УСТРОЙСТВО МАСКИ С ВЕНТИЛЯТОРОМ
MASK INSTALLATION WITH THE VENTILATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству маски с вентилятором, которое пригодно для использования в качестве полной маски, полумаски и т.п., для предотвращения попадания пыли и защиты от газа.
Уровень техники
Устройство маски с вентилятором в соответствии с обычной технологией имеет вентилятор, закрепленный с передней стороны или с задней стороны фильтрующего материала в вентиляционном канале, и помогает дыханию с использованием силы подачи воздуха (силы вдоха) вентилятора. Вентилятор обычно подразделяют на тип (называемый вентилятором с постоянной скоростью потока), в котором воздух подают постоянным потоком, независимо от дыхания пользователя устройством маски, и на тип (называемый вентилятором, зависящим от дыхания), подача воздуха в котором осуществляется в соответствии с дыханием пользователя устройством маски.
Пример устройства маски (дыхательного устройства), которое включает в себя вентилятор, зависящий от дыхания, раскрыт в японском патенте № 3726886 (Патентный документ 1). В этом устройстве маски на переднем участке лицевой оболочки предусмотрен клапан выдоха, который открывается во время выдоха воздуха и закрывается во время вдоха воздуха, и клапан вдоха, который закрывается во время выдоха воздуха и открывается во время вдоха воздуха. Кроме того, установлен вентилятор с приводом от двигателя, который подает наружный воздух в лицевую оболочку через клапан вдоха во время нормальной работы. В непосредственной близости к клапану выдоха или клапану вдоха установлен датчик, состоящий из фотопрерывателя, который определяет положение клапана выдоха или клапана вдоха, и вырабатывает сигнал во время выдоха воздуха или вдоха воздуха. Кроме того, в соответствии с сигналом, который поступает от датчика, подают питание к электродвигателю для обеспечения нормальной работы электродвигателя во время вдоха воздуха, и подачу питания к электродвигателю прекращают или уменьшают во время выдоха воздуха.
Устройство маски с вентилятором имеет преимущество, состоящее в том, что пользователь устройством маски удобно вдыхает воздух, что представляет собой первое отличие, и внутреннее давление в лицевой оболочке становится выше, чем внешнее атмосферное давление (становится положительным давлением), что представляет собой второе отличие, и устройство маски с вентилятором может подавлять инфильтрацию вредной пыли или вредного газа из-за зазора между маской и кожей пользователя устройством маски. В частности, важно второе отличие. Соответственно, устройство маски с вентилятором находит широкое применение для работы при удалении асбеста, который оказывает вредное влияние на здоровье человека, даже если чрезвычайно малое количество вредной пыли или вредного воздуха просочится в тело человека, и для работы в среде, содержащей радиоактивную пыль (например, на атомной электростанции).
Устройство маски с вентилятором имеет недостаток, состоящий в том, что, хотя подача воздуха достаточна, пока фильтр новый, количество подаваемого воздуха снижается в результате засорения фильтрующего материала пылью или снижения напряжения батареи. Таким образом, если устройство маски используется постоянно, количество подаваемого воздуха уменьшается, и внутреннее давление в лицевой оболочке становится невозможно поддерживать положительным. В результате прекращается предотвращение проникновения вредного материала. Соответственно, если состояние положительного давления в лицевой оболочке легко распознается пользователем, то необходимо заменить фильтр или батарею непосредственно перед или немедленно после образования отрицательного давления, что позволяет постоянно предотвращать проникновение вредного материала.
Обычные технологии определения внутреннего давления лицевой оболочки в устройстве маски раскрыты в японских патентных выкладках №№ 10-28744 (Патентный документ 2) и 60-68869 (Патентный документ 3), и в публикациях находящейся на рассмотрении японской полезной модели №№ 61-118618 (Патентный документ 4) и 60-49851 (Патентный документ 5).
В обычных технологиях определения внутреннего давления в лицевой оболочке, которые раскрыты в патентных документах 2-5, определяют внутреннее давление в лицевой оболочке с использованием материала, который легко реагирует на давление диафрагмы или тому подобное. Однако, для того, чтобы обеспечить возможность определения внутреннего давления в лицевой оболочке, даже в случае положительного давления величиной несколько паскаль, необходимо сделать соответствующую реакцию на давление более чувствительной. Поскольку диафрагма очень слаба и может быть легко деформирована или повреждена, может легко возникнуть неисправность или отклонение установок.
В то же время положение (форму) каждого клапана в лицевой оболочке определяют в зависимости от состояния внутреннего давления лицевой оболочки. Соответственно, зная положение (форму) клапана, также можно распознавать состояние положительного давления для внутреннего давления в лицевой оболочке.
