(57)【要約】  弁座（２０）と、切削された表面（５７）を有するフラップ（２２）とを含む弁（１４）。切削フラップを使用することによって、フラップ特性を良好に形成して、所望の弁性能を達成することができる。弁フラップは、どのような向きでも閉じた状態を保つと同時に、流体の流れからの最小限の力又は圧力で開くように形成され得る。これらの特性を有する弁により、より効率的に作動することができる弁が提供され得、その弁は、弁の動力源が着用者である呼吸マスク上で使用されるときに特に有益であり得る。【選択図】図７ａ
2014502547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）弁ベースと、
（ｉｉ）前記弁ベースに固定され、かつ切削された表面を有するフラップと、を含む弁。
【請求項２】
前記フラップが可撓性フラップである、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記可撓性フラップが、カンチレバー方式で弁座に取り付けられ、前記可撓性フラップのヒンジ部分において切削される、請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記可撓性フラップが、前記可撓性フラップの自由部分において切削される、請求項２に記載の弁。
【請求項５】
前記可撓性フラップが、前記フラップの第１の主表面上で切削される、請求項４に記載の弁。
【請求項６】
前記フラップが、０．１〜１ミリメートルの深さまで切削される、請求項５に記載の弁。
【請求項７】
前記可撓性フラップが、前記フラップの第２の主表面上で更に切削される、請求項５に記載の弁。
【請求項８】
前記可撓性フラップが、第１の主表面上の前記フラップの前記自由部分において更に切削される、請求項３に記載の弁。
【請求項９】
前記可撓性フラップが、ボタン式で弁座の中央に固定され、前記フラップが、それぞれが前記フラップ上の中心位置から放射状に延びる３つ以上の領域で切削される、請求項２に記載の弁。
【請求項１０】
互いに１２０°オフセットした３つの切削領域が存在する、請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記切削領域が、前記中心位置から外側に放射状に延びる一連の溝を備える、請求項９に記載の弁。
【請求項１２】
前記可撓性フラップが、バタフライ方式で前記弁座に固定され、前記フラップが、前記フラップの少なくとも１つの主表面上の、前記フラップの前記ヒンジ部分において切削される、請求項２に記載の弁。
【請求項１３】
前記ヒンジ部分における前記切削が、互いに概ね平行に、かつ回転軸と平行に延びる２つ以上の溝を含む、請求項１２に記載の弁。
【請求項１４】
前記ヒンジ部分における前記切削が、互いに概ね平行に、かつ回転軸と平行に延びる２つ以上の溝を含む、請求項３に記載の弁。
【請求項１５】
前記弁が、弁座の封止面に面する前記フラップの主表面上で切削され、前記主表面上の前記切削が、前記封止面の形状に対応する、請求項１に記載の弁。
【請求項１６】
弁の製造方法であって、
（ａ）弁ベースを提供する工程と、
（ｂ）切削フラップを前記弁ベースに固定する工程と、を含む、方法。
【請求項１７】
前記フラップを弁座に固定する前に、前記フラップが切削される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記フラップが弁座に固定された後に、前記フラップが切削される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
弁性能を品質検査する工程を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記品質検査工程の後に、前記フラップ材料を更に切削する工程を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記フラップが、前記フラップの前記ヒンジ部分において切削される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ以上の切削領域を有するフラップを使用する呼吸弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁は、ある位置から別の位置への流体の流れを制御できるように設計されてきた。例えば、一部の弁は、一方向への流れを促進すると同時に、反対方向への流れを防止する。この種の弁を効果的に作動させるための主な要件は、弁を通る流体の流れに曝されるとフラップが開き、閉じると良好な封止を形成することである。ヒトの心臓の弁は、フラップ弁の典型的な例であり、設計の優れた簡潔性及び信頼性を十分に実証している。
【０００３】
一部のフラップ弁の設計は、一方向の流れを達成し、フラップ材料のたわみによって提供されるフラップにかかる内部負荷力を用いて閉じるのを確実にして、抗力が弁を開くまでフラップを弁座に接触して保持する。作動方向への流体の流れの抗力を受けて、弁フラップは弁座から外れ、流れ力が止まるまで流れの方向に開く。かかる流れが止まると、フラップの内部負荷力によりフラップは弁座に接触して閉じ、弁を通る逆流を効果的に防止する。
【０００４】
フラップ弁の性能は、開口抗力が作用するとき、フラップの変形特性の影響を受ける。フラップの変形は、フラップの剛性、慣性質量、及び内部負荷によってもたらされる。剛性及び内部負荷は、フラップを開くために必要な曲げ力に寄与し、フラップをその静止（閉鎖）位置から早く動かすために必要な力は、慣性質量に関係している。理想的なフラップ弁は、非制限的な流動状態に対して開き、正確な抗力において圧力損失がなく、抗力がない場合、内部漏出を防止する安定した封止状態に閉鎖する。理想的な弁は、更に、ある弁ユニットから別の弁ユニットまで一貫してこれらのことを行う。弁の設計、原材料特性、及び構造の実行可能性は、弁の性能を、理想的な弁の性能とはかけ離れたものに制約する傾向がある。研究者らは、弁性能の限界を軽減するために、多様な設計及び材料戦略を採用することを示唆してきた（例えば、米国特許第７，１８８，６２２号及び同第７，０２８，６８９号（Ｍａｒｔｉｎら）、米国特許出願第２００９／０１３３７００号（Ｍａｒｔｉｎら）、並びに米国特許第７，３１１，１０４号から同第７，１１７，８６８号（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈら）参照）。これらのアプローチは、弁の設計を理想的な設計に近づけるように前進させたが、最適化のための１つの戦略（即ち、変形特性に影響を与えるためにフラップから表面材料を戦略的に除去する）が考慮されてこなかった。切削による表面材料の除去（即ち、フラップの表面からの、全てではないがいくらかの材料の除去）を用いて、剛性、慣性質量、及び内部負荷を制御することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、（ｉ）弁ベースと、（ｉｉ）弁ベースに固定され、かつ切削された表面を有するフラップとを含む新規な弁を提供する。
