(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするようにしたマスクボデーと、
（ｂ）該マスクボデーに取り付けられる排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
上記排気弁が、
（ｉ）オリフィス、当該オリフィスを囲むシール面、フラップ保持面を備える弁座と、
（ii）静止部、唯一の自由部、及び静止区域と自由区域を含む周辺端部を有する単一の可撓性フラップであって、上記周辺端部の静止区域は、上記可撓性フラップの静止部と協働して呼気中に実質的に同じ位置に静止し続け、上記周辺端部の自由区域は、上記可撓性フラップの唯一の自由部と協働して呼気中に移動可能であり、上記弁を垂直な状態で前方から見たときに上記周辺端部の自由区域が上記静止区域の下方に位置している可撓性フラップと、を有し、
上記可撓性フラップは、上記オリフィスの中心から外れた上記フラップ保持面で上記弁座に保持され、上記フラップ保持面と弁座とは直線的な配置ではなく、閉鎖位置で側面から見たときに少なくとも前記唯一の自由部の断面が曲線状となるように相対的に配置され、上記直線的でないフラップ保持面とシール保持面との相対的な配置はさらに、当該マスクの被装着者が呼気も吸気もしていないときに可撓性フラップの上記唯一の自由部が上記シール面に押し付けられることを可能にし、呼気中には可撓性フラップの上記唯一の自由部がシール面から離れて持ち上げられることを可能にする顔面用濾過マスク。
【請求項２】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするようにしたマスクボデーと、
（ｂ）該マスクボデーに取り付ける排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
上記排気弁が、
（ｉ）オリフィス、当該オリフィスを囲むシール面、フラップ保持面を備える弁座と、
（ii）静止部、唯一の自由部、及び静止区域と自由区域を含む周縁端部を有する単一の可撓性フラップであって、上記周縁端部の静止区域は、上記可撓性フラップの静止部と協働して呼気中に実質的に同じ位置に静止し続け、上記周縁端部の自由区域は、上記可撓性フラップの唯一の自由部と協働して呼気中に移動可能であり、上記弁を垂直な状態で前方から見たときに上記周縁端部の自由区域が上記静止区域の下方に位置している可撓性フラップと、を有し、
上記可撓性フラップは、上記フラップ保持面において上記周縁端部の自由区域よりも静止区域に接近して上記弁座に保持され、上記フラップ保持面と弁座とは直線的な配置ではなく、閉鎖位置で側面から見たときに少なくとも前記唯一の自由部の断面が曲線状となるように相対的に配置され、上記フラップ保持面における上記可撓性フラップの保持は、当該マスクの被装着者が呼気も吸気もしていないときには可撓性フラップの上記唯一の自由部が上記シール面に押し付けられることを可能にし、呼気中は可撓性フラップの上記唯一の自由部が上記シール面から離れて持ち上げられることを可能にする顔面用濾過マスク。
【請求項３】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするよう形成され、通過エアを濾過する少なくとも１つのフィルター材料の層を備えるマスクボデーと、
（ｂ）該マスクボデーに取り付けられる排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
上記排気弁が、
（１）（ｉ）シール面、
（ii）該シール面に囲まれたオリフィス、
を備える弁座と、
（２）静止部、唯一の自由部、及び静止区域と自由区域とを含む周縁端部を有する、上記弁座に取り付けられた可撓性フラップであって、上記可撓性フラップ周縁端部の静止区域は、当該フラップの静止部と協働して呼気中に静止し続け、上記フラップ周縁端部の自由区域は、上記可撓性フラップの自由部と協働して呼気中に上記シール面から離れて持ち上げられ、上記顔面用濾過マスクが被装着者に装着されたときに上記自由区域が上記静止区域の下方に位置し、上記可撓性フラップは、当該フラップが上記弁座に接して当該フラップに流体の移動による外部からの力が何ら加わらないときに上記弁座上に位置している可撓性フラップと、
（３）上記弁座の上方に配置される弁カバーであって、
（ｉ）呼気中に上記可撓性フラップの自由部が上記シール面から持ち上げられるときの流体流れ通路に直接配置される開口、
（ii）上記フラップ周縁端部の静止区域上よりも上記フラップ周縁端部の自由区域上の側でより大きく上記弁座から離れている流体不浸透性天部、を備える弁カバーと、から構成されている顔面用濾過マスク。
【請求項４】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするよう形成され、通過エアを濾過する少なくとも１つのフィルター材料の層を備えるマスクボデーと、
（ｂ）該マスクボデーに取り付けられる排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
上記排気弁が、
（１）（ｉ）シール面、
（ii）該シール面に囲まれたオリフィス、
を備える弁座と、
（２）上記弁座に支持される単一の可撓性フラップであって、呼気中に実質的に静止し続ける静止部、および呼気中に上記シール面から離れて自由に持ち上げられる自由部を備え、当該可撓性フラップが、当該フラップに流体の移動による外部からの力が何ら加わらないときに当該フラップが閉鎖位置になるよう上記弁座上に位置しているものと、
（３）上記弁座の上方に配置される弁カバーであって、
（ｉ）呼気中に呼気エアが通過する開口、
（ii）上記弁カバーの開口へ進むにしたがって高さが増加する流体不浸透性天部、を備える弁カバーと、
から構成されている顔面用濾過マスク。
【請求項５】
顔面用濾過マスクであって、
（ａ）マスクボデーと、
（ｂ）該マスクボデーに取り付けられる排気弁であって、オリフィス、シール面を有する弁座、静止部と自由部を備えた可撓性フラップを備え、上記可撓性フラップの静止部は呼気中に流体が上記オリフィスを通過する間に実質的に静止し続け、上記自由部は上記流体からの力によって上記シール面から離れて持ち上げられる排気弁と、
（ｃ）上記弁座に取り付けられる弁カバーであって、呼気中に上記可撓性フラップがシール面から持ち上げられ、該弁カバー及び／又は可撓性フラップ上に湿気が存在するときに、当該可撓性フラップの自由部が上記弁カバーに付着することを阻止する手段を備えている弁カバーと、
から構成されている顔面用濾過マスク。
【請求項６】
上記付着を阻止する手段が、上記弁カバーの天部内側に配置されたリブである、請求項５の顔面用濾過マスク。
【請求項７】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするよう形成され、該顔面用濾過マスクの被装着者により吸気される前に吸気エアが通過することができる濾過層を備えたマスクボデーと、
（ｂ）被装着者に装着されたときに当該装着者の口の直前となる位置において上記マスクボデーに取り付けられ、被装着者の呼気したエアが前記濾過層を通過することなく前記マスクボデーの内側から外側へ通過することを可能にする排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
前記排気弁が、
（１）（ｉ）シール面、
（ii）該シール面に周囲を区画される約２平行センチメートルよりも広い断面積を有するオリフィス、
を備える弁座と、
（２）唯一の静止部、唯一の自由部、周辺端部を備えた単一の可撓性フラップであって、上記周辺端部が、該フラップの上記唯一の静止部と協働して呼気中に静止し続ける第１の区域と、上記可撓性フラップの唯一の自由部と協働して呼気中に上記シール面から離れて持ち上げられる第２の区域とを備え、上記顔面用濾過マスクが被装着者に装着されたときに上記周辺端部の第２の区域が上記第１の区域より下方に位置し、上記可撓性フラップは、該フラップの前記１つの自由部が、側面から見たときに閉鎖位置で上記オリフィスの領域上で湾曲するよう上記弁座上に被さり、流体が上記オリフィスを通過しない間では閉鎖位置にある可撓性フラップと、
から構成される顔面用濾過マスク。
【請求項８】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするよう形成されたマスクボデーと、
（ｂ）被装着者に装着されたときに当該装着者の口にほぼ対向する位置で上記マスクボデー上に配置される排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
前記排気弁が、
（１）（ｉ）シール面、
（ii）該シール面に周囲を区画されるオリフィス、
（iii）上記オリフィスを横切って延び、上記オリフィス内に複数の開口を形成する十字部材と、
を備える弁座と、
（２）固定部、唯一の自由部、対向する第１端と第２端を有する単一の可撓性フラップであって、該単一の可撓性フラップの第１端が該フラップの上記固定部と協働して呼気中に静止し続け、上記第２端が上記可撓性フラップの唯一の自由部と協働して呼気中に上記シール面から離れて持ち上げられ、上記第２端はさらに、上記顔面濾過用マスクが被装着者に装着されたときに上記第１端よりも下方に位置し、上記可撓性フラップは、上記弁座に保持されずに何らの力も加わらないときにほぼ平坦な形状が保たれ、上記固定部で上記弁座に固定されたときの上記可撓性フラップは、側面から見たときに湾曲した形状を呈し、流体が上記オリフィスを通過していないときに上記シール面と接している可撓性フラップと、
から構成されている顔面用濾過マスク。
【請求項９】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするよう形成されたマスクボデーと、
（ｂ）被装着者に装着されたときに当該装着者の口にほぼ対向する位置で上記マスクボデーに配置される排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
前記排気弁が、
（１）（ｉ）シール面、
（ii）該シール面に周囲を区画されるオリフィス、
を備える弁座と、
（２）上記弁座に固定され、中心から外れて配置された静止部、自由部、静止区域と自由区域を備えた周縁端部を備える単一の可撓性フラップであって、上記周縁端部の静止区域は、該フラップの上記中心から外れた静止部と協働して呼気中に静止し続け、上記自由区域は、該可撓性フラップの上記自由部と協働して呼気中に上記シール面から離れて持ち上げられ、上記自由部はまた、上記顔面濾過用マスクが被装着者に装着されたときに、上記中心から外れた静止区域より下方に位置し、上記可撓性フラップは、上記弁座に保持されずに何らの力も加わらないときにほぼ平坦な形状が保たれ、上記弁座に固定されて流体が上記オリフィスを通過していない状態で見たとき、上記可撓性フラップは（ｉ）上記弁座上に保持した位置で側面から見たときに湾曲した形状を有し、（ii）上記シール面に押し付けられてシール面に接した状態にある可撓性フラップと、
から構成されている顔面用濾過マスク。
【請求項１０】
（ａ）被装着者の鼻及び口を覆ってフィットするよう形成されたマスクボデーと、
（ｂ）上記マスクボデーに取り付けられる排気弁と、から構成される顔面用濾過マスクであって、
前記排気弁が、
（１）（ｉ）シール面、
（ii）該シール面に囲まれたオリフィス、
（iii）フラップ保持面、
を備える弁座と、
（２）静止部、唯一の自由部、静止区域と自由区域を有する周縁端部を備えた可撓性フラップであって、上記周縁端部の静止区域は、該フラップの上記静止部と協働して呼気中に静止し続け、上記自由区域は、前記可撓性フラップの自由部と協働して呼気中に上記シール面から離れて持ち上げられるものと、
（３）上記弁座の上に配置され、中心から外れた位置にある上記フラップ保持面に対して上記可撓性フラップを機械的に保持する表面を備えた弁カバーであって、上記可撓性フラップが上記フラップ保持面に対向して保持され、流体がオリフィスを通過していないときに上記弁がどの向きに傾いても前記フラップが湾曲され、上記シール面に押し付けられてほぼ接触した関係に保たれるよう上記シール面に対向する位置に保持される弁カバーと、
から構成される顔面用濾過マスク。
【請求項１１】
顔面用濾過マスクを製造する方法であって：
（ａ）（ｉ）シール面に囲まれたエアを通過させるオリフィス、及び前記シール面を備えた弁座と、（ii）単一の可撓性フラップとを提供するステップと、
（ｂ）排気弁が形成されるよう、上記単一の可撓性フラップを上記オリフィスの中心から外れた状態で動作可能に保持するステップであって、：（ｉ）上記可撓性フラップが閉鎖状態で断面で見たときに湾曲し、当該湾曲形状は、上記可撓性フラップの第１の静止部が上記弁座上に支持された第１の点から、上記可撓性フラップの第２の自由部が上記シール面に接している第２の点まで延びる曲線からなり；（ii）上記フラップの第２の自由部は、上記排気弁の閉鎖状態で上記弁座のシール面に対して押し付けられ；（iii）上記可撓性フラップの第２の自由部は、少なくともその一部が、上記湾曲形状であることによって上記弁がどの向きに傾いても閉鎖状態に維持され；（iv）上記可撓性フラップの第２の自由部は当該フラップの唯一の自由部となって呼気エアが上記オリフィスを通過することを可能にし、上記第１の点において上記可撓性フラップの第１の部分が実質的に静止続ける間に、上記第２の点では上記可撓性フラップが上記シール面との接触から外れて上記排気弁の開放状態を提供するように変形可能となる；ように前記単一の可撓性フラップを保持するステップと、
（ｃ）上記排気弁を、ヒトの鼻及び口を覆ってフィットするよう形成されたマスクボデーに取り付けるステップと、
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、(i)顔面用濾過マスクの排気弁として利用することが可能である逆止弁と、(ii)排気弁を使用した顔面用濾過マスクと、(iii)逆止弁の製造方法とに関する。
【０００２】
発明の背景
排気弁は、以前から顔面用濾過マスクに利用されており、例えば、米国特許第4,981,134号、4,974,586号、4,958,633号、4,934,362号、4,838,262号、4,630,604号、4,414,973号、及び、2,999,498号各明細書に開示されている。特に米国特許第4,934,362号明細書（'362号特許）は、弁座に固定した可撓性フラップを有する一方向排気弁を開示しており、上記弁座は、放物線状の円形シールリッジを備える。その可撓性フラップは、放物曲線の頂点で弁座に固定され、弁が閉じた状態のときに、円形シールリッジ上に接する。顔面マスクの着用者が息を吐き出すと、その呼気によって、可撓性フラップの自由端がシールリッジを離れて持ち上がる。その結果、呼気が顔面マスクの内側から放出される。'362号特許は、顔面用濾過マスクに使用する上記構造の排気弁によれば、圧力低下はかなり小さいことを示している。
【０００３】
発明の要旨
まず第１に、本発明は、次のような逆止弁を提供する。弁は、第１部分及び第２部分を有する可撓性フラップを備える。第１部分は弁座に取り付けられる。弁座はオリフィス及びシールリッジを有し、シールリッジは側面から見ると凹湾曲を有する。可撓性フラップは、流体がオリフィスを通過していないときシールリッジの凹湾曲と接触する。可撓性フラップの第２部分は、流体がオリフィスを通過しているときシールリッジから自由に持ち上がる。
逆止弁は、（i）変形曲線に対して垂直に、変形曲線沿いに作用する一定力、（ii）重力の方向に作用する力であって、可撓性フラップの第２部分の質量と、少なくとも１重力単位の加速度との積に等しい大きさを有する力、又は、（i）及び（ii）が組み合わされた力を加えた可撓性フラップの第２部分が示す変形曲線に一致する凹湾曲を備えることを特徴とする。
【０００４】
第２に、本発明は、次のような顔面用濾過マスクを提供する。
顔面マスクは、（ａ）人の鼻及び口を覆ってフィットするようにしたマスクボデーと、（ｂ）マスクボデーに取り付ける排気弁とを備える。
排気弁は、次のような弁座及び可撓性フラップを備える。
（１）弁座は、（i）流体が通ることのできるオリフィスと、（ii）オリフィスを包囲し、側面から見ると凹湾曲を有する、シールリッジを備える。シールリッジの凹湾曲の頂点は、湾曲の外端に対して、オリフィスを通る流体の流れの上流側に位置決めされる。
（２）可撓性フラップは、第１及び第２部分を備える。第１部分は、オリフィスの包囲した領域の外側の弁座部分に取り付けられる。第２部分は、弁が閉鎖位置にあるときシールリッジの凹湾曲を呈し、また、流体が上記オリフィスを通っているときシールリッジから自由に持ち上がる。
【０００５】
第３に、本発明は、次のような顔面用濾過マスクを提供する。
顔面マスクは、以下の構成のマスクボデーと排気弁を備える。
（ａ）マスクボデーは、人の鼻と口を覆ってフィットするようにした形状を有し、マスクボデーを通る流体の汚染物質を除去するフィルター手段を備える。マスクボデーは開口を有するため、流体は、フィルター手段を通らずにマスクボデーから排出される。開口は、顔面用濾過マスクを着用者の顔面の鼻と口を覆って装着したときに、開口が着用者の口のほぼ真上にくるようにマスクボデー上に位置決めされる。
（ｂ）排気弁は、開口の位置でマスクボデーに取り付けられる。排気弁は、可撓性フラップと弁座を備える。弁座は、オリフィスとシールリッジを備える。可撓性フラップは、第１端部のところで弁座に取り付けられ、排気弁が閉鎖位置にあるときシールリッジ上に接する。可撓性フラップは第２の自由端を備える。第２の自由端は、流体が排気弁を通っているときにシールリッジから持ち上がる。
【０００６】
流体透過性を有する顔面マスクは、通常の呼気試験において少なくとも８メートル毎秒の速さで気体が顔面用濾過マスク内に流入したとき、負の圧力低下を示してもよい。
【０００７】
第４に、本発明は、以下のステップ（ａ），（ｂ）を有する逆止弁を製造する方法を提供する。
（ａ）シールリッジに包囲されたオリフィスを有する弁座を設けるステップ。シールリッジは、側面から見ると凹湾曲を有し、凹湾曲は、次のような可撓性フラップが示す変形曲線に一致する。可撓性フラップは、カンチレバーのように面に固定された第１部分を備え、第２部分である非固定部分は、一定力、すなわち、可撓性フラップの第２部分の質量と、少なくとも１重力単位の加速度との積に等しい大きさを有する力又はその力が組み合わされた力を受ける。
（ｂ）可撓性フラップの第１部分を、次のように弁座に取り付けるステップ。（i）可撓性フラップは、流体がオリフィスを通っていないときシールリッジと接触する。また、（ii）取り付けられた可撓性フラップの第２部分は、流体がオリフィスを通っているときシールリッジから自由に持ち上がる。
【０００８】
顔面用濾過マスクは、安全かつ快適に着用できなければならない。安全性のために、顔面マスクは、汚染物質が排気弁を通って顔面マスクの内部に流入しないようになっていなければならない。また、快適に装着するために、顔面マスクは、最小限の力で、排気弁を通してできるだけ多くの呼気を取り除かなければならない。本発明は、次の可撓性フラップを有することによって、安全な排気弁を提供する。可撓性フラップは、排気弁の位置にかかわらず、弁座に実質的に均一なシールを実現する。本発明によって、着用者の不快感は取り除かれる。すなわち、（１）顔面用濾過マスク内の呼気の圧力を最小限に抑え、（２）（呼気がフィルター手段を通るようにするのではなくて、）呼気の大部分を排気弁から除去し、また場合によっては、（３）外部冷気が顔面マスク内に流れるようにするために、呼気中に顔面用濾過マスク内を負圧にする。
【０００９】
本発明の第１及び第４の点において、可撓性フラップが弁座のシールリッジ上に実質的に一定な力を働かせることを可能にする逆止弁が提供される。可撓性フラップの第１部分を面に取り付け、可撓性フラップの第２すなわち自由部分をカンチレバーのように支持することによって、実質的に均一な力が得られる。次に、可撓性フラップの第２すなわち自由部分を、コンピューターシミュレーションを使用して変形する。コンピューターシミュレーションでは、同一の大きさの複数の力ベクトルを、可撓性フラップの湾曲に対して垂直な方向で、可撓性フラップに付与する。可撓性フラップの第２部分は、変形曲線と呼ぶ特定の湾曲を呈す。変形曲線の描いた軌跡をたどり、その軌跡は弁座のシールリッジの湾曲を規定するのに使用される。この湾曲を有する弁座によって、可撓性フラップが曲がったり、または、可撓性フラップが、ある位置ではシールリッジとほとんど又は全く接触せず、他の位置では強く接触しすぎることを防止する。このように均一に接触することにより、汚染物質の流入を防ぎ、弁を安全にする。
【００１０】
本発明の第１及び第４の点において、逆止弁は、また、呼気の圧力を最小限に抑える。最小限必要な力を利用して、可撓性フラップをどのような位置にあっても閉鎖状態に保持することによって、上記利点が備わる。弁座を有する排気弁を備えて、フラップを閉鎖する最小限の力を得る。弁座は、凹湾曲を有するシールリッジを備える。この凹湾曲は、可撓性フラップがカンチレバーのように一端を固定し自重で曲がるときに可撓性フラップの示す変形曲線に一致する。この変形曲線に一致するシールリッジによって、排気弁は完全に裏返っても閉鎖状態を保ち、また、最小の力で弁を開けて、顔面マスク全域での圧力低下が小さくなるようにしている。
【００１１】
本発明の第２の点において、顔面用濾過マスクは、小さい空気抵抗力を示す排気弁を備える。気流の抵抗力が小さいと、排気弁の開放が容易になるという利点がある。本発明においては、可撓性フラップを、弁のオリフィスが境界となる領域の外側にある弁座部分に固定することによって、上記の利点が達成された。上記構造を有する排気弁によって、可撓性フラップが曲線形シールリッジから容易に持ち上がるようになる。なぜなら、可撓性フラップが、オリフィスの包囲した領域の外側の弁座に据え付けられると、モーメントアームはより長くなるからである。上記構造を有する排気弁には、さらに、オリフィス全体が、排出中に気流に対して開放することが可能であるという利点がある。
【００１２】
上記利点に加えて、本発明によって、呼気の大部分は排気弁を通って放出されることが可能になる。また、正の圧力を最初に加えて弁を開いた後においては、顔面用濾過マスク内の圧力が低下して、場合によっては排気中に負圧となる場合がある。次のようにして、上記の２つの特徴を備える。（i）本発明の排気弁を、マスク装着時の着用者の口にほぼ直接対面するように、顔面用濾過マスク上に位置決めする。また、（ii）排気弁のオリフィスのための好ましい断面積を規定する。本発明の排気弁が、流体の流れの方向に垂直な平面から見て２平方センチメートル（ｃｍ２）以上の断面積を有するオリフィスを備え、また、顔面用濾過マスク上に、着用者の口のほぼ真正面に、排気弁を位置決めしたとき、通常の排気中の顔面用濾過マスクの圧力は低下して負圧になり得る。
【００１３】
本発明において、排出気流の速度が遅く、容積流量が４０リットル毎秒（ｌ／min）以上で、圧力の低下が２４．５パスカル以下のとき、少なくとも呼気の４０パーセントは、排気弁を通って顔面マスクから放出される。（例えば、着用者が唇をすぼめたときのように、）排出気流の速度がより速いと、顔面用濾過マスク内に負圧が生じるかもしれない。本発明の第３の点において、負圧を示す顔面用濾過マスクが提供される。負圧によって、呼気の１００パーセント以上の空気量が排気弁を通って放出される。さらに、負圧によって、人が息を吐くと周囲の空気がフィルター手段を通って内部へ流入する。この結果、着用者が次に息を吸うときには、着用者の息よりも冷たく新鮮で、湿気が少なく、かつ、酸素含有量の多い、周囲の空気を吸うことができる。周囲の空気の流入を吸入と呼んでいる。吸入によって、着用者はより快適に顔面マスクを装着できる。また、吸入効果は、眼の保護カバーが曇るのを防止する。フィルター手段を通って顔面マスクから出て行く呼気が少ないためである。吸入効果の発見は、非常に驚くべきことである。
【００１４】
上記した本発明の新しい特徴及び利点は、図面及び次の詳細な説明においてさらに詳細に示される。そこでは、類似部材を表わすのに同一の参照符号が使用される。しかし、図面及び詳細な説明は、例示のみを目的としており、本発明の範囲を不当に限定するものではないことを理解しておく必要がある。
【００１５】
好適な実施例の詳細な説明
本発明の好適な実施例の記載においては、特定の専門用語を使用して明確に述べることにする。しかし、本発明は、そのように選択した特定の用語の意味に限定されるものではなく、選択した各用語は同様に機能する技術の均等手段の全てを包含すると理解されなければならない。
【００１６】
図１は、本発明に係る顔面用濾過マスク１０を示している。顔面用濾過マスク１０は、排気弁１４を取り付けたカップ型マスクボデー１２を備える。マスクボデー１２は、開口（図示せず）を有し、呼気はフィルター層を通過することなく、この開口を通って排出される。マスクボデー１２上の開口は、マスク着用時に着用者の口の真上に位置するのが好ましい。マスクボデー１２の露出表面全体は、排気弁１４のところを除いて、吸気を透過する。
【００１７】
マスクボデー１２は、曲線を描いた半球形状でも、あるいはその他の所望形状でもよい。例えば、マスクボデーは、ジャプンティチ（Japuntich）氏を発明者とする米国特許4,827,924号明細書に開示された顔面マスクのような構造を有するカップ型マスクを採用できる。マスクボデー１２は、内面形状保持層１６及び外面フィルター層１８からなる（図２参照）。内面形状保持層１６はマスク１０の構造を形成し、フィルター層１８を保持する。形状保持層１６は、フィルター層１８の内側及び／又は外側に備えられる。形状保持層１６は、例えば、カップ型外形に成形した熱接着性繊維の不織布からなる。形状保持層は、従来技術に従い成形することが可能である。形状保持層１６は、マスクの構造形成及びフィルター層の保持を主要目的として設計されるが、形状保持層１６は、また、濾過作用、通常は大粒子の濾過作用、をするようにしてもよい。顔面マスクを着用者の顔上にぴったり合わせて保持するために、マスクボデーは、帯紐２０、結び紐又はマスクハーネス等を取り付けるのがよい。マスクボデー１２上には、アルミニウムのような金属からなる非常に柔軟な軟質バンド２２が備えられる。上記バンド２２を設けることによって、マスクボデー１２は所望の装着感にて着用者の鼻上で顔面マスクを保持する形状となり得る。
【００１８】
顔面用濾過マスク１０の着用者が息を吐き出すと、呼気は、マスクボデー１２及び排気弁１４を通って排出される。マスクボデー１２のフィルター手段に対して排気弁１４を通って排出される空気の割合が高ければ、快適さが増す。呼気が弁座２６から可撓性フラップ２４を持ち上げることによって、呼気は弁１４を通って排出されることになる。可撓性フラップ２４は、フラップ２４の第１部分２８のところで弁座２６に取り付けられ、可撓性フラップ２４の縁部の残りの部分は、排気中、弁座２６から自由に持ち上がることができる。ここで使用されている用語「可撓性」（flexible)とは、フラップが、カンチレバーのように一端で固定されて側面から見た際に（例えば図５を参照）、弓形の自己保持形状に変形又は曲がれることを意味する。自己保持性のないフラップは水平面に対して約９０度で地面に向かって垂れ下がることになる。
【００１９】
図３，４に示すように、弁座２６はシール面３１を有するシールリッジ３０を備える。流体が弁１４を通過していないとき、可撓性フラップ２４はシール面３１に接触する。シールリッジ３０の径方向内側には、それを境界として、オリフィス３２が形成されている。オリフィス３２は、シールリッジ３０及び結果的には弁１４を固定する十字部材３４を備える。十字部材３４は、また、気体が逆流したとき、例えば息を吸ったときに、可撓性フラップ２４がオリフィス３２の内側に入り込むのを防止する。側面から見ると、十字部材３４の表面は、シール面３１より僅か窪んでおり（しかし、同位置に並んでいてもよい）、十字部材３４は、可撓性フラップ２４が持ち上げられてシール面３１から離れるということのないようにしている（図３参照）。
【００２０】
シールリッジ３０及びオリフィス３２は、流体の流れの方向に対して直交する方向から見たときどのような形状であってもよい（図４参照）。例えば、シールリッジ３０及びオリフィス３２は、正方形、方形、円形、楕円形等であってよい。シールリッジ３０の形状は、オリフィス３２の形状に一致していなくてもよい。例えば、オリフィス３２が円形で、シールリッジ３０が方形であってもよい。ただし、シールリッジ３０はオリフィス３２の境界となるので、オリフィス３２を通って望ましくない汚染物質が流入するのを防止することが必要である。しかし、シールリッジ３０及びオリフィス３２は、流体の流れに対する方向から見ると、円形領域を有するのが好ましい。マスクボデー１２の開口は、好ましくは、少なくともオリフィス３２と同一の寸法を有する領域を備える。もちろん、可撓性フラップ２４は、オリフィス３２よりも広い範囲を覆い、少なくともシールリッジ３０が囲んだ範囲の寸法を有する。オリフィス３２は、好ましくは、２〜６ｃｍ２の領域を有し、より好ましくは３〜４ｃｍ２である。この寸法のオリフィスを形成することにより、顔面マスクは、暖かくて湿った呼気を排除するに効果的な呼吸ができる。呼吸が行われる際、オリフィスの寸法の上限が重要になる。というのは、オリフィスを拡大すると、周囲の空気が、フィルター手段ではなく排気弁のオリフィスを通って顔面マスクに流入することも考えられ、その結果、呼吸条件が安全でなくなる可能性があるからである。
【００２１】
図３は、シールリッジ３０上に接する閉鎖位置の可撓性フラップ２４を示すとともに、破線２４ａで開放状態の可撓性フラップ２４を示している。シールリッジ３０は、図３の方向から見ると、凹湾曲を有している。この凹湾曲は、上記のとおり、可撓性フラップ２４がカンチレバーのように固定されたときに、可撓性フラップ２４の示す変形曲線に一致する。図３に示す凹湾曲は、自由に湾曲し、図３の側面方向から見て全体的にまっすぐな線に沿って延在するのが好ましい。流体は矢印３６が示す方向に弁１４を通過する。凹湾曲の頂点は、環状のオリフィス３２を通る流体の流れの、凹湾曲の外端に対して上流側に位置する。環状オリフィス３２を通る流体３６は、可撓性フラップ２４に対して、フラップ２４の自由端３８を弁座２６のシールリッジ３０から持ち上げる力を加え、弁１４を開ける。弁１４は、好ましくは、次のように顔面マスク１０上に位置決めされる。すなわち、可撓性フラップ２４の自由端３８は、マスク１０が図１に示すように垂直方向に取り付けられたときに、固定端２８の下方に位置する。これによって、呼気は下方に偏向し、着用者の眼の保護カバー上で水分が凝縮するのを防止する。
【００２２】
図３，４に示すように、弁座２６は、フラップ保持面４０を備える。フラップ保持面４０は、オリフィス３２の領域の外側でかつシールリッジ３０の外端を超えた領域の外側に位置決めされる。フラップ保持面４０の幅寸法は、少なくともオリフィス３２の幅と同じ寸法を有することが好ましい。フラップ保持面４０は、該保持面４０が弁座２６を横切る方向に直線的に延在してもよい。フラップ保持面４０は、可撓性フラップ２４を所定位置に保持するための複数のピン４１を備えることができる。可撓性フラップ２４を弁座２６に固定するための手段の一つとして、ピン４１を利用すると、可撓性フラップ２４は、相応の開口を形成するとともに、ピン４１の位置を超えて位置決めされて、好ましくはフラップ保持面４０と接して保持される。可撓性フラップ２４は、また、音波溶接、接着剤、機械的締結、又はその他の適切な手段によって、フラップ保持面４０に取り付けられてもよい。
【００２３】
フラップ保持面４０は、好ましくは弁座２６上に形成されていて、流体がオリフィス３２を通過していないときには、可撓性フラップ２４はシールリッジ３０に押し付けられて接している。フラップ保持面４０は、側面から見ると、シールリッジ３０の湾曲に対して接線をなすように弁座２６上に形成できる（図３参照）。フラップ保持面４０は、オリフィス３２及びシールリッジ３０から離れていることにより、排気中にフラップが一方向に偏向するのを助長するためのモーメントアームが構成される。フラップ保持面４０とオリフィス３２の間の間隔が大きくなるにつれて、モーメントアームは長くなり、かつ、可撓性フラップ２４のトルクは小さくなる。その結果、可撓性フラップ２４に呼気による力が作用したとき、可撓性フラップ２４の開放がより容易になる。しかし、保持面４０とオリフィス３２との間の距離は、可撓性フラップが自由に垂れ下がってしまうほど、大きくてはいけない。むしろ、可撓性フラップ２４はシールリッジ３０に対して押し付けられて、弁が閉鎖位置にあるとき、大略均一に密封された方がよい。フラップ保持面とオリフィス３２の最接近部との間の距離は、好ましくは約１〜３．５ｍｍ、より好ましくは１．５〜２．５ｍｍである。
【００２４】
オリフィス３２とフラップ保持面４０との間隔は、また、可撓性フラップ２４がシールリッジ３０の曲線をより容易に描くことを可能ならしめるための継ぎ部を構成する。可撓性フラップ２４は、異なる公差に対応できるように十分に柔軟であるのが好ましい。フラップ保持面４０は平面であってもよいし、曲線状シールリッジ３０の延長であってもよい。すなわち、フラップ保持面４０は、可撓性フラップの有する変形曲線の曲線的延長であってもよい。しかし、その場合、可撓性フラップ２４は、固定点と、シールリッジ３０に対する接触点との間に、上記継ぎ部を有するのが好ましい。
【００２５】
弁座２６は、好ましくは、一体形に成形された比較的軽量のプラスティックからなる。弁座は、射出成形技術を利用して製造できる。可撓性フラップ２４と接触するシールリッジ３０の表面（接触面）は、好ましくは、ほぼ均一に平らに形成されて、確実に密閉されるようにする。接触面は、可撓性フラップ２４に対してシールをなす十分な幅を有することが好ましいが、幅が広すぎて、凝縮した水分による接着力が、可撓性フラップ２４を開放しにくくするようなことがあってはならない。接触面の幅は、好ましくは、少なくとも０．２ｍｍで、約０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍであるのが好ましい。
【００２６】
可撓性フラップ２４は、好ましくは、該可撓性フラップ２４が保持面４０で弁座２６に固定されるときに、シールリッジ３０に向かって付勢力をもつ材料からなる。可撓性フラップは、好ましくは、力を加えないときには平面形状を有し、また、弾性を有し、永続的な反りやクリープに対する抵抗力を有する。可撓性フラップは弾性材料で作ることができる。弾性材料の例としては、架橋天然ゴム（例えば、架橋ポリイソプレン）又は、ネオプレン、ブチルゴム、ニトリルゴム、又はシリコーンゴムのような合成エラストマーが挙げられる。可撓性フラップに使用されてもよいゴムの例として、次のものが挙げられる。アメリカ合衆国カリフォルニア州、オレンジに住所を有するウエスト・アメリカン・ラバー・カンパニー（West American Rubber Company）から入手可能な化合物番号４０Ｒ１４９、ドイツ、ヘクスターに住所を有するアーリッツ−オプティベルト合資会社（Aritz-Optibelt-KG）から入手可能な化合物４０２Ａ及び３３０Ａ、アメリカ合衆国ニューヨーク州、ウォーターフォードに住所を有するゼネラル・エレクトリック・カンパニー（General Electric Company）から入手可能なＲＴＶ−６３０である。好ましい可撓性フラップは、充分な応力緩和を有し、70℃で24時間、どのような静止位置にあっても可撓性フラップをシールリッジに接触した状態で保持できなければならない；上記の条件下の応力緩和を測定する試験については、標準化のための欧州委員会（European Committee for Standardization；CEN）の欧州規格、欧州規格（EN）第140篇5.3及び第149篇5.2.2を参照。可撓性フラップは、好ましくは、（米国）連邦規則法典（C.F.R.）第30編第11章183-2（1991年7月1日）に述べられている規格に従って漏出のないシールを実現する。架橋ポリイソプレンは、応力緩和の割合が小さいので好ましい。可撓性フラップは、通常、ショアー硬度Ａスケール約３０〜５０を有する。
【００２７】
可撓性フラップ２４は、全体的に均一な硬度を有する材料の平板から切断してもよい。一般的に、板の厚さは約０．２〜０．８ｍｍであり、より一般的には０．３〜０．６ｍｍであり、好ましくは、０．３５〜０．４５ｍｍである。可撓性フラップは、好ましくは、方形に切り取られ、自由端３８を有する。自由端３８は、自由端３８とシールリッジ３０が接触するところでシールリッジ３０の形状に一致するように形成される。例えば、図１に示すように、自由端３８は、円形のシールリッジ３０に一致した曲線状の端部４２を有する。そのように自由端３８を切断することによって、自由端３８はより軽量になり、その結果、排気中にシールリッジ３０から容易に持ち上がることができ、また、反対に吸気中には容易に閉鎖する。可撓性フラップ２４の幅は、好ましくは約１ｃｍ以上、より好ましくは約１．２〜３ｃｍで、その長さは約１〜４ｃｍである。可撓性フラップの固定端は、通常、可撓性フラップの縁部の周囲全体の約１０〜２５％である。そして、残りの７５〜９０％は、弁座２６から自由に持ち上がる。本発明に係る好ましい可撓性フラップの幅は、約２．４ｃｍで、その長さは約２．６ｃｍであり、曲線状の自由端３８の半径は、約１．２ｃｍである。
【００２８】
図１，４に最も良く示されるように、フランジ４３は、弁座２６から側方に延在して、排気弁１４をマスクボデー１２に固定するための面を構成している。フランジ４３は、好ましくは、弁座２６の周囲全体に形成する。マスクボデー１２が繊維質の顔面用濾過マスクの場合、排気弁１４は、音波溶接、接着接合、機械的締結又はそれらに類する手段によって、マスクボデー１２に対してフランジ４３のところで固定できる。排気弁１４は、顔面用濾過マスク１０のマスクボデー１２に音波溶接されるのが好ましい。
【００２９】
本発明に係る好ましい一方向に流体を通す逆止弁は、次のような利点がある。すなわち、この逆止弁は、１つの自由端３８を有する１つの可撓性フラップ２４を備えており、それぞれが１つの自由端を有する２つのフラップを備えているのではない点である。１つの自由端３８を有する１つの可撓性フラップ２４を備えることによって、可撓性フラップ２４のモーメントアームを、より長くすることが可能であり、可撓性フラップ２４は、着用者の呼気の動圧によってシールリッジ３０からより容易に持ち上がるようになる。さらに、１つの自由端を有する１つの可撓性フラップを使用すると、呼気が下方に偏向し、着用者の眼の保護カバー又は顔面シールド（例えば、溶接工のヘルメット）が曇るのを防ぐことができるという利点がある。
【００３０】
図５は、可撓性フラップに対して一定力を加えることによって、変形する可撓性フラップ２４を示している。可撓性フラップ２４は、第１部分２８で保持面４６に固定され、そこから第２部分すなわち自由部分をカンチレバーのように支持する。保持面４６は平面であるのが望ましい。可撓性フラップ２４は、固定端部２８の幅全体に沿って上記平面に固定されるのが好ましい。一定力は、同一の大きさの複数の力ベクトル４７を含み、それぞれが、可撓性フラップの湾曲に垂直方向に作用する。その結果としての変形曲線を、弁座のシールリッジ３０の湾曲を決めるのに使用することにより、可撓性フラップがシールリッジ上に実質的に均一な力を加えることができるようになる。
【００３１】
実質的に均一なシール力を備えるシールリッジ３０の曲率は、経験的に決定することは容易でない。しかし、有限要素法により数値的に表わすことができる。適用すべき方法は、一部を固定するとともに、その自由端に一定力を加えるようにした可撓性フラップのモデルを作ることである。作用する力ベクトルは、可撓性フラップ２４の湾曲に対して垂直になるようにする。なぜなら、シールリッジ３０に対する可撓性フラップ２４のシール力は、シールリッジ３０に対して垂直に作用するからである。次に、この垂直な一定力を加えた可撓性フラップ２４の変形した形状は、シールリッジ３０の凹湾曲を形成するのに利用される。
【００３２】
有限要素法を利用して、可撓性フラップは、一端を固定した曲げビームのように、２次元的有限要素モデルとして設計できる。この場合、可撓性フラップの自由端は、連続した無数の微小区域すなわち要素に分割され、その微小区域すなわち要素の範囲で、ビームの変形を表わすために近似関数を使用する。ビームの全体的変形は、個々の要素の作用の一次結合から導かれる。可撓性フラップの材料的物性は、モデルに使用される。可撓性フラップの材料の応力ひずみ作用が、弾性材料の場合のように非線形であるならば、ムーニー−リヴリン（Mooney-Rivlin）モデルを使用できる［アール・エス・リヴリン（R.S. Rivlin）氏、ディー・ダブリュー・ソーンダース（D.W.Saunders）氏共著（1951年）、フィラデルフィア・アール・ソサエティー会報(Phil. Trans. R. Soc.）、A243，251-98の「等方性材料の大弾性変形：第７章ゴム変形に関する実験（Large Elastic Deformation of Isotropic Materials：ＶＩＩ Experiments on the Deformation of Rubber）」参照］。ムーニー−リヴリンモデルを使用するには、可撓性フラップの応力／ひずみ関係作用を示す一連の定数を、実験テストデータから決定する必要がある。これらの定数を、ムーニー−リヴリンモデル内にあてはめ、２次元有限要素モデルに使用する。この分析は、大偏位（large deflection）法及び非線形的分析である。数値的解法は、ベクトルが面に対して垂直に保持されるため、一般に反復性を有している。解は、前回の力ベクトルに基づいて計算される。次に、力ベクトルの方向が更新されて、新たな解が計算される。湾曲形状が、予め定めた最小公差以上に、ある反復から次の反復に変化していないときに、収束解が導かれる。ほとんどの有限要素分析コンピューター・プログラムによって、一定力は要素の圧力としてインプットされる。要素圧力は、最終的にノーダルフォースに変換されるか、又は、ノーダルフォースとして直接インプットされる。ノーダルフォース全体の大きさは、可撓性フラップの自由端の質量と、可撓性フラップの質量に作用する重力加速度又は重力のその他の要因との積に等しくてよい。好ましい重力要因は下記のとおりである。可撓性フラップを示す湾曲したノードのＸ，Ｙの最終的位置は、凹状シールリッジの形状を決定する多項方程式に適合する曲線である。
【００３３】
図６は、重力ｇにより変形している可撓性フラップ２４を示す。可撓性フラップ２４は、硬質ボデー４８の面４６に対して、端部２８のところでカンチレバーのように固定される。このように固定された可撓性フラップ２４は、重力加速度ｇによって変形した曲線を示す。上記したように、側面から見た弁座のシールリッジの湾曲は、重力方向の力を加えたとき、可撓性フラップ２４の変形曲線に一致するように形成できる。上記重力方向の力は、少なくとも１単位の重力加速度ｇと可撓性フラップ２４の自由端の質量との積に等しい。
【００３４】
重力加速度の単位ｇは、9.807メートル毎秒毎秒（m/s２）に等しい値に定められた。１ｇを加えた可撓性フラップの示す変形曲線に一致する曲率を有するシールリッジは、可撓性フラップを閉鎖位置で保持することが充分可能である。しかし、シールリッジは、加速度１ｇ以上、好ましくは１．１〜２ｇの力を加えた可撓性フラップの示す変形曲線に一致する曲率を有するのが好ましい。より好ましくは、シールリッジは、１．２〜１．５ｇの加速度が加えられた可撓性フラップの変形曲線に一致する曲率を有する。最も好ましいシールリッジは、１．３ｇの加速度による力を加えた可撓性フラップの変形曲線に一致する、側面湾曲を備える。さらに、追加的重力加速度が、次のような安全要素を提供するために利用される。すなわち、顔面マスクの方向性にかかわらず、弁座に充分なシール力を保証し、また、フラップの厚さの相違、及び凝縮した水分によるフラップの重量増加に適応するための安全要素である。
【００３５】
実際には、可撓性フラップに対して、１ｇを超える（例えば、1.1，1.2，1.3ｇなど）予荷重をかけるのは困難である。しかし、そのような重力加速度の大きさに一致する変形曲線は、有限要素法によって決定できる。
【００３６】
重力によって曲がる可撓性フラップを数学的に表現するために、２次元有限要素モデルを、その一端の自由度が完全に束縛されるように定める。要素ノード（element nodes of interest）においてビーム変形を生じしめて、１組の代数方程式を解く。要素ノードを複合すると、変形曲線全体が形成される。これらの点に曲線をあてはめることによって曲線の方程式が作られる。この方程式は、弁座のシールリッジの曲率を作るのに使用できる。
【００３７】
有限要素法のよいところは、重力定数の加速度の大きさ及び方向を様々に変化させることにより、可撓性フラップ上に所望の予荷重を作り出せるという点である。例えば、可撓性フラップの重量の１０％の予荷重が必要な場合、1.1ｇで作られる変形曲線は、側面から見たシールリッジの湾曲として使用される。水平な支持面に対して重力加速度のベクトルを回転させるか、又は、重力ベクトルに対して支持面を回転させて、方向を変化させることもできる。好適な変形曲線は、支持面４６を水平面と平行にすることによって定められるが、本研究においては次のことが明らかになっている。すなわち、可撓性フラップ２４が水平面に保持されているが、図５に示すように可撓性フラップ２４が水平面より高く保持されて、支持面４６が２５〜６５度の範囲の角度θであるならば、可撓性フラップ２４の最大変形は起こらないのである。また、水平面に対してある角度で支持面を回転することによって、曲線状フラップに対して垂直な一定力を加えた変形曲線に近似する変形曲線を作れることが分かった。長さが一定の可撓性フラップにとって最良の回転角度θは、重力定数の大きさ及び可撓性フラップの厚さによって決定される。しかし、一般的に、好ましい変形曲線は、約４５度の角度θで支持面４６を保持するときに示される。
【００３８】
一定力及び／又は少なくとも１単位の重力加速度の要素力が与えられる可撓性フラップの変形曲線を定める数式は、多項式の数式であり、通常、少なくとも３次の多項式の数式である。変形曲線を規定する特定の多項式の数式は、可撓性フラップの厚さ、長さ、構成材料、（複数の）付与力、及び該力の方向、のような変数に関して変化できる。
【００３９】
排気弁１４は弁カバー５０を備えていてもよい。これによって、可撓性フラップ２４を保護したり、排気弁を通って汚染物質が通過するのを防止する。図７に示した弁カバー５０は、壁部４４に対する摩擦力により排気弁１４に固定する。弁カバー５０は、また、超音波溶接、接着剤又はその他の好適な手段を用いて、排気弁に固定してもよい。弁カバー５０は、流体の通路である開口５２を備える。開口５２は、好ましくは、少なくともオリフィス３２の寸法を有し、オリフィス３２より大きいのが好ましい。弁カバー５０の開口５２は、好ましくは、流体３６の流路に直接位置決めされ、逆流が最小限に抑えられる。この点に関して、開口５２は、可撓性フラップ２４の自由端３８が、開放及び閉鎖時に描く軌跡にほぼ平行である。可撓性フラップ２４に関しては、弁カバーの開口５２は、好ましくは、流体の流れを下方に向け、着用者の眼の保護カバーが曇るのを防止する。弁カバーに流体不透過性側壁部５４を備えると、呼気全体を下方に向けることが可能である。開口５２は、弁カバー５０の構造を保持しかつ弁カバー５０に美観を与えるために、横断部材５６を備えてもよい。さらに構造保持及び美観のために、一式のリブ５８を弁カバー５０に取り付けてもよい。弁カバー５０の内部は次のように設計される。すなわち、内部は、弁座２６のピン４１と嵌合する雌部材（図示せず）を有する。弁カバー５０は、また、可撓性フラップ２４をフラップ保持面４０に対して固定する面（図示せず）を備える。弁カバー５０は、好ましくは、流体不透過性天部６０を有し、天部６０は、可撓性フラップの固定端から自由端の方向へ向かうに従って高くなる。天部６０の内部は、リブ又は並目模様又は放出表面を設けて、天部又は可撓性フラップ上に湿気が生じても、可撓性フラップの自由端が天部６０に付着しないようにできる。弁カバー５０の設計は、米国意匠特許出願第29/000,382号に充分に示されている。本発明に係る顔面マスク上に利用するのに好適である、他の弁カバーは、米国意匠特許出願第29/000,384号に示されている。
【００４０】
本発明に係る、一方向に流体を通す逆止弁は、排気弁としての利用に関して述べた。しかし、上記弁を他の用途に利用することも可能である。例えば、人工呼吸器用の吸入弁、又は、衣服用又は正圧ヘルメット用のパージ弁として利用することも可能である。
【００４１】
本発明の利点及びその他の特徴を、さらに次の実例に示す。しかし、次の実例が目的を達成するとしても、選択した材料、使用量、及び、その他の条件と詳細は、本発明の範囲を不当にも限定するものではないと、明白に理解されなければならない。
【００４２】
実例１（有限要素法による解析：１．３ｇの力を付加した可撓性フラップ）
本実例において、弁座のシールリッジの湾曲を規定するために、有限要素法に基づく解析を利用した。湾曲は、１．３ｇの加速度を受けた可撓性フラップの自由端が描く変形曲線に一致した。可撓性フラップは、天然ゴムの合成物からなる。この合成物は、ポリイソプレン８０重量パーセント、酸化亜鉛１３重量パーセント、可塑剤としての長鎖脂肪酸エステル５重量パーセント、ステアリン酸、及び、酸化防止剤を含む。可撓性フラップの材料密度は、１．０８グラム毎立方センチメートル（g/cm３）であり、極限伸びは６７０パーセント、極限引張強さは１９．１メガニュートン毎平方メートル、及び、ショアー硬度Ａスケール３５であった。可撓性フラップの自由に動く部分の長さは２．４ｃｍ、幅２，４ｃｍ、厚さ０．４３ｍｍ、及び、曲線状自由端の半径は１．２ｃｍであった。可撓性フラップの全長は２．８ｃｍだった。可撓性フラップに対して、張力試験、純粋剪断試験、及び、２軸引張試験を行い、実際の挙動を示す３つのデータを採用した。このデータは、工学的応力及び工学的歪み度に変換された。次に、有限要素用のアバカス（ABACUS）・コンピューター・プログラム［米国ロードアイランド州、ポータケットに住所を有するヒビット，カールスソン・アンド・ソレンセン，インコーポレイテッド（Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc.）から入手可能］を利用して、ムーニー−リヴリン定数を得た。経験的データに対する応力／歪み試験のコンピューター・シミュレーションを確認した後に、２つのムーニー−リヴリン定数を２４．０９と３．３９８に設定した。これらの定数は、可撓性フラップ材料の試験から得た実際のデータに最も近い数値結果であった。
【００４３】
格子点、境界条件、及び、荷重を表わす入力変数を選択し、次に、これらの変数とムーニー−リヴリン定数をアバカスの有限要素用コンピューター・プログラムに入力した。各要素の形状関数は、ミッドサイド・ノード（mid-side nodes）を有する２次式となるように選択した。重力定数は１．３ｇになるよう選択した。最大変形湾曲の水平面からの回転角度θを、重力ベクトルを回転して３４度に設定した。データに示された曲線の回帰は、弁座の曲線を次の方程式によって定めた。
y = + 0.052559x - 2.445429x２ + 5.785336x３ - 16.625961x４ + 13.787755x５
ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標と縦座標を表している。相関係数の２乗は、０．９９に等しく、有限要素法による解析データに対するこの方程式の相関を見事に示した。
【００４４】
弁座は、アルミニウムを機械加工して作り、シールリッジも形成した。シールリッジは上記の変形曲線に一致する側面の湾曲を有した。３．３ｃｍ２の円形オリフィスを弁座に形成した。可撓性フラップを平らなフラップ保持面に取り付けた。フラップ保持面は、曲線状シールリッジに正接するオリフィスの最接近部から１．３ｍｍ離れていた。フラップ保持面の長さは６ｍｍであり、弁座を横断する長さは２５ｍｍであった。曲線状シールリッジの幅は０．５１ｍｍだった。弁がどのような方向を向いた場合も、可撓性フラップはシールリッジに接触したままであった。可撓性フラップと弁座の間のシールは漏出を防ぐことが分かった。
【００４５】
次に、この弁を開放するのに最小限必要な力を設定した。これは、流体が透過可能なマスクボデーに弁を取り付け、弁を閉鎖状態に固定し、気流容量の関数である圧力低下をモニターすることによって定められた。弁が閉鎖した状態の顔面用濾過マスクの、圧力低下対気流のプロットを作成した後、同様に、弁が開いた状態の顔面用濾過マスクのプロットも作成した。この２組のデータを比較した。２組のデータが異なる点は開弁時を示した。何度も反復した結果、開弁時の圧力の低下は平均して１．０３ｍｍＨ２Ｏであった。この圧力は、オリフィス内の可撓性フラップの面積で、弁を開放するのに必要な圧力を割ることによって、可撓性フラップを持ち上げる力に変換された。オリフィス内の可撓性フラップの面積は、３．４９ｃｍ２であった。これは、０．００３５２ニュートンの開弁力を与えるものであった。可撓性フラップの自由に動く部分の重量は、０．００２５１ニュートンであり、重量に対する開弁力の比は、１．４０ｇの予荷重を示した。この量は、選択した重量の定数１．３ｇに近似しており、可撓性フラップを開放時に曲げるのに必要な力がさらに加えられてもよい。
【００４６】
実例２（有限要素法による解析：一定力を付加した可撓性フラップ）
本実例において、可撓性フラップが弁座のシールリッジ上に一定力を加える弁座を規定するために、有限要素法に基づく解析を利用した。本例で使用した可撓性フラップは、実例１の可撓性フラップと同一であった。実例１のアバカス（ABACUS）のコンピュータープログラムを、有限要素の解析に使用した。本解析は、大偏位法及び非線形を利用した解析であった。本解析で与えられた力の要素は、可撓性フラップの表面に対して常に垂直であった。反復計算を行った。つまり、曲線を前回の力ベクトルに基づいて計算し、その曲線を更新して新たな曲線を求めた。変形曲線がある反復から次の反復へ大きく変化しない場合に、曲線の収束方程式が導かれた。最終的な曲率を、次の５次多項方程式に置き換えた。
y = 0.01744x - 1.26190x２ + 0.04768x３ - 1.83595x４ + 2.33781x５
ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標及び縦座標を表している。
【００４７】
実例３（有限要素法による解析：１．３ｇを付加した可撓性フラップ）
本実例においては、実例１と同様に、弁座のシールリッジの曲率を規定するために有限要素法に基づく解析を用いた。弁座のシールリッジの湾曲は、１．３ｇの加速度を受けた可撓性フラップの自由端の湾曲に一致する。この実例は、可撓性フラップが、アーリッツ−オプティベルト合資会社から入手可能な化合物３３０Ａからなる点において、実例１と異なる。可撓性フラップの材料密度は、１．０７グラム毎立方センチメートル（g/cm３）であり、極限伸びは６００％以上であり、極限引張強さは１７メガニュートン毎平方メートル、及び、ショアー硬度Ａスケール４７．５であった。フラップの外形は、実例１のフラップと同一であった。ゴムに対して実例１と同様の試験を実施し、ムーニー−リヴリン定数を５３．４７と−０．９３５４に設定した。第１の定数は、上記材料が実例１の材料よりも硬質であることを示し、また、これについては、（上記材料の）ショアー硬度Ａスケールがより大きいことにも示されている。
【００４８】
この材料からなる厚さ０．４３ｍｍのフラップを実例１の弁座上に取り付けると、ゴムは弁座の曲線全体に沿い均一に付着した。しかし、この材料はより硬質であるため、実例１の材料よりも、開弁時の圧力低下は僅かに大きかった。より薄い０．３８ｍｍのフラップを取り付けて、この圧力低下を小さくすると、この薄さは弁座を均一に覆わず、曲線の中間で僅かに持ち上がった。しかし、フラップを均一に漏出のないように弁座に取り付けることは可能であった。このことは、フラップ保持面を近付けるか、又は、実例１の曲線を僅かに変化させて、曲線を緩やかにすることによって可能になった。
【００４９】
実例１において、この材料の変形曲線を求めるために、アバカスのプログラムを利用した。重力定数を１．３ｇになるように定め、変形曲線が可撓性フラップの重量の３０パーセントの予荷重を有するようにした。この場合、最大変形曲線の水平面からの回転角度θを、フラップの厚さが０．３８ｍｍ、０．４３ｍｍのとき、それぞれ４０度と３２度に設定した。データの曲線の回帰は、次のような４次多項方程式で表される弁座の曲線を示した。厚さ０．３８ｍｍのフラップの場合は：
y = -0.03878x - 0.91868x２ - 1.13096x３ + 1.21551x４
及び、厚さ０．４３ｍｍのフラップの場合は：
y = 0.00287x - 1.03890x２ + 0.19674x３ + 0.20014x４
ここで、ｘとｙはそれぞれ横座標と縦座標を表している。
【００５０】
これらの曲線は、実例１で使用したゴムの場合に求められた曲線よりも緩やかである。また、実例１の弁座の曲線に適用すると、本例のゴムの予荷重が３０パーセント以上であることを示している。
【００５１】
実例４−６（本発明に係る弁と米国特許第’３６２号の弁との比較）
実例４〜６では、本発明に係る排気弁を、第’３６２号特許の排気弁と比較した。実例４では、次の方法で、実例１の排気弁の気流抵抗力をテストした。すなわち、排気弁を、３．２ｃｍ２の断面積を有する管の開口部に取り付け、マノメーターで圧力低下を測定した。８５リットル毎分（l/min）の気流を管に通した。測定した圧力低下量は、オリフィスを覆う可撓性フラップの表面積に従い増加し、気流の抵抗力も大きくなった。集計データを表１に示している。
【００５２】
実例５及び６は、第’３６２号特許の実例２及び４にそれぞれ対応している。第’３６２号特許の実例２及び４において、フラップの長さ及び幅は変化し、実例４と同一のノズルを（気流が）８５リットル毎分（l/min）で通る際の圧力低下について、各弁をテストした。
【００５３】
【表１】
0003907500.tif 000002
【００５４】
表１のデータは、本発明に係る排気弁（実例４）の気流抵抗力は、第’３６２号特許の排気弁よりも小さいことを示している。
【００５５】
実例７（吸入効果）
本例では、通常の呼気試験を行い、本発明に係る排気弁が、呼吸中に顔面マスク内にどのようにして負圧を生じ得るのかを明らかにした。
【００５６】
「通常の呼気試験」とは、人の普通の呼気を模擬する試験である。この試験では、顔面用濾過マスクを厚さ０．５センチメートル（ｃｍ）の平らな金属板に据え付ける。金属板は、１．６１平方センチメートル（ｃｍ２）（半径９／１６インチ）の円形開口を有するか、それにノズルを取り付ける。顔面用濾過マスクは、マスク基底部で平らな金属板に据え付けられ、ノズルを通る気流を排気弁の方へ直接マスクボデー内部へ向けるようにする（つまり、マスク基底部を二分する平面上の点から排気弁までの最短直線距離に沿って、気流が流れるようにする）。板は、垂直方向の導管に水平に取り付けられる。導管を通る気流は、ノズルを通り、顔面マスク内部に流入する。ノズルを通過する気体の速度は、容積流量（容積／時間）を円形開口の断面積で割って求める。顔面用濾過マスク内部にマノメーターのプローブを取り付けることによって、圧力低下を測定することができる。
【００５７】
実例１の排気弁は、スリーエム（３Ｍ）の製造番号８８１０番の顔面用濾過マスクに取り付けられた。すなわち、マスク着用時の着用者の口の位置に直接対するように、マスクボデー上に排気弁を位置決めした。ノズルを通る気流は、約８０リットル毎秒（l／min）増加し、気流速度は８．３メートル毎秒（ｍ／ｓ）となった。この速度において、顔面マスク内の圧力低下はゼロであった。普通の人は、平常時から重労働時までを平均すると、口の開放面積に応じて約５〜１３メートル毎秒の速度で、息を吐き出す。上記範囲の気流速度においては、本発明に係る顔面マスクに負圧及び相当低い圧力を生じる場合が多い。
【００５８】
実例８−１３（本発明に係る顔面用濾過マスク--顔面マスクを通る
全気流の関数である、圧力低下及び排気弁を通る全流量率の測定）
特定の圧力低下時の呼気全体の流量率で表される、排気弁の呼気排出の効率は、着用者の装着感に影響する主要な要因である。実例７〜１２では、実例１の排気弁を、スリーエムの製造番号８８１０番の顔面用濾過マスク上で試験した。この顔面マスクは、８０リットル毎秒で圧力低下が約６３．７パスカルである。マスク装着時の着用者の口の位置に直接対面するように、マスクボデー上に排気弁を位置決めした。実例７で述べたように、断面積が異なる気流ノズルを使用して様々な垂直方向の容積流量の場合の、弁を通過する際の圧力低下を測定した。
全流量率を次の方法で測定した。第１に、正負の圧力低下データから得た相関する経験的データによって、弁を閉鎖した状態での、フィルター手段の容積流量（Ｑｆ）の圧力低下（ΔＰ）との関係を示す線形方程式を求めた（注：圧力低下が正の場合、Ｑｆもまた正である）。次に、弁が開放可能な場合の圧力低下は、特定の容積流量（ＱＴ）で測定した。弁のみを通る流量（Ｑｖ）は、その圧力低下時のＱｆを使用して、Ｑｖ = ＱＴ - Ｑｆで計算する。弁を通る呼気全体の流量率は、１００（ＱＴ - Ｑｆ）/ＱＴで表わす。呼気の圧力低下が負の場合、フィルター手段を通る顔面マスク内への内向きの流れもまた負であり、弁のオリフィスから外向きの流量Ｑｖが呼気流量ＱＴよりも大きいという条件を設定する。圧力低下及び全流量率のデータは、表２に示している。
【００５９】
【表２】
0003907500.tif 000003
【００６０】
表２では、気流の運動量が少ないために、気流が増加すると圧力低下率（ノズル１８．１ｃｍ２の場合）が増加することをデータが示している。気流の運動量が少ないことは、通常の顔面マスクの使用において希である。しかし、全流量率は、約３０リットル毎秒以上で５０パーセント以上である（実例１０〜１３）。普通の人は、その個人の作業量に従い約２５〜９０リットル毎秒で息を吐き出す。平均すると、人は約３２リットル毎秒の息を吐く。したがって、本発明の顔面マスクは、気流の運動量が少なくても、着用者が快適に装着することが可能である。
【００６１】
気流の運動量が多くなったとき（２．２６ｃｍ２のノズルを使用したときに得られた）、流量が増加し、１８．１ｃｍ２のノズルを使用したときよりも圧力の低下が小さくなる。流量が増加していると、圧力低下が最大に達した時に呼吸効果は顕著になり、次に、流量の増加により効果が減少する。排気弁を通る全流量率は、気流が増加するに従って最大７０パーセントまで増加する。その結果、着用者はより快適に装着することが可能になる。
【００６２】
気流の運動量が最大のとき（０．９５ｃｍ２のノズルを使用した）、圧力低下は多少大きくなり、次に、気流が増加すると小さくなる。これが呼吸効果であり、全容積流量率が１００パーセント以上として、表２に示している。例えば、実例１３では、８０リットル毎秒のときの全流量率は１１９パーセントである。ここでは、全容積流量率の１９パーセントはフィルター手段を通って顔面マスク内部へ吸い込まれ、排気弁を通って排出される。
【００６３】
当該技術分野において通常の知識を有する者には、本発明の範囲内で様々な改良や変更が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、上記に示した実施例に不当に限定されることなく、請求の範囲に示した範囲及びその均等範囲に制限されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る顔面用濾過マスク１０の正面図である。
【図２】  図１の顔面用マスクボデーの一部断面図である。
【図３】  図１の３−３線に沿って切断した排気弁の断面図である。
【図４】  本発明に係る弁座２６の正面図である。
【図５】  カンチレバーのように支持され、かつ一定力を受けた状態の可撓性フラップ２４の側面図である。
【図６】  カンチレバーのように支持され、重力加速度ｇを受けた状態の可撓性フラップ２４の側面図である。
【図７】  本発明に係る弁カバー５０の斜視図である。
【符号の説明】
１０  顔面用濾過マスク
１２  マスクボデー
１４  排気弁
２４  可撓性フラップ
２６  弁座
２８  固定端
３０  シールリッジ
３２  オリフィス
３４  十字部材
３８  自由端
【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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