Сущность изобретения
Соответственно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать устройство маски с вентилятором, в котором датчик предупреждения (например, фотопрерыватель), который определяет положение клапана, не вступая в контакт, и выдает сигнал, расположен в непосредственной близости к клапану выдоха в маске, при этом состояние положительного давления для внутреннего давления в лицевой оболочке распознают на основе выходного сигнала датчика, и устройство предупреждения, которое передает предупреждение с использованием света, звука и вибрации, включают или останавливают с помощью схемы управления, когда положительное давление для внутреннего давления в лицевой оболочке становится ниже, чем заданное положительное давление, информируя, таким образом, пользователя о том, что положительное давление для внутреннего давления в лицевой оболочке становится ниже, чем заданное положительное давление.
В патентном документе 1, описанном выше, датчик, такой как фотопрерыватель, расположен в непосредственной близости к клапану в маске, и он определяет изменение дыхания в вентиляторе, зависимом от дыхания. Поскольку датчик предназначен только для управления вентилятором, возникают следующие проблемы, когда этот датчик используют для определения положительного давления, в том виде, как он есть.
Обычно вентилятор увеличивает подачу воздуха путем повышения количества оборотов вентилятора. Однако в портативном малом вентиляторе, который используется в качестве вентилятора, зависящего от дыхания, увеличение скорости подачи воздуха запаздывает, и подача воздуха не может отслеживать скорость вдыхания воздуха пользователя. В случае, когда определяемый объект представляет собой клапан выдоха в системе определения, которая раскрыта в патентном документе 1, необходимо устанавливать датчик таким образом, чтобы подача воздуха осуществлялась раньше, чем происходит смена дыхания пользователя из выдоха воздуха во вдох воздуха, и клапан выдоха закрывают, учитывая задержку подачи воздуха. Поэтому величину установки, на которую реагирует датчик, устанавливают такой, которая достаточно отстоит от положения, в котором закрывается клапан выдоха (состояние, в котором клапан выдоха в значительной степени открыт). Однако в устройстве предупреждения, которое генерирует свет, звук и вибрацию, поскольку задержка на реакцию не возникает, величина установки, на которую реагирует датчик, может быть приблизительно задана как положение, в котором клапан выдоха закрыт. Поэтому, когда значение установки датчика, раскрытое в патентном документе 1, используют так, как оно есть, устройство предупреждения может работать даже при существенно высоком положительном давлении.
Устройство маски с вентилятором в соответствии с настоящим изобретением включает в себя клапан выдоха, который предусмотрен на переднем участке лицевой оболочки и перемещается в направлении открывания во время выдоха воздуха и в направлении закрывания во время вдоха воздуха; клапан вдоха, который предусмотрен на переднем участке лицевой оболочки и перемещается в направлении закрывания во время выдоха воздуха и в направлении открывания во время вдоха воздуха; вентилятор с приводом от электродвигателя, который подает внешний воздух во внутренний участок лицевой оболочки через клапан вдоха во время работы вентилятора; и датчик управления вентилятором, который расположен вблизи клапана выдоха, и который определяет положение перемещения клапана выдоха при вдохе воздуха, не вступая в контакт с клапаном выдоха, и генерирует соответствующий сигнал. Когда пользователь устройством маски вдыхает воздух, подается питание к электродвигателю для работы вентилятора, и когда пользователь выдыхает воздух, питание электродвигателя прекращается или уменьшается на основании сигнала, который поступает с выхода датчика управления вентилятором. Устройство маски с вентилятором дополнительно включает в себя датчик предупреждения, который определяет положение клапана выдоха, который перемещается, когда внутреннее давление в лицевой оболочке становится ниже, чем внешнее атмосферное давление, не вступая в контакт с клапаном выдоха, и вырабатывает выходной сигнал при вдохе воздуха; и схему управления, которая принимает выходной сигнал с датчика предупреждения и которая управляет устройством предупреждения. Каждый из датчика управления вентилятором и датчика предупреждения состоит из бесконтактного датчика, который отслеживает состояние клапана выдоха.
В устройстве маски с вентилятором предусмотрен датчик предупреждения, который определяет положение клапана выдоха, который перемещается, когда внутреннее давление в лицевой оболочке становится ниже, чем наружное атмосферное давление при вдохе воздуха, не контактируя с клапаном выдоха, и вырабатывает выходной сигнал, и устройство предупреждения работает в соответствии с сигналом, поступающим от датчика предупреждения. Когда количество подаваемого вентилятором воздуха снижается из-за засорения фильтрующего материала пылью или снижения напряжения батареи, пользователь устройством маски может легко распознать, когда внутреннее давление в лицевой оболочке понижается, благодаря работе устройства предупреждения. В соответствии с этим, пользователь заменяет фильтр или батарею, таким образом, постоянно предотвращая проникновение вредных веществ. Кроме того, поскольку не используется диафрагма, которая выполнена очень слабой и может быть легко деформирована и повреждена, поломка возникает редко, и значение установки для определения положения перемещения клапана, которое влияет на работу устройства предупреждения, трудно изменить.
Устройство маски с вентилятором может быть выполнено в следующих формах.
Датчик управления вентилятором используется как датчик предупреждения, и первое положение перемещения и второе положение перемещения, которое ближе к направлению закрывания, чем первое положение движения, установлены как положения перемещения клапана выдоха относительно датчика управления вентилятором при вдохе воздуха. Кроме того, схема управления включает в себя первый компаратор, который сравнивает выходной сигнал датчика управления вентилятором и первый опорный выходной сигнал, соответствующий первому положению перемещения, и выдает такой сигнал, когда выходной сигнал датчика управления вентилятором превышает первый опорный выходной сигнал, что питание подается к электродвигателю, и второй компаратор, который сравнивает выходной сигнал датчика управления вентилятором и второй опорный выходной сигнал, соответствующий положению перемещения, и выдает такой сигнал, когда выходной сигнал датчика управления вентилятором превышает второй опорный выходной сигнал, что работает устройство предупреждения. В соответствии с устройством маски с вентилятором, которое имеет описанную выше конфигурацию, один датчик определения положения может выполнять функцию как датчика управления вентилятором, так и датчика предупреждения.
Бесконтактный датчик состоит из фотопрерывателя, который включает в себя светоизлучающий элемент и светопринимающий элемент, и свет, излучаемый светоизлучающим элементом, отражается клапаном выдоха и принимается светопринимающим элементом, и светопринимающий элемент определяет количество принятого света и выдает соответствующий сигнал.
Клапан выдоха может быть выполнен из материала, с которым смешан магнитный материал, и бесконтактный датчик может состоять из элемента с эффектом магнитного сопротивления, сопротивление которого увеличивается в соответствии с силой определяемого магнитного поля.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий устройство маски с вентилятором в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения.
На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий положение в непосредственной близости к клапану выдоха устройства маски, показанного на фиг. 1, на которой представлено состояние, в котором пользователь устройством маски выдыхает воздух.
На фиг. 3 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий положение в непосредственной близости к клапану выдоха в устройстве маски, показанном на фиг. 1, на котором показано состояние, в котором пользователь устройством маски вдыхает воздух после выдоха воздуха.
На фиг. 4 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий положение в непосредственной близости к клапану выдоха в устройстве маски, показанном на фиг. 1, на котором показано состояние, в котором пользователь устройством маски, вдыхает воздух, но объем подаваемого воздуха вентилятором не удовлетворяет количеству вдыхаемого пользователем воздуха.
На фиг. 5 показана принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы управления для управления приводом вентилятора и работой устройства предупреждения в устройстве маски, показанном на фиг. 1.
На фиг. 6 показан вид в разрезе в непосредственной близости к клапану выдоха, представляющий другой пример компоновки датчиков определения положения для управления вентилятором и предупреждения в устройстве маски, показанном на фиг. 1.
На фиг. 7 показана принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы управления для управления приводом вентилятора и работой устройства предупреждения в устройстве маски с вентилятором в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения.
На фиг. 8 показан вид в поперечном сечении, иллюстрирующий положение вблизи клапана выдоха в устройстве маски с вентилятором в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения, где представлено состояние, когда пользователь устройством маски выдыхает воздух.
На фиг. 9 показан вид в разрезе положения в непосредственной близости к клапану выдоха в устройстве маски с вентилятором в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения, на котором представлено состояние, когда пользователь устройством маски выдыхает воздух.
На фиг. 10 показана принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы управления для управления приводом вентилятора и работы устройства предупреждения в устройстве маски с вентилятором в соответствии с четвертым вариантом воплощения настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Устройство маски с вентилятором в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения будет описано со ссылкой на фиг. 1-6.
Как показано на фиг. 1, устройство маски 1 с вентилятором включает в себя прорезь 4 для выдоха и прорезь 6 для вдоха, которые предусмотрены на переднем участке лицевой оболочки 2. Прорезь 4 для выдоха имеет внешнюю поверхность, которая закрыта крышкой 3 клапана выдоха, и прорезь 6 для вдоха имеет внешнюю поверхность, которая закрыта крышкой 5 из фильтрующего материала, аналогично прорези для выдоха.
В прорези 4 для выдоха предусмотрен клапан 7 выдоха, который перемещается в направлении открывания, когда пользователь устройством маски выдыхает воздух, и перемещается в направление закрывания, когда пользователь вдыхает воздух, в соответствии с дыханием человека. В прорези 6 для вдоха предусмотрен клапан 8 вдоха, который закрывается, когда человек выдыхает воздух, и открывается, когда человек вдыхает воздух. В крышке 5 из фильтрующего материала расположен фильтрующий материал 9 на ее передней стороне (конец крышки из фильтрующего материала на стороне, расположенной дальше от клапана 8 вдоха), и вентилятор 10 расположен между фильтрующим материалом 9 и прорезью 6 для вдоха. Вентилятор 10 включает в себя электродвигатель 11 привода и колесо 12 с лопастями, которое соединено с выходным валом электродвигателя 11 привода, и которое подает наружный воздух во внутреннюю часть лицевой оболочки 2 через фильтрующий материал 9 и клапан 8 вдоха при нормальной работе двигателя 11.
На фиг. 2-4 показаны виды в разрезе, иллюстрирующие положение в непосредственной близости к клапану 7 выдоха в устройстве 1 маски с вентилятором в соответствии с данным вариантом воплощения. На фиг. 2 показано положение клапана 7 выдоха, когда пользователь устройством маски выдыхает воздух. На фиг. 3 показано положение клапана 7 выдоха в исходном положении вдоха воздуха, когда пользователь устройством маски вдыхает воздух после выдоха воздуха. На фиг. 4 показано положение клапана 7 выдоха, когда пользователь устройством маски выдыхает воздух, в случае, когда объем подачи воздуха вентилятором не удовлетворяет объема подачи вдыхаемого воздуха пользователем устройством маски. Как показано на фиг. 2-4, гнездо 13 клапана выдоха воздуха установлено вокруг прорези 4 для выдоха лицевой оболочки 2, и клапан 7 выдоха закреплен на гнезде 13 клапана выдоха воздуха.
В устройстве маски 1 с вентилятором в соответствии с данным вариантом воплощения используется два датчика, которые включают в себя датчик управления вентилятором и датчик предупреждения. Снаружи внешнего участка клапана 7 выдоха расположены первый датчик 14 определения положения и второй датчик 15 определения положения, которые определяют положение перемещения клапана 7 выдоха. Поскольку первый датчик 14 определения положения и второй датчик 15 определения положения имеют одинаковую конфигурацию, ниже описана только конфигурация первого датчика 14 определения положения.
Первый датчик 14 определения положения включает в себя отражающий фотопрерыватель, который состоит из светоиспускающего элемента 14a (светодиода) и светопринимающего элемента 14b (транзисторный приемник), и выдает сигнал, когда светопринимающий элемент 14b определяет наличие инфракрасных лучей от светоиспускающего из элемента 14a. Кроме того, датчик 14 определения положения (отражающий фотопрерыватель) выполнен таким образом, что излучающая свет поверхность светоиспускающего элемента 14a и принимающая свет поверхность светопринимающего элемента 14b направлены к клапану 7 выдоха. Аналогично, второй датчик 15 определения положения (отражающий фотопрерыватель) также выполнен таким образом, что излучающая свет поверхность светоиспускающего элемента 15a и принимающая свет поверхность светопринимающего элемента 15b направлены к клапану 7 выдоха.
Первый датчик 14 определения положения используют для управления вентилятором так, чтобы его работа следовала дыханию, и второй датчик 15 определения положения используют для оповещения, для включения устройства предупреждения.
Если клапан 7 выдоха перемещается в направлении от первого датчика 14 определения положения за пределы положения линии d1 границы, которая установлена для первого датчика 14 определения положения, светопринимающий элемент 14b датчика 14 определения положения переключается в выключенное состояние из включенного состояния. Аналогично, если клапан 7 выдоха движется в направлении от второго датчика 15 определения положения за пределы положения линии d2 границы, которая установлена для второго датчика 15 определения положения, светоприемный элемент 15b второго датчика 15 определения положения переключается в выключенное состояние из включенного состояния.
В частности, если клапан 7 выдоха установлен ближе к первому датчику 14 определения положения, чем положение линии d1 границы, показанное на фиг. 2-4, инфракрасные лучи, которые исходят из светоиспускающего элемента 14a первого датчика 14 определения положения, отражаются на клапане 7 выдоха, и их принимает светопринимающий элемент 14b. В результате светопринимающий элемент 14b включается. В отличие от этого, если клапан 7 выдоха расположен дальше к первому датчику 14 определения положения (к стороне гнезда 13 клапана выдоха), чем положение линии d1 границы, инфракрасные лучи из светоиспускающего элемента 14a и отражающиеся на клапане 7 выдоха, не будут приняты светопринимающим элементом 14b. В результате светопринимающий элемент 14b выключается.
В то же время, если клапан 7 выдоха расположен ближе ко второму датчику 15 определения положения, чем положение линии d2 границы, показанной на фиг. 2-4, инфракрасные лучи, которые исходят из светоиспускающего элемента 15a второго датчика 15 определения положения, отражаются на клапане 7 выдоха, и их принимает светопринимающий элемент 15b. В результате элемент 15b приема света включается. В отличие от этого, если клапан 7 выдоха расположен дальше ко второму датчику 15 определения положения (к стороне гнезда 13 клапана выдоха), чем положение линии d2 границы, инфракрасные лучи, которые поступают от светоиспускающего элемента 15a и отражаются на клапане 7 выдоха, не будут приняты светопринимающим элементом 15b. В результате светопринимающий элемент 15b выключается.
Кроме того, как показано на фиг. 2-4, положение линии d2 границы, которое установлено для второго датчика 15 определения положения, когда клапан 7 выдоха перемещен, и светопринимающий элемент 15b переключается в выключенное состояние из включенного состояния, установлено ближе к гнезду 13 клапана выдоха, чем положение линии d1 границы, которое установлено для первого датчика 14 определения положения, когда клапан 7 выдоха перемещен, и светопринимающий элемент 14b переключается в выключенное состояние из включенного состояния.
На фиг. 2 пунктирными линиями со стрелками, которые обозначены позицией 16, обозначены каналы для воздуха, выдыхаемого пользователем устройством маски при выдохе воздуха. Кроме того, на фиг. 3 пунктирными линиями со стрелками, обозначенными позицией 17, обозначены каналы избыточного воздуха, подаваемого вентилятором 10, количество которого превышает количество вдыхаемого пользователем воздуха.
На фиг. 5 показана принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы управления в устройстве маски 1 с вентилятором, в соответствии с первым вариантом воплощения. Первый транзистор (PNP типа) 18, который управляет подачей питания к электродвигателю 11, с помощью которого осуществляется привод вентилятора 10, имеет эмиттер, соединенный с источником питания, и коллектор, соединенный с электродвигателем 11. Кроме того, база первого транзистора 18 соединена с коллектором второго транзистора (NPN типа) 19, который управляет работой первого транзистора 18. Второй транзистор 19 имеет эмиттер, соединенный с землей (точка опорного потенциала), и базу, которая соединена с источником питания через резистор r1 и соединена с одним выводом светопринимающего элемента 14b первого датчика 14 определения положения. В то же время, другой вывод светопринимающего элемента 14b первого датчика 14 определения положения соединен с землей (точка опорного потенциала).
Кроме того, в данном варианте воплощения, в качестве одного аспекта устройства предупреждения используется светодиод (светодиод 20 предупреждения). Один конец светодиода 20 предупреждения соединен с источником питания через резистор, и другой его конец соединен с коллектором третьего транзистора (NPN типа) 21, который управляет включением/выключением светодиода предупреждения 20. Третий транзистор 21 имеет эмиттер, который соединен с землей (точка опорного потенциала), и базу, которая соединена с источником питания через резистор r2 и соединена с одним выводом светопринимающего элемента 15b второго датчика 15 определения положения. В то же время, другой вывод светопринимающего элемента 15b второго датчика 15 определения положения соединен с землей (точка опорного потенциала).
Далее будет описана функция устройства маски 1 с вентилятором в соответствии с первым вариантом воплощения. Во время выдоха воздуха, как показано на фиг. 2, благодаря воздуху, выдыхаемому пользователем, клапан 7 выдоха поднимается к первому и второму датчикам 14 и 15 определения положения от гнезда 13 клапана выдоха. Таким образом, внутреннее давление в лицевой оболочке представляет собой положительное давление (давление, которое выше, чем внешнее атмосферное давление), и клапан 7 выдоха располагается ближе к первому и второму датчикам 14 и 15 определения положения, чем положения линий d1 и d2 границы. По этой причине светопринимающий элемент 14b принимает инфракрасные лучи, которые испускает светоиспускающий элемент 14a датчика 14 определения первого положения и отражаются клапаном 7 выдоха. В результате светопринимающий элемент 14b включается (выдает сигнал). Аналогично, светопринимающий элемент 15b принимает инфракрасные лучи, исходящие от светоиспускающего элемента 15a второго датчика 15 определения положения и отражаемые клапаном 7 выдоха. В результате светопринимающий элемент 15b включается (выдает сигнал).
На фиг. 5, если светопринимающий элемент 14b первого датчика 14 определения положения включается, напряжение, прикладываемое к базе второго транзистора 19, становится приблизительно равным уровню земли. По этой причине второй транзистор 19 отключается. В результате первый транзистор 18 также выключается. В соответствии с этим, питание не подается к двигателю 11, и вентилятор 10 прекращает подачу воздуха.
Кроме того, если светопринимающий элемент 15b второго датчика 15 определения положения будет включен, напряжение, подаваемое к базе третьего транзистора 21, становится приблизительно равным уровню земли. По этой причине третий транзистор 21 отключается. В результате чего питание не поступает к светодиоду 20 предупреждения, и светодиод 20 предупреждения выключается.
Когда пользователь вдыхает воздух после выдоха воздуха, как показано на фиг. 3, клапан 7 выдоха перемещается в направлении гнезда 13 клапана выдоха, поскольку давление, поднимающее клапан, понижается, по мере того, как уменьшается количество воздуха, выдыхаемое пользователем. Во время движения клапан 7 выдоха вначале проходит положение линии d1 границы, которая установлена для первого датчика 14 определения положения. В этом случае инфракрасные лучи, излучаемые светоиспускающим элементом 14a первого датчика 14 определения положения и отражаемые клапаном 7 выдоха, отклоняются от поверхности приема света светопринимающего элемента 14b, и сигнал не выдается. В результате светопринимающий элемент 14b выключается.
Если светопринимающий элемент 14b первого датчика 14 определения положения выключен, в схеме управления, показанной на фиг. 5, ток базы протекает в базу второго транзистора 19 через резистор r1. В соответствии с этим, второй транзистор 19 включается. В результате ток базы протекает от эмиттера первого транзистора 18 к базе, и первый транзистор 18 также включается. В соответствии с этим, питание поступает к двигателю 11 через первый транзистор 18, и вентилятор 10 работает. Таким образом, сигнал, который поступает из первого датчика 14 определения положения, принимает выключенное состояние (по сигналу определения положения в положении линии d1 границы). В результате вентилятор 10 работает.
Когда фильтрующий 9 материал не засорен или напряжение источника питания не понижено, перед тем, как клапан 7 выдоха достигнет положения d2 границы, которое установлено для второго датчика 15 определения положения, количество подаваемого воздуха вентилятором 10 превышает количество вдыхаемого пользователем воздуха, при этом внутреннее давление в лицевой оболочке поддерживается на уровне положительного давления, и избыточный воздух, подаваемый (см. номер 17 ссылочной позиции на фиг. 3) вентилятором, выходит через прорезь 4 для выдоха гнезда 13 клапана выдоха. По этой причине, как показано на фиг. 3, клапан 7 выдоха несколько приподнят на гнезде 13 клапана выдоха, и клапан 7 выдоха не достигает положения линии d2 границы, установленного для второго датчика 15 определения положения. В соответствии с этим, во втором датчике 15 определения положения инфракрасные лучи от светоиспускающего элемента 15a и отражаемые клапаном 7 выдоха поступают в светопринимающий элемент 15b. В результате светопринимающий элемент 15b поддерживается во включенном состоянии (выдает сигнал). В соответствии с этим, поскольку светопринимающий элемент 15b второго датчика 15 определения положения поддерживает включенное состояние, третий транзистор 21 поддерживает выключенное состояние, питание не поступает к светодиоду 20 предупреждения, и устройство предупреждения не работает (светодиод 20 предупреждения выключен).
С другой стороны, когда пользователь вдыхает воздух после выдоха воздуха, если произошло засорение фильтрующего материала 9 или понизилось напряжение источника питания, количество подаваемого воздуха вентилятором 10 не удовлетворяет требуемому количеству вдыхаемого пользователем воздуха. В результате внутреннее давление в лицевой оболочке становится отрицательным давлением (состояние, в котором внутреннее давление в лицевой оболочке 2 ниже, чем внешнее атмосферное давление), и при этом не обеспечивается достаточно сильная подача воздуха, при которой поднимается клапан 7 выдоха. По этой причине, как показано на фиг. 4, клапан 7 выдоха перемещается к гнезду 13 клапана выдоха и плотно прижимается к гнезду 13 клапана выдоха. В соответствии с этим, поскольку клапан 7 выдоха расположен за пределами положения линии d2 границы, которая установлена для второго датчика 15 определения положения, инфракрасные лучи от светоиспускающего элемента 15a второго датчика 15 определения положения, и отражаются на клапане 7 выдоха, отклоняются от поверхности приема света светопринимающего элемента 15b, и сигнал не поступает на выход (светопринимающий элемент 15b выключен).
На фиг. 5, если светопринимающий элемент 15b второго датчика 15 определения положения выключен, третий транзистор 21 включается, поскольку ток базы протекает в базу третьего транзистора 21 через резистор r2. В результате питание поступает к светодиоду 20 предупреждения, и светодиод 20 предупреждения включается. В соответствии с этим, сигнал со второго датчика 15 определения положения принимает выключенное значение (по положению сигнала определения в положении линии d2 границы), обеспечивая таким образом информирование пользователя путем включения светодиода 20 предупреждения о том, что внутреннее давление в лицевой оболочке становится отрицательным давлением.
В описанном выше первом варианте воплощения первый датчик 14 определения положения и второй датчик 15 определения положения расположены перед клапаном 7 выдоха в направлении его движения (в направлении, в котором клапан выдоха движется от гнезда 13 клапана выдоха и открывается), но положения первого и второго датчиков 14 и 15 определения положения не ограничиваются положением клапана 7 выдоха в направлении его движения. Например, как показано на фиг. 6, первый и второй датчики 14 и 15 определения положения могут быть смещены в поперечном направлении относительно направления движения клапана 7 выдоха для определения бокового конца клапана 7 выдоха. Кроме того, первый и второй датчики 14 и 15 определения положения не ограничиваются фотопрерывателями. Если каждый из первого и второго датчиков 14 и 15 определения положения представляют собой бесконтактный датчик, который может определять положение клапана 7 выдоха в отсутствии контакта, можно ожидать тот же эффект.
Далее, со ссылкой на фиг. 7 и 8, будет описано устройство маски с вентилятором в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения.
В описанном выше первом варианте воплощения датчик 14 определения положения для управления вентилятором так, чтобы его работа соответствовала дыханию, и датчик 15 определения положения для предупреждения и включения устройства предупреждения, предусмотрены по отдельности относительно положения во время движения клапана 7 выдоха. Однако во втором варианте выполнения один датчик определения положения предусмотрен относительно положения во время движения клапана 7 выдоха таким образом, что датчик определения положения индивидуально управляет вентилятором 10 и устройством предупреждения (светодиодом 20 предупреждения) в схеме управления.
На фиг. 7 показана принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы управления, которая индивидуально управляет вентилятором 10 и устройством предупреждения. В данном варианте воплощения, аналогично первому варианту воплощения, используется светодиод (светодиод 20 предупреждения) в качестве устройства предупреждения, и датчик 14 определения положения (состоящий из фотопрерывателя), который определяет положение во время движения клапана 7 выдоха, расположен за пределами положения непосредственной близости клапана 7 выдоха. Как показано на фиг. 7, один вывод светопринимающего элемента 14b датчика 14 определения положения соединен с источником питания через резистор r3, и другой его вывод соединен с землей (точка опорного потенциала).
Один вывод резистора r4 соединен с точкой 22 соединения между одним выводом светопринимающего элемента 14b датчика 14 определения положения и резистором r3. Другой вывод резистора r4 соединен с землей (точка опорного потенциала). Кроме того, линия сигнала от элемента 14b приема света датчика 14 определения положения раздваивается в положении, проходящем точку 22 соединения, и одна, ответвляющаяся линия 27a сигнала, соединена с положительным входным выводом первого компаратора 23, и другая, ответвляющаяся линия 27b сигнала, соединена с положительным входным выводом второго компаратора 25.
Первый опорный вывод 24 (Vref-1), на который выводят сигнал с заданным уровнем, соединен с отрицательным входным выводом первого компаратора 23. Выходной вывод первого компаратора 23 соединен с базой второго транзистора (NPN типа) 19, который управляет работой первого транзистора 18. Первый компаратор 23 выводит сигнал, когда выход светопринимающего элемента 14b датчика 14 определения положения превышает первый опорный выход 24 (Vref-1).
Второй опорный выход 26 (Vref-2), который выводит сигнал заданного уровня, соединен с отрицательным входным выводом второго компаратора 25. Кроме того, выходной вывод второго компаратора 25 соединен с базой третьего транзистора (NPN типа) 21. Второй компаратор 25 выводит сигнал, когда выход светопринимающего элемента 14b датчика 14 определения положения превышает второй опорный вывод 26 (Vref-2).
На фиг. 8 показан вид в разрезе, иллюстрирующий положение в непосредственной близости к клапану 7 выдоха в устройстве маски с вентилятором 1 согласно второму варианту воплощения.
Ссылочной позицией d1 на фиг. 8 обозначено положение линии границы (соответствующей первому положению движения) клапана 7 выдоха (объект определения) для определения положения управления вентилятором, которое установлено для датчика 14 определения положения, и ссылочной позицией d2 обозначено положение линии границы (соответствующее второму положению при движении) клапана 7 выдоха (объект определения) для определения положения предупреждения, которое установлено для датчика 14 определения положения. Когда клапан 7 выдоха движется, приближаясь к датчику 14 определения положения за пределами линии d2 границы (в сторону от гнезда 13 клапана выдоха), инфракрасные лучи, которые поступают от светоиспускающего элемента 14a датчика 14 определения положения, отражаются на клапане 7 выдоха, и их принимает светопринимающий элемент 14b. В результате светопринимающий элемент 14b включается.
Потенциал первого опорного выхода 24 (Vref-1) в схеме, показанной на фиг. 7, установлен равным или несколько ниже, чем потенциал точки 22 соединения, которая связана с выходом светопринимающего элемента 14b датчика 14 определения положения, когда клапан 7 выдоха расположен в положении линии d1 границы, показанной на фиг. 8. Кроме того, потенциал второго опорного выхода 26 (Vref-2) установлен равным или несколько ниже, чем потенциал точки 22 соединения, которая связана с выходом светопринимающего элемента 14b датчика 14 определения положения, когда клапан 7 выдоха расположен в положении линии d2 границы, показанной на фиг. 8.
Работа второго варианта воплощения будет описана ниже. Когда клапан 7 выдоха расположен в положении (в состоянии, когда пользователь выдыхает воздух), показанном на фиг. 8, выходной сигнал светопринимающего 14b элемента датчика 14 определения положения становится соответствующим включенному состоянию. В схеме управления, показанной на фиг. 7, если светопринимающий элемент 14b датчика 14 определения положения включается, ток, который протекает от источника питания через резистор r3, утекает в землю (точка опорного потенциала) через светопринимающий элемент 14b. По этой причине положительные напряжения положительных входных выводов первого компаратора 23 и второго компаратора 25, которые имеют такой же потенциал, как и точки 22 соединения, становятся напряжениями уровня земли. В соответствии с этим, выходные сигналы первого компаратора 23 и второго компаратора 25 также соответствуют выключенному состоянию, и второй транзистор 19 выключен. В результате первый транзистор 18 также выключен, третий транзистор 21 выключен, электродвигатель 11 находится в остановленном состоянии (то есть вентилятор 10 прекращает подачу воздуха), и светодиод 20 предупреждения выключен.
Затем, если клапан 7 выдоха движется в направлении гнезда 13 клапана выдоха, когда пользователь устройством маски вдыхает воздух после выдоха воздуха, проходит положение, показанное линией d1 границы на фиг. 8, и немного смещается к гнезду 13 клапана выдоха в результате вдоха воздуха, после чего количество принимаемого света светопринимающим элементом 14b уменьшается, и ток, который протекает в светопринимающий элемент 14b через резистор r3, показанный на фиг. 7, уменьшается. По этой причине ток, который протекает через резистор r3, протекает на землю (точка опорного потенциала) через резистор r4. В результате потенциал точки 22 соединения повышается от уровня земли, по мере того, как количество принимаемого света светопринимающим элементом 14b уменьшается. Напряжение на положительном входном выводе первого компаратора 23, который имеет такой же потенциал, как и потенциал точки 22 соединения, превышает первый опорный сигнал 24 (Vref-1).
В соответствии с этим, выходной сигнал первого компаратора 23 переходит в состояние включено, и второй транзистор 19 включается. В результате первый транзистор 18 включается, питание поступает к электродвигателю 11, вентилятор 10 работает, и осуществляется подача воздуха. В то же время, во втором компараторе 25, напряжение на положительном входном выводе, которое совпадает с потенциалом точки 22 соединения, не достигает второго опорного сигнала 26 (Vref-2). В результате выходной сигнал второго компаратора 25 поддерживается в выключенном состоянии. По этой причине третий транзистор 21 выключен, и светодиод 20 предупреждения выключен.
Когда засорение фильтрующего материала 9 отсутствует, или не произошло понижение напряжения источника питания, как показано на фиг. 3, прежде чем клапан 7 выдоха достигнет положения линии d2 границы, количество подаваемого воздуха вентилятором 10 превышает количество вдыхаемого воздуха пользователем, при этом внутреннее давление в лицевой оболочке поддерживается как положительное давление, и избыточный воздух, подаваемый (см. ссылочную позицию 17 на фиг. 3) вентилятором, вытекает через прорезь 4 для выдоха гнезда 13 клапана выдоха. По этой причине, как показано на фиг. 3, клапан 7 выдоха поддерживается на незначительном расстоянии от гнезда 13 клапана выдоха, и клапан 7 выдоха не достигает положения линии d2 границы, которая установлена для датчика 14 определения положения.
В соответствии с этим, в датчике 14 определения положения инфракрасные лучи от светоиспускающего элемента 14a, отраженные на клапане 7 выдоха, все еще принимаются с помощью светопринимающего элемента 14b, и, таким образом, светопринимающий элемент 14b поддерживает включенное состояние (выдает сигнал). В результате, поскольку напряжение положительного входного вывода второго компаратора 25, то есть с таким же потенциалом, как и в точке 22 соединения, не достигает напряжения на втором опорном выводе 26 (Vref-2), выход второго компаратора 25 поддерживается в выключенном состоянии. В соответствии с этим, третий транзистор 21 поддерживается выключенным. В результате питание не поступает в светодиод 20 предупреждения, и устройство предупреждения не работает (светодиод 20 предупреждения выключен).
В то же время, в случае засорения фильтрующего материала 9 или понижения напряжения источника питания, количество поступающего воздуха от вентилятора 10 не удовлетворяет потребность во вдыхаемом пользователем воздухе. В результате внутреннее давление в лицевой оболочке становится отрицательным давлением (состояние, в котором внутреннее давление в лицевой оболочке 2 ниже, чем внешнее атмосферное давление), и подача воздуха, которая поднимает клапан 7 выдоха, прекращается. По этой причине, как показано на фиг. 4, клапан 7 выдоха движется в направлении гнезда 13 клапана выдоха и переходит положение линии d2 границы, которое установлено для датчика 14 определения положения. В конечном итоге клапан 7 выдоха плотно прижимается к гнезду 13 клапана выдоха. В результате поскольку инфракрасные лучи от светоиспускающего элемента 14a датчика 14 определения положения, и отраженные от клапана 7 выдоха, могут отклониться от поверхности приема светопринимающего элемента 14b, при этом сигнал не будет выдаваться светопринимающим элементом 14b (светопринимающий элемент 14b выключен).
Поскольку светопринимающий 14b элемент датчика 14 определения положения выключен, ток, который протекает через резистор r3, утекает в землю (точка опорного потенциала) через резистор r4, как показано на фиг. 7. В результате потенциал точки 22 соединения увеличивается на величину тока, который протекает через резистор r4 относительно уровня земли, и напряжение на положительном входном выводе второго компаратора 25, которое является таким же, как и потенциал точки 22 соединения, превышает напряжение второго опорного выхода 26 (Vref-2). В соответствии с этим, выход второго компаратора 25 переходит в состояние включено, третий транзистор 21 включается, и светодиод 20 предупреждения включается, информируя, таким образом, пользователя о том, что внутреннее давление в лицевой оболочке становится отрицательным давлением.
Как описано выше, хотя только один датчик определения положения (фотопрерