を充填するとき、キャニスタ４０に垂直及び水平振動を与えるために、振動プラットフォーム５０上に支持されているフィルタキャニスタ４０を概略的に示す。しかし、任意の適当な装置を使用して、充填中に以下に述べる振動パラメータに合わせた垂直及び水平振動をキャニスタ４０に与えることができる。
【００２３】
振動プラットフォーム５０は、可変周波数かつ可変振幅の垂直振動５６をキャニスタ４０に与えることができる。振動プラットフォーム５０はさらに、可変周波数かつ可変振幅の第１水平振動５８、及びそれと直交する可変周波数かつ可変振幅の第２水平振動６０もキャニスタ４０に与えることができる。炭粒子に十分なエネルギを与えて、ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素の場合にそれらが約０．６２グラム／立方センチメートルの最適充填密度を達成できるようにするために、水平及び垂直力の両方の大きさが注意深く制御される。最適充填密度は、各種類の炭素の粒子密度によって変化するであろう。充填が完了すると、プラグ６４をオリフィスにはめ込んで外壁４６に超音波溶接し、それによって、粒状吸着剤フィルタ部材の封入を完了する。充填処理中の粒状吸着剤の密度を最適化するために、垂直及び水平振動５６〜６０を独立的に変化させることができる。
【００２４】
［振動理論］
粒子状物質の最適密度を達成するための周波数、振幅、時間及び方向の振動パラメータは、既知の理論に基づく。充填中にフィルタを垂直方向に正弦波形で振動させると、時間、振動振幅及び振動周波数の関数としての有効重量の変化が吸着剤粒子にもたらされるであろう。以下の定義で始めて、運動方程式が立てられる。
Ａ：最大半サイクル移動量、フィート単位（振幅）
ａ：任意時における瞬間フィルタ加速度、フィート／平方秒単位
ｆ：周波数、サイクル／秒単位
ｇ：重力加速度＝３２．１７４フィート／平方秒
ｎ：０〜∞の範囲の任意整数
ｔ：時間、秒単位
ｖ：任意時における瞬間フィルタ速度、フィート／秒単位
ｚ：任意時における瞬間フィルタ垂直位置、フィート単位
【００２５】
関連方程式は以下の通りである。
１．ｚ＝Ａ・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ）
２．ｖ＝ｄｚ／ｄｔ＝Ａ・２・π・ｆ・ｃｏｓ（２・π・ｆ・ｔ）
３．ａ＝ｄｖ／ｄｔ＝−Ａ・（２・π・ｆ）２・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ）
４．ｄａ／ｄｔ＝−Ａ・（２・π・ｆ）３・ｃｏｓ（２・π・ｆ・ｔ）＝０
５．０＝ｃｏｓ（２・π・ｆ・ｔ）
したがって、
５ａ．２・π・ｆ・ｔ＝０．５π＋ｎπ
６．ａ＝ｇ＝３２．１７４ｆｔ／ｓ２＝−Ａ・（２・π・ｆ）２・ｓｉｎ（０．５π＋ｎπ）
７．３２．１７４ｆｔ／ｓ２＝−Ａ・（２・π・ｆ）２
【００２６】
方程式１は、時間、及び振動周波数及び振幅の関数としての振動フィルタの垂直位置を定める。方程式２は、フィルタ速度が時間についての位置の導関数であることを表す。方程式３は、時間についての速度の導関数としてフィルタ加速度を定める。方程式４は、フィルタ垂直加速度が最小値または最大値である時を決定するために使用される。これは、時間についての加速度の導関数が方程式５のように０である時にいつも生じる。周波数または時間のいずれかがゼロであるトリビアルな（単純な）場合、最大及び最小加速度もゼロである。他のすべての場合、最小及び最大加速度は、方程式５に示されているように、余弦関数がゼロの場合に生じる。これは、０．５７１ラジアン（９０°）で始まる半サイクル（１８０°）毎に生じる。加速度の大きさは、最小及び最大値で同一であるが、方向が逆である、すなわち、最大値では正すなわち上向き、最小値では負すなわち下向きである。吸着剤は、フィルタがそれの下向きの最大値で加速しているとき、最大の有効重量減少を受ける。これは、吸着剤粒子をそれの最も安定した位置に移動させるためにフィルタに最大横力を加えるのが望ましい状態である。ｎが偶数であると共に、方程式１、３及び６の正弦関数が＋１である時はいつも、この状態が生じる。実験データから、最大密充填は、流動化に達しない流れで達成され、したがって、最適最大垂直加速度が１ｇ未満になることが示されている。方程式７は、１ｇにおける垂直加速度の上限を定める。振幅及び周波数の対応値が図４に示されている。
【００２７】
吸着剤を最適充填するには、フィルタを図４に示された曲線７０より下の周波数及び振幅のいずれかの組み合わせで垂直方向に振動させなければならない。しかしながら、個々の粒子をその最適位置に移動させるための最適横振動を決定するための実験データは存在しないが、実験的に決定することができる。最大横加速度は１ｇ以下であり、最適振幅はほぼ粒径に等しいと予想される。充填に最適な加速度は一般的に１ｇ未満であろう。最大正及び負横加速度は、最大下向き垂直加速度と同時に生じなければならない。したがって、横振動周波数は垂直周波数と同相で、正確にはその値の半分でなければならない。横振動器の好適な実施形態は、９０°の間隔を置いて配置された２つの横振動子を有する。同時に動作させると、それらの動作のベクトル加算によって決定される単一方向への移動が生じるであろうから、これらの振動子は交互に作動させなければならない。別法として、充填中にフィルタを連続回転させる間、１つの横振動子を使用することができる。さらに別の実施形態では、回転水平振動子を使用することができる。
【００２８】
回転水平振動子は、水平及び垂直周波数が同一でない限り、粒子が任意の水平方向に移動することができるという利点を有する。周波数が同一でないとき、最大下向き加速度が各サイクルで異なった水平方向で発生する。
【００２９】
振動充填技法の目的は、粒子を高密度位置から逃がすことなく、粒子を低密度位置から高密度位置へ移動させる十分なエネルギを与えることである。粒子形状は、振動中に粒子が高密度配置の位置から出ていく傾向を最小限に抑える１つの要素である。粒子間の空隙の量が最小限になり、結果的に充填密度が高くなると、粒子はより離脱し難くなるであろう。粒子の形状が、それが落下する窪みの形状とより密接に合致するほど、これらの特性が改善されるであろう。
【００３０】
振動充填は、充填速度に敏感である。後続の各粒子層（layer）が、下側の粒子の移動を制限して、それらを所定位置に「ロック」する。充填速度は、各粒子層が所定位置に落ち着くのに十分な時間を与えなければならない。充填中の断面積は、充填処理の開始時にゼロから一定値まで増加し、その後、充填処理の最後の小さい値まで減少するので、これは等角フィルタ毎に特定の分岐を有する。
【００３１】
［実験の展開］
振動吸着剤充填の実効可能性を評価し、本方法を最適化する取り組みを示すために実験的試験を行った。
【００３２】
１，０００ｍｌメスシリンダに２０×５０ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素５１０．５６グラムを「吹雪」充填することによって、基準線を定めた。
【００３３】
使用可能な試験表面３”×６”を有する二軸振動台を用いた。振動力は、垂直及び水平方向に独立的に調節可能であった。しかし、１ｇ力を超える水平振動は、試験の一部に干渉する垂直振動を試験表面に発生した。単一の波形発生器が基本振動信号を供給し、そのため、垂直及び水平振動は、周波数、位相及び正弦波形が同一であった。標準メスシリンダを使用して１７回の試験を行った。達成できた最良の振動充填密度は、最良の「吹雪」充填結果と同一であった。この状態は、振動周波数が２４．７Ｈｚ、垂直加速度が０．３５ｇ及び水平加速度が１．０ｇで起きた。
【００３４】
垂直及び水平周波数及び振幅を独立的に制御できるように個別に構成されたさまざまな形式の振動台を使用してその後の試験を行った。水平振動は、可変速度モータにより、モータシャフトから固定距離を置いた位置におもりを設けて強制的に行った。モータを振動台の水平振動プレートに垂直に取り付けて、それにより、おもりを水平面上で回転させた。水平振動の垂直成分を最小に抑えるようにおもりの垂直位置を調節したが、この垂直成分はかなり残った。その結果生じる水平加速度は、各サイクルで３６０°旋回する回転ベクトルを有した。この振動モードは、前述したような単一または２方向水平加速度より良好な結果を与えると予想することができる。
【００３５】
水平プレートの中心の下側に取り付けられた電磁石により、水平プレートの垂直加速度を与えた。この配置は、小さい望ましくない水平振動成分を生じた。
【００３６】
図５は、６０Ｈｚの垂直振動、２９Ｈｚの水平振動、及び可変垂直及び水平加速度で２０×５０ＡＳＺＭ−ＴＥＤＡ炭素粒を使用して非等角（平面的）楕円形フィルタを使用した試験結果を示す。これらの状態において、水平加速度０．４８ｇ、垂直加速度０．４５ｇで最大炭素粒密度７２が得られた。
【００３７】
図６は、水平及び垂直周波数がほぼ同一である、すなわち、垂直振動が３０Ｈｚ、水平振動が２９Ｈｚである時の等角フィルタの振動充填の結果を示す。図６に示されているように、垂直及び水平加速度も変化させた。試験結果から、充填密度が、線７４で示された「吹雪」充填の場合より低く、より高い水平振幅を使用することによって最適化され、水平振幅が高いほど、垂直振幅に対する依存性が低くなることがわかる。
【００３８】
本明細書に開示された楕円等角粒状炭素吸着フィルタの振動充填方法は、吸着剤密度が不十分かつ不均一であること、及び従来型「吹雪充填」方法を使用して作製された楕円等角粒状炭素フィルタで経験される、フィルタの使用中の吸着物質の固化という問題を解決する。このため、楕円等角ガスマスクフィルタを経済的に製造することができ、それにより、主フィルタ２４を装着者の顔面の曲率に一致させ、ガスマスク１２及びフィルタアセンブリ１４のプロフィールを流線形にすることにより、従来型ガスマスクの機能性が向上する。流線形のプロフィールは、フィルタ２４、２６が装着者の視野及び活動（たとえば、火器の照準付け）を妨害するか、または装着者のすぐ近くの物体に接触し、それによっておそらくはフィルタアセンブリ１４を破損させて動作不能にし、装着者に損傷を与える可能性を減じる。吸着フィルタ部材の改良された製造方法は、楕円形等角フィルタ内の粒状活性炭フィルタの所望の濾過能力を与える。
【００３９】
本発明をそれの一定の特定の実施形態に関連して具体的に説明してきたが、これは説明的であって、制限的ではないことに理解されたい。本発明の精神から逸脱することなく、添付の図面及び以上の説明の範囲内で適当な変更及び修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従った主フィルタ及び補助フィルタを有するフィルタアセンブリを備えたガスマスクの分解斜視図である。
【図２】図１の主フィルタの斜視図である。
【図３】本発明に従って図２の主フィルタに粒状炭素吸着剤を充填する際に使用される振動台の概略図である。
【図４】フィルタキャニスタが振動加速度１ｇを受けた時の振動周波数及び振幅間の関係を表すグラフである。
【図５】固定水平周波数及び第１垂直周波数において選択された垂直及び水平振動振幅での粒状炭素吸着剤の最適重量を表すグラフである。
【図６】第２垂直周波数において選択された垂直及び水平振動振幅での粒状炭素吸着剤の最適重量を表すグラフである。
【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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【国際調査報告】
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