【０００６】
本発明はまた、呼吸マスクの新規な製造方法を提供し、その方法は、弁ベースを提供する工程と、切削フラップを弁ベースに固定する工程とを含む。
【０００７】
切削フラップを提供することは、フラップ上の特に所望の領域において剛性及び厚さの特徴を有するようにフラップを調整することができるという点で有益であり、この特に調整された領域は、フラップを最小限の力で開かせることができる、又は、特定の弁の特性を所望のやり方で変更することができる。弁全体の圧力損失が小さく、最小限の力で連続的に開く弁は、動作のために必要なエネルギーが小さくて済む。製品製造中に、特定の品質管理／性能要件を満たすように個々のフラップを調整することができるので、本発明は製造面からも有益であり得る。弁の組立中にフラップの特定部分を切削することにより、品質管理評価の間に、所望の性能要件を満たさないという理由で不合格となる製品が少なくなり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
用語
下記に説明する用語は以下に定義された意味を有する。
【０００９】
「切削」又は「切削された」は、完全に切断しないように表面から除去された部分を有することを意味する。
【００１０】
「清浄な空気」は、汚染物質を取り除くために濾過された、ある体積の大気中の周囲空気を意味する。
【００１１】
「含む（又は、含んでいる）」は、特許専門用語において標準であるその定義を意味し、「備える」、「有する」、又は「含有する」とほぼ同義である制約のない用語である。「含む」、「備える」、「有する」、及び「含有する」、並びにこれらの変形は、一般的に使用される制約のない用語であるが、本発明は、「から本質的になる」などのより狭義の用語を使用して適切に記載されることもでき、これは、用語が関連する主題の性能に対して悪影響を及ぼす物又は要素のみを除外するという点で、制約のない用語に準ずる用語である。
【００１２】
「呼気弁」は、開放して、フィルタ式フェイスマスクの内部気体空間から吐き出された空気が流出できるようにする弁を意味する。
【００１３】
「呼気」は、呼吸マスクの着用者によって吐き出される空気である。
【００１４】
「外部気体空間」は、吐き出された気体が、マスク本体及び／又は呼気弁を通過し、それらを越えた後に入る、周囲大気中の気体空間を意味する。
【００１５】
「フィルタ」又は「フィルタ層」は、材質の１つ以上の層を意味し、その層は、通り抜ける空気流から汚染物質（粒子など）を除去するという主目的に適している。
【００１６】
「濾材」は、層を通過した空気から汚染物質を取り除くために設計された通気性構造体を意味する。
【００１７】
「フラップ」は、弁の動作時に開閉するように設計されたシート状の物品を意味する。
【００１８】
「可撓性フラップ」は、吐かれた気体流によって加えられる力に応答して曲がる又は屈曲することが可能なシート状物品を意味する。
【００１９】
「ハーネス」は、マスク本体を着用者の顔面上で支持する助けとなる構造体又は部品の組み合わせを意味する。
【００２０】
「内部気体空間」は、マスク本体と人の顔面との間の空間を意味する。
【００２１】
「レーザー」は、高指向性の単色光線及びコヒーレント光線を提供する装置を意味する。
【００２２】
「マスク本体」は、少なくとも人の鼻及び口を覆ってフィットすることができ、かつ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通気性構造体を意味する。
【００２３】
「多数」は、５超過を意味する。
【００２４】
「複数」は、２つ以上を意味する。
【００２５】
「呼吸マスク」は、空気が内部気体空間に入る前にその空気を濾過するために、人によって着用される装置を意味する。
【００２６】
「弁座」又は「弁ベース」は、流体が通過する開口部を有し、かつこれらが取り付けられる基材又は物品に隣接して又は接触して配設される弁の一体型部品を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
図中、
【図１】本発明による切削フラップ２２を有する呼気弁１４が上部に配設されているマスク本体１２を有する呼吸マスク１０の正面図。
【図２】図１の呼気弁１４の断面側面図。
【図３】図２に示される弁１４用の弁ベース２０の正面図。
【図４】本発明による呼気弁１４’の代替実施形態の断面側面図。
【図５】ボタン式呼気弁用の弁ベース２０ｂの正面図。
【図６】本発明による呼気弁と共に使用することができる弁カバー４０の斜視図。
【図７ａ】図１〜図４に示される弁又は弁ベースと共に用いられるフラップ２２の拡大斜視図。
【図７ｂ】本発明に関連した用途に適した切削フラップ４４の代替実施形態の斜視図。
【図８】本発明によるボタン式弁と関連して使用することができる切削フラップ６０の正面図。
【図９】本発明によるボタン式又はバタフライ式弁と関連して使用することができる切削フラップ７４の正面図。
【図１０】本発明による片持ち弁に関連して使用することができる切削フラップ７６の別の実施形態の斜視図。
【図１１】本発明によるボタン式弁に関連して使用することができる切削フラップ７６の別の実施形態の正面図。
【図１２】本発明に従ってフラップを切断及び組み立てるためのプロセスの概略図。
【図１３】本発明に従って品質管理プロセスにおいてフラップを切削する方法を示す。
【図１４】本発明によるマスク本体１２の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施において、着用者の快適性を改善し、それに付随して、汚染された環境で使用者がマスクを連続的に着用する可能性を高め得る、新規な濾過フェイスマスクを提供する。本発明は、このようにして作業者の安全性を改善し、個人用呼吸保護装置を着用する作業者などに、長期間にわたる健康上の利点を提供することができる。
【００２９】
図１は、本発明と共に使用することができる濾過フェイスマスク１０の一例を示す。濾過フェイスマスク１０は、ハーネス１３及び呼気弁１４が上部に取り付けられているカップ形状のマスク本体１２を有するハーフマスク（鼻及び口を覆うが目は覆わないため）である。呼気弁は、超音波溶接、グルーイング、接着接合（米国特許第６，１２５，８４９号（Ｗｉｌｌｉａｍｓら）参照）、又は機械的圧締め（米国特許出願第２００１／００２９９５２Ａ１号参照）などの様々な技術を用いて、マスク本体１２に固定することができる。呼気弁１４は、マスク１０の内側の圧力上昇に応じて開き、この圧力上昇は、着用者が息を吐くときに生じる。呼気弁１４は、呼吸と呼吸の間及び吸気中に閉じたままであるのが好ましい。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、ハーネス１３は、ストラップ１５、結び紐、又はマスク本体１２を着用者の顔の上に支持するためにマスク本体に取り付けられる他の任意の好適な手段を含むことができる。本発明と共に使用することができるマスクハーネスの他の例は、Ｂｒｏｓｔｒｏｍらに付与された米国特許第６，４５７，４７３Ｂ１号、同第６，０６２，２２１号、及び同第５，３９４，５６８号、Ｘｕｅらに付与された米国特許第６，３３２，４６５Ｂ１号、Ｂｙｒａｍに付与された米国特許第６，１１９，６９２号及び同第５，４６４，０１０号、並びにＤｙｒｕｄらに付与された米国特許第６，０９５，１４３号及び同第５，８１９，７３１号に示されている。
【００３０】
図１は、弁１４が弁座２０を有し、弁座２０上にフラップ２２が静止部分２５で固定されているところを更に示す。フラップ２２は、呼気中に弁座２０から持ち上がる自由部分２６を有する可撓性フラップであることができる。自由部分２６が、弁座２０と接触していないとき、呼気は、内部気体空間から外部気体空間に移動することができる。呼気は、外部気体空間に直接流入してもよく、又は、例えば、マスクがインパクタ要素（米国特許第６，４６０，５３９  Ｂ１号（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈら）参照）も具備するか、若しくは、フィルタ付き呼気弁（米国特許出願第２００３／０００５９３４Ａ１号及び米国特許出願第２００２／００２３６５１Ａ１号（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈら））を具備する場合、より曲がりくねった通路を通ってもよい。
【００３１】
マスク本体１２は、着用者の顔とマスク本体の内面との間に内部気体空間又は間隙を作り出すように、着用者の顔と離間した関係で人の鼻及び口を覆ってフィットするように適合されている。アルミニウムなどの金属の曲げやすく弾力性のない柔軟なバンドで構成される鼻クリップ１６をマスク本体１２上に配置し、鼻が頬と接するところで着用者の鼻を覆って適合する所望の関係にマスクを保持するように、鼻クリップ１６を付形することができる。好適な鼻クリップの例は、米国特許第５，５５８，０８９号及び米国意匠特許第４１２，５７３号（Ｃａｓｔｉｇｌｉｏｎｅ）に示されている。図示されているマスク本体１２は流体透過性であり、典型的には、開口部（図示せず）を設けてもよく、これは、マスク本体自体を通過することを必要とせずに、呼気が弁１４を通って内部気体空間から流出できるように、呼気弁１４がマスク本体１２に取り付けられる場所に配置される。マスク本体１２上における開口部の好ましい位置は、マスクが着用されたときに着用者の口がある場所の直ぐ前方である。開口部、したがって呼気弁１４をこの位置に配置することにより、弁は、呼気流からの力又は運動量に応答してより容易に開くことが可能になる。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の露出面全体が、吸気に対して流体透過性がある。
【００３２】
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（Ｄｙｒｕｄら）も参照）、又はこれは所望される他の形状を呈してもよい。例えば、マスク本体は、米国特許第４，８２７，９２４号（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈ）に開示されるフェイスマスクのような構成を有する、カップ形状のマスクであり得る。マスクはまた、使用しないときには折り畳むことができるが、着用時にはカップ形状の構成に開くことができる三つ折り形状を有することができる（米国特許第６，４８４，７２２Ｂ２号及び同第６，１２３，０７７号（Ｂｏｓｔｏｃｋら）、並びに米国意匠特許第４３１，６４７号（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎら）及び同第４２４，６８８号（Ｂｒｙａｎｔら）参照）。本発明のフェイスマスクは更に、米国意匠特許第４４８，４７２Ｓ号及び同第４４３，９２７Ｓ号（Ｃｈｅｎ）に開示されている平らな二つ折りマスクなどの多くの他の形状を呈してもよい。マスク本体はまた、流体不透過性であり得、例えば、米国特許第６，２７７，１７８Ｂ１号（Ｈｏｌｍｑｕｉｓｔ−Ｂｒｏｗｎら）又は同第５，０６２，４２１号（Ｂｕｒｎｓ及びＲｅｉｓｃｈｅｌ）に示されるマスクのように、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し得る。加えて、マスク本体は更に、前述したような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れ得る。陽圧マスクの例は、米国特許第６，１８６，１４０  Ｂ１号（Ｈｏａｇｕｅ）、同第５，９２４，４２０号（Ｇｒａｎｎｉｓら）、及び同第４，７９０，３０６号（Ｂｒａｕｎら）に示されている。これらのマスクは、ユーザーの腰周りに着用される動力付き空気浄化呼吸マスク本体に接続されてもよい（例えば、米国意匠特許第４６４，７２５号（Ｐｅｔｈｅｒｂｒｉｄｇｅら）参照）。濾過フェイスマスクのマスク本体は、例えば、米国特許第５，０３５，２３９号及び同第４，９７１，０５２号に開示されるような、着用者に清浄な空気を供給し得る自給式呼吸器に接続されることもできる。マスク本体は、着用者の呼吸系に加えて着用者の視覚に保護を提供するために、着用者の鼻及び口のみを覆うだけでなく（「ハーフマスク」と称される）、目も覆うことができる（「フルフェース」と称される）（例えば、米国特許第５，９２４，４２０号（Ｒｅｉｓｃｈｅｌら）参照）。
【００３３】
マスク本体は、着用者の顔から離間してもよく、又は着用者の顔に対して面一に若しくはごく接近して存在してもよい。どちらの場合も、マスクは、呼気がマスク内部から呼気弁を通って流出する前に流入する内部気体空間を画定するのを助ける。マスク本体はまた、適切なフィットが確立されているか否かを着用者が容易に確認できるようにするために、その周辺部に示温性のフィット表示シールを有し得る（米国特許第５，６１７，８４９号（Ｓｐｒｉｎｇｅｔｔら）を参照のこと）。
【００３４】
図２は、可撓性フラップ２２が閉鎖位置にあり、封止面２４上で停止している状態と、開放位置にあり、点線２２ａで表されるように表面２４から離れて持ち上がっている状態を示す。流体は、概ね矢印３４によって表示される方向に弁１４を通過する。マスク内部から呼気を排出するために、濾過フェイスマスク上の弁１４を使用する場合、流体の流れ３４は呼気流を表す。弁１４を吸気弁として使用する場合、流体の流れ（flow stream）３４は吸気流を表す。弁開口部を通過する流体は可撓性フラップ２２に力を加え（又は、流体の運動量を可撓性フラップ２２に伝達し）、フラップ２２の自由部分２６を封止面２４から持ち上げて、弁１４を開かせる。弁１４が呼気弁として使用されるとき、弁は、好ましくは、マスク１０が図１に示されるように直立に位置決めされるとき、可撓性フラップ２２の自由部分２６が静止部分２５より下に位置するような向きでフェイスマスク１０上に配置される。これによって、呼気を下方にそらせ、着用者の眼鏡類上で水分が凝縮することを防止できる。
【００３５】
図３は、フラップが取り付けられていない状態で正面から見た弁座２０を示す。弁開口部３０は、封止面２４から内側に半径方向に配置され、封止面２４、及び最終的には弁１４を安定化させる交差部材３５を有することができる。交差部材３５はまた、吸気している間、可撓性フラップ２２（図２）が反転して開口部３０の中に入ることを防止することができる。交差部材３５上に蓄積する水分は、フラップ２２の開放の妨げになる可能性がある。したがって、フラップに面する交差部材３５の表面は、側面から見るとき、弁開放の妨げにならないように、好ましくは、僅かに封止面２４より下に窪んでいるが、封止面と同一平面上にあってもよい。
【００３６】
封止面２４は、開口部３０に外接するか、又はそれを取囲み、弁が閉鎖しているとき、汚染物質が開口部を通過することを妨げる。封止面２４及び弁開口部３０は、正面から見るとき、本質的にあらゆる形状を呈することができる。例えば、封止面２４及び開口部３０は、正方形、矩形、円形、楕円形などであってよい。封止面２４の形状は、開口部３０の形状と一致する必要はなく、開口部３０の形状も、封止面２４の形状と一致する必要はない。例えば、開口部３０は円形であってもよく、封止面２４は長方形であってもよい。しかしながら、封止面２４及び開口部３０は、流体の流れる方向に向かって見るとき、好ましくは、円形の断面を有する。
【００３７】
弁座２０の大部分は、例えば射出成形技術を用いて一体型の一片の本体に成形される、比較的軽量のプラスチックから作製され、弾性封止面がこの弁座に接合される。可撓性フラップ２２と接触する封止面２４は、良好な封止が生じることを確実にするために、実質的に均一に平滑であるように形作られるのが好ましい。封止面２４は、封止隆起部２９（図２）の頂部にあってもよく、又は弁座自体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大きい幅を有するが、凝縮した水分又は排出された唾液によって生じる接着力により、可撓性フラップ２２が著しく開きにくくなるほど幅広ではない。フラップが封止面の全周で封止面に接触することを容易にするようにフラップが封止面と接触する、封止面の接触領域は、好ましくは、凹状に湾曲している。弾性封止面がない弁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（Ｊａｐｕｎｔｉｃｈら）に更に完全に記載されている。
【００３８】
図４は、呼気弁１４’の別の実施例を示す。図２に示される実施形態とは異なり、この呼気弁は、側面から見るとき、フラップ保持面２７’と整列している平面状の封止面２４’を有する。そのため、図４に示されるフラップは、可撓性フラップ２２にかかるあらゆる機械的な力又は内部応力によって、封止面２４’の方に押圧されない、又はそれに押し当てられない。フラップ２２は、「中立状態」で、すなわち、弁を通過する流体がないとき、そうでなければフラップが重力以外の外力を受けないとき、封止面２４’の方に予荷重がかからないか又は付勢されないため、フラップ２２は、呼気している間、更に容易に開くことがきる。本発明に従って弾性封止面を使用するとき、フラップは封止面２４’と接触するように付勢されなくてもよい又は押し動かされなくてもよいが、場合によっては、このような構成が所望され得る。そのため、本発明は、既知の市販の製品のフラップより剛性の高い可撓性フラップを使用してもよい。フラップは、重力が本質的にフラップにかかっているとき、付勢されていない状態で、著しく垂下して封止面２４’から離れないほどの剛性があってもよく、弁は、フラップが封止面より下に配置されるような向きに配置される。したがって、図５に示される呼気弁１４’は、どのような向きであっても（着用者が頭を床の方に下方に傾けるときなど）、フラップを封止面の方に付勢（又は実質的に付勢）することなく、フラップ２２が封止面と良好に接触するように形成され得る。したがって、剛性のあるフラップは、弁がどのような向きであっても、弁座封止面の方にプレストレス又は付勢力がほとんど又は全くない状態で、封止面２４’と気密型の接触をし得る。中立状態で弁が閉鎖している間に封止面にフラップが押し当てられることを確実にするための、所定の相当な応力又は力がフラップにかからないと、呼気している間、フラップは更に容易に開くことができ、そのため、呼吸時に弁の作動に必要とされる力を低減することができる。
【００３９】
図５は、本発明のボタン式弁と関連して使用するのに適した弁座２０ｂを示す。片持ち弁フラップと関連して使用するように形成された弁座２０（図３）と異なり、弁座２０ｂは、位置３２’で中央に取り付けられた可撓性フラップを有する。これにより、呼気している間、フラップの周囲の本質的にあらゆる部分が封止面から持ち上がることができる。片持ちフラップでは、静止部分と反対側のフラップの末端部が、呼気している間に封止面から持ち上がるフラップの部分である。対照的に、ボタン式弁では、この周辺のあらゆる部分が、呼気している間に封止面から持ち上げられることができる。従来のボタン式弁では、弁フラップ全体が本質的に同じ厚さを有するように構成された。このため、呼気している間に周辺の全ての部分が弁フラップから持ち上げられ得るわけではないので、フラップは呼気している間の抵抗領域を形成した。以下に記載されるように、本発明のフラップは、ボタン式弁と共に用いられる場合、より薄い領域とより厚い領域とを形成するために弁フラップの表面から切削される選択領域を有することができ、それにより、フラップは、特定の部分又は領域において選択的に曲がる。そのため、中心に取り付けられたボタン式フラップに関連して切削技術を用いることにより、開くこと対する抵抗を減少させることができる。これにより、圧力損失をより小さくして、着用者の快適性を改善することができる。
【００４０】
図６は、他の図に示される呼気弁と関連して使用するのに適し得る弁カバー４０を示す。弁カバー４０は内部チャンバを画成し、可撓性フラップは、閉鎖位置から開放位置へと内部チャンバ内に移動することができる。弁カバー４０は、可撓性フラップが損傷を受けないように保護することができ、また、呼気を着用者の眼鏡から離れて下方へと方向づけるのを支援することができる。図のように、弁カバー４０は、弁カバーによって画成された内部チャンバから呼気を逃がすための複数の開口部４２を有し得る。開口部４２を通って内部チャンバから流出する空気は、好ましくは、着用者の眼鏡類から離れるように下向きに外部気体空間に入る。弁カバーは、摩擦、クランプ留め、グルーイング、接着接合、溶接等などの様々な技術を用いて弁座に固定され得る。
【００４１】
図７ａは、第１及び第２の対向する末端部４６及び４８と、第１及び第２の対向する側部５０及び５２とを有する弁フラップ２２を示す。フラップ２２は矩形形状を有し、図７ｂに示されるフラップ４４は台形形状を有する。フラップ２２、４４は更に、フラップのヒンジ領域５６に位置する切削領域５４を含む。図７ｂに示されるフラップは、呼気流の運動量に起因するフラップの曲げモーメントに曝される材料を低減するために使用され得る。切削領域５４は、フラップ材料の第１の主表面５７に切り込まれた多数の溝５８を備える。溝５８は、フラップが開閉する間にそこを中心にフラップが曲がる、旋回する、又は回転する軸に平行に切り取られる。溝はそれぞれ、フラップの厚さの約１０〜９０％、より典型的には全フラップ厚さの２０〜７０％であり、約５〜１５ｍｍの長さを有する。呼気弁に関し、溝の深さは約０．１〜１ミリメートル（ｍｍ）、より一般的には深さ０．２〜０．４ｍｍであり得る。溝は、約０．１〜１ｍｍ、より典型的には０．２〜０．３ｍｍ離間され得る。本文献にて記載される切削フラップの他の実施形態と同様に、フラップの主表面の一方又は両方が切削されてもよい。フラップ２２、４４のヒンジ端部４６には、アンカー孔５９が設けられる。
【００４２】
図８は、ボタン式弁座（図５参照）と共に使用するのに適した円形フラップ６０を示す。このフラップ６０も同様に、切削領域６２と非切削領域６４とを有する。従来のボタン式弁が開くと、弁が放射状であることから、フラップはその全周６６に沿って開かないように抵抗する。したがって、フラップ６０の一部又はセグメントのみが、使用中に封止面から持ち上がる傾向がある。本明細書で例示されるフラップ６０は、この「開くことに対する抵抗問題」を軽減することができる。フラップ６０の切削領域６２の材料は少ないので、これらの領域における曲げが助長され、使用中にフラップの全周６６が封止面から持ち上げられるのが可能にとなり得る。切削領域６２はその両側が境界線６８及び７０で囲まれており、この境界線は、フラップ６０の中心７２から周辺６６へと進むにつれて互いに離れる。切削領域は、フラップの主表面の一方の全表面積の約５〜８０％を占めてもよく、一般に、互いに対して１２０°で放射状に外向きに延在していてもよい。
【００４３】
図９は、中央に取り付けられる弁フラップ７４を示しており、切削領域７６、７８は周辺に向かって反対方向に（すなわち、互いに対して１８０°で）延在している。このように、切削領域は、フラップ７４を真っ直ぐに横切って直線状に延在する。その結果、フラップは、切削領域が延在する方向に平行な軸を中心に曲がる。かかる切削構成を用いると、弁フラップ７４は、使用中にバタフライ様式で曲がることができる。この実施形態では、弁フラップ７４は円形である必要はなく、静止時にフラップ７４の主表面の平面内にある切削領域の延在方向に垂直な方向がより長くなってもよい。切削領域は、フラップの曲げ長さの約１０〜９０％及び径方向の長さの約５〜８０％であり得る。
【００４４】
図１０は、本発明の弁に関連して用いることができるフラップ７６の更に別の実施形態を示す。この例では、切削領域は、フラップのヒンジ領域となることが意図される場所に位置していない。切削領域７８は、むしろ、フラップの自由部分８０の中心に、静止部分８０と離間した関係で位置している。このフラップ７６の自由部分は、流体不透過性を維持するのに十分な厚さを有していれば十分であり、この自由部分内のフラップの重量は、大幅に低減されてもよく、それにより（移動させなければならない重量が軽いので）より小さな力でフラップを開くことが可能となり得る。図に示されるように、切削領域７８は、切削されていない縁部領域８２で囲まれる。切削されていない縁部領域に沿って厚さが増加することにより、フラップは、フラップ７６のこの部分の下又はこの部分に隣接して存在する弁の封止面と、より良好に係合することができる。段差を有する蓋のように封止面上にぴったり合うフラップを形成するために、切削は、フラップが封止面と接触するフラップの下面、つまり第２の主表面上で行われてもよい。かかる切削は、第２の主表面上に溝を形成することになり、この溝は、２つの部品間に相補的な嵌合が存在するように、封止面のパス又は形状に追従する又は対応する。
【００４５】
図１１は、切削領域が中心８６から均等に離間した距離で放射状に延びている、ボタン式弁用のフラップ８４の別の実施形態を示す。概ね一定の厚さを有する多数の切削領域が存在する。これら切削領域は、それぞれ、中心８６から周辺９０に向って直線状に延びる溝８８を有して形成され得る。溝８８のそれぞれは、本文献の他の箇所で言及される溝と同様の深さ及び厚さを有し得る。
【００４６】
レーザー切断及びレーザーアブレーションを用いる自動化した方法を用いて、本発明のフラップ弁組立体の組み立て及び性能認定を行うことができる。図１２及び図１３は、最終商品において（呼吸保護などの点で）非常に安定した弁性能が求められるときに有利に採用することができる一連の工程を示す。図１２は、この方法に対してインライン手法を例示しているが、回転装置又はタレット装置でも工程を実施することができる。この方法で用いられる構成要素の通常の向き又は装置にかかわらず、組み立て及び検定の２つの基本段階が示されている。
【００４７】
図１２で、弁フラップ材料１１１の連続ストリップがロール１１０から巻き出され、弁座１１５まで運ばれる。弁座１１５及びフラップ材料１１１は同じ速度で移動しながら、弁座１１５がフラップ材料の連続ストリップ１１１まで案内される。真空源１１６を使用してフラップストリップ１１１を弁座１１５まで引き寄せ、フラップストリップ１１１を適切な位置合わせで保持する。弁フラップ材料１１１のストリップと弁座１１５が適切に配向されると、レーザー１１８を使用してストリップ１１１からフラップ１２０を正確に切断し、新たに分離したフラップ１２０が弁座１１５上に位置付けられるようにする。この段階で、レーザー１１８は、フラップ１２０に任意のアンカー孔及び／又は整列孔を更に開けてもよい。次に、弁フラップ１２０が弁座１１５の適切な位置に固定される。真空１１６からの引き寄せ力を除去することができる。弁組立体が次のステーション１１７に進むと、フラップストリップの材料１１３の未使用の部分が弁組立体１２２から切り離される。更にこの段階で、弁保護カバーが弁組立体に固定され得る。
【００４８】
図１３で、弁１２２の作動性能が評価され、レーザーアブレーションを用いて調整される。弁の検定段階は、弁の作動特性を評価し、更にレーザーアブレーションを用いてこの作動を調整する。所望の弁作動を達成するために必要な場合には、フラップのヒンジ部分又は自由部分において切削を行う。組み立てられた弁は、一連の評価、修正、及び確認工程を通って移動し得る。第１の工程において、組み立てられた弁１２２は、制御された容積流量の流体の流れ１２３に暴露される。次に、１３１で、流体の流れへの暴露に対する弁の応答を判定するために、例えば、機械視覚（コンピュータ解釈による光学観測）を用いてフラップの作動を監視する。暴露に対する応答は、コンピューターアルゴリズムを用いて解析することができ、作動モデルと比較することができる。弁組立体が次の段階１２６に移動すると、コンピュータは、接続されたレーザー１２８を用いて弁フラップ１２０の制御切削を促進する。第２段階１２６で、機械視覚１３２はフラップの作動をリアルタイムに評価する。弁１２２が流体に暴露されている状態で、コンピュータはレーザー１２８を方向づけて、適切な作動プロファイルが達成されるまでフラップを切削する。正確な作動が達成されたら、切削を中止する。適切に作動していると評価されない場合には、この部品は自動的に除去されることになる。このプロセスの最終段階において、機械視覚１３３を用いて、無負荷のフラップ（flat）が弁座に適切に再装備されていることを確かめて、この検定段階を終了する。このプロセスの検定段階は、弁組立体上に弁カバーを有する状態又は有さない状態で完了してもよい。弁カバーが取り付けられる場合には、機械視覚の適切な視線を可能にする設備、及びレーザーアブレーションビームに対して透過的である領域が提供されなくてはならない。
【００４９】
記載の方法を採用することで、幅広い重要な用途用の弁の連続組み立て、性能評価、評価緩和、及び検定が可能となる。動作の順番の多くのバリエーションが想定され得る。この方法の組み立て段階のアプローチと関係なく、基礎的な検定段階を採用してもよく、レーザーアブレーション以外の様々な技術を用いて切削を実施してもよい。例えば、アブレージョン、マイクロマシニング、水ジェット等を用いてもよい。
【００５０】
図１４は、組み立てられた弁を上部に取り付けることができる呼吸マスク本体１２の断面を示す。マスク本体１２は、内側の成形層１７及び外側のフィルタ層１８などの多数の層を含み得る。成形層１７は、マスク本体１２に対する構造、及びフィルタ層１８に対する支持を提供する。成形層１７は、フィルタ層１８の内側及び／又は外側（あるいは両側）に位置決めされることができ、例えば、熱接着性繊維の不織布ウェブから製造されて、カップ形状の構成に成形されることができる（米国特許第４，８０７，６１９号（Ｄｙｒｕｄら）及び同第４，５３６，４４０号（Ｂｅｒｇ）参照）。成形層１７は、多孔質層、又は、米国特許第４，８５０，３４７号（Ｓｋｏｖ）に開示されている成形層のような、軟質プラスチックの開口加工が施された「魚網」タイプの網状組織からも作製することができる。成形層は、Ｓｋｏｖ又は米国特許第５，３０７，７９６号（Ｋｒｏｎｚｅｒら）に記載されているような既知の手順に従って成形され得る。成形層１７は、マスクに構造を提供し、かつフィルタ層に対する支持を提供することを主目的として設計されるが、成形層１７は、典型的には大きな粒子を捕捉するためのフィルタとしても機能し得る。層１７及び１８は一緒になって、吸気フィルタ要素として動作し得る。
【００５１】
フィルタ層は、任意により、米国特許第５，８０４，２９５号及び同第５，７６３，０７８号（Ｂｒａｕｎ）に記載されているように波形化することができる。マスク本体１２も同様に、フィルタ層１８を切削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から抜ける可能性があるあらゆる繊維を保持することができる、内側及び／又は外側カバーウエブ（図示せず）を含み得る。カバーウェブも濾過能を有することができるが、典型的には、フィルタ層１８ほど良好でない、及び／又はマスクをより着心地よくするのに役立ち得る。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有するスパンボンド繊維などの不織繊維状材料から製造され得る（例えば、米国特許第６，０４１，７８２号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄら）、同第４，８０７，６１９号（Ｄｙｒｕｄら）、及び同第４，５３６，４４０号（Ｂｅｒｇ）参照）。
【００５２】
着用者が吸気するとき、空気がマスク本体を通って引き込まれ、浮遊粒子が、繊維間、特にフィルタ層１８の繊維間の隙間の中に捕捉される。図２に示す実施形態において、フィルタ層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、フィルタカートリッジのように、後にマスク本体に取り付けられる（又はマスク本体から取り外される）品目ではない。
【００５３】
図１に示されるマスク１０のような負圧ハーフマスクの呼吸マスクにおいて一般的な濾材は、多くの場合、帯電超極細繊維の、特にメルトブロウン超極細繊維（ＢＭＦ）の交絡ウェブを含む。超極細繊維は、典型的には約２０マイクロメートル（μｍ）以下の平均有効繊維直径を有するが、一般的には約１〜約１５μｍであり、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，Ｃ．Ｎ．，Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  １Ｂ  １９５２に記載されている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Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．４３６４  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｖａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  Ｍａｙ  ２５，１９５４，ｅｎｔｉｔｌｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ  ｂｙ  Ｗｅｎｔｅ，Ｖａｎ  Ａ．，Ｂｏｏｎｅ，Ｃ．Ｄ．，ａｎｄ  Ｆｌｕｈａｒｔｙ，Ｅ．Ｌ．に記載されているように形成することができる。メルトブロウン繊維ウェブは、均一に調製されることができ、米国特許第６，４９２，２８６Ｂ１号及び同第６，１３９，３０８号（Ｂｅｒｒｉｇａｎら）に記載のウェブのような多層を含み得る。ウェブにランダムに絡め取られる場合、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し得る。電荷は、例えば、米国特許第６，４５４，９８６Ｂ１号及び同第６，４０６，６５７Ｂ１号（Ｅｉｔｚｍａｎら）、同第６，３７５，８８６Ｂ１号、同第６，１１９，６９１号、及び同第５，４９６，５０７号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄら）、同第４，２１５，６８２号（Ｋｕｂｉｋら）、並びに同第４，５９２，８１５号（Ｎａｋａｏ）に記載されている技術を用いて、繊維ウェブに付与することができる。
【００５４】
マスク本体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、米国特許第５，７０６，８０４号（Ｂａｕｍａｎｎら）、同第４，４１９，９９３号（Ｐｅｔｅｒｓｏｎ）、米国再発行特許第２８，１０２号（Ｍａｙｈｅｗ）、米国特許第５，４７２，４８１号及び同第５，４１１，５７６号（Ｊｏｎｅｓら）、並びに同第５，９０８，５９８号（Ｒｏｕｓｓｅａｕら）に開示されている。こうした繊維は、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することができ（米国特許出願４，８７４，３９９号（Ｊｏｎｅｓら）及び同第６，０５７，２５６号（Ｄｙｒｕｄら）参照）、また、濾過性能を高めるために、フッ素原子及び／又は他の添加剤を含有することも可能であり（米国特許第６，４３２，１７５Ｂ１号、同第６，４０９，８０６Ｂ１号、同第６，３９８，８４７Ｂ１号、同第６，３９７，４５８Ｂ１号（Ｊｏｎｅｓら）、並びに同第５，０２５，０５２号及び同第５，０９９，０２６号（Ｃｒａｔｅｒら）参照）、また、性能を改善するために、低濃度の抽出性炭化水素を有することもできる（米国特許第６，２１３，１２２号（Ｒｏｕｓｓｅａｕら）参照）。繊維性ウェブは更に、米国特許第４，８７４，３９９号（Ｒｅｅｄら）、並びに同第６，２３８，４６６号及び同第６，０６８，７９９号（共にＲｏｕｓｓｅａｕら）に記載されているように、高い耐油性ミスト性を有するように製造されてもよい。
【実施例】
【００５５】
流量固定具
流量固定具を用いて、弁の圧力損失試験を行った。流量固定具は、アルミニウム取付板及び固定された空気プレナムを通して空気を特定の流量で弁に提供する。試験中、取付板は弁座を受容し、しっかりと保持した。アルミニウム取付板は、弁ベースを受容するその頂面に僅かな窪みを有した。窪みの中心には、２８ミリメートル（ｍｍ）×３４ｍｍの開口部があり、空気はそれを通って弁に流れることができた。接着面のある発泡材を利用し、これを窪み内の出っ張りに取り付け、弁ベースと板との間に気密性の封止を提供した。２本のクランプを使用して弁座の先端及び後部を捕捉し、アルミニウム取付板に固定した。半球形のプレナムを通して空気を取付板に提供した。呼吸マスクのキャビティ形状及び体積を模擬するように、取付板を半球の頂部又は頂点でプレナムに固定した。半球形のプレナムの深さは約３０ｍｍであり、８０ｍｍのベース直径を有した。供給ラインからの空気は、プレナムのベースに取り付けられ、流量固定具を通して所望の流量を弁に提供するように調整された。生成した気流で、プレナム内の空気圧を測定し、試験弁にわたる圧力損失を決定した。
【００５６】
圧力損失試験
前述のように流量固定具を使用して、試験弁の圧力損失測定を行った。毎分１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、及び８５リットル（Ｌ／分、本明細書ではｄｍ３／分とも表す）の流量で、弁全域の圧力損失を測定した。弁を試験するため、弁座が流量固定具のベースで水平に配置され、弁開口部が上を向くようにして、試験試料を流量固定具に取り付けた。弁を取り付ける間、固定具と弁本体の間に空気のバイパスがないことを確実にするように注意した。一定の流量に対して圧力計を較正するため、最初にフラップを弁本体から取り外し、所望の気流を生成した。次いで、圧力計をゼロに設定し、システムを較正した。この較正工程の後、弁本体上にフラップを位置決めし直し、空気を特定の流量で弁入口に送り、入口の圧力を記録した。フラップがちょうど開放し、最小限の流量が検出される点における圧力を測定することによって、弁開放圧力損失（流量ゼロでフラップの開放が開始する点の直前）を決定した。圧力損失は、弁への入口圧力と周囲空気との差であった。
【００５７】
（実施例１）
実施例１は、本発明の切削フラップを有する弁の実施例を表す。この実施例の弁のフラップは、厚さ０．４６ｍｍのポリイソプレンゴムの押出シート（Ｆｕｌｆｌｅｘ，Ｉｎｃ．（Ｂｒａｔｔｌｅｂｏｒｏ，ＶＴ）より入手可能）から形成した。ゴムシートを図７ｂに示される形状に切断した。フラップ４４は、狭い方の末端部４６が１７．６ｍｍ、及び幅広の末端部４８が２２．４ｍｍであった。幅広の末端部から狭い末端部までのフラップの長さは２５ｍｍであった。フラップは、フロー試験装置への取り付けを容易にするために、フラップの狭い末端部に開けられた直径２ｍｍの２つのアンカー孔５９を有した。図のように、孔５９は狭い末端部及びフラップの側部から２ｍｍ中心に寄っていた。切削されたヒンジゾーン５８を、フラップの狭い末端部４６に形成した。ヒンジゾーン５８は、フラップの狭い末端部で始まり、フラップの広い末端部に向って５．５ｍｍ延びていた。ヒンジゾーンの幅は１０ｍｍであり、フラップの側部の間の中心にあった。ヒンジゾーン５８は、等間隔で離間した材料のチャネル又は溝を切削するレーザーを用いて形成された。切削ゾーン５８の中のチャネルは、フラップの幅に平行に並び、長さ１０ｍｍ、幅０．２５ｍｍであり、０．２５ｍｍ離間していた。切削を行うために使用したレーザーは、１０．６マイクロメートル波長のＤｉａｍｏｎｄ  Ｅ４００モデル（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｉｎｃ．（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）より入手可能）であった。レーザーの最大出力は６００ワット（Ｗ）であり、５０Ｈｚ及び１０％出力で作動させた。フラップをレーザー源から約３５０ｍｍ離して向きを定め、約６０ｍｍ／秒の速度で切削した。
【００５８】
こうして調製されたフラップの狭い末端部を流量固定具に取り付け、様々な流量で圧力損失を評価した。結果を表１に示す。
【００５９】
（実施例２）
レーザーを１２％出力で作動させたことを除き、実施例１と同様に実施例２を形成して試験した。
【００６０】
比較例Ａ
実施例Ａは、実施例１及び２の非切削対照を表す。
【表１】
2014502547.tif 000003
【００６１】
実施例のフロー試験によって示されるように、本発明の弁は、非切削対照に比べて、開くことに対する抵抗が少なく、全ての範囲の流量で圧力損失が減少した。低い開放圧力及び定常状態の圧力損失は、適切に切削されたフラップを使用する弁を作動させるために必要な労力が少なくて済むことを示す。これにより、フラップ弁の性能を変更するために切削を用いることができるということだけでなく、利益が得られる方法で用いることができることが証明された。データはまた、単に切削レーザーの出力を変化させるだけで、フラップ弁の作動特性を調整できることも示している。
【００６２】
本発明には、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な改変及び変更を行うことができる。したがって、本発明は上記の記載によって限定されるものではないが、以下の「特許請求の範囲」及びそのあらゆる均等物において記載される限定条件によって規制されるものである。
【００６３】
更に本発明は、ここに具体的に開示されていない要素がなくとも適切に実施可能であり得る。
【００６４】
上記に引用した全ての特許及び特許出願は、「背景技術」の項目において記載されるものを含め、その全容にわたって本文書に援用するものである。そのような組み込まれる文献の開示と上記明細書との間に不一致又は矛盾がある限りにおいては、上記明細書が優先する。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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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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【図１４】
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【国際調査報告】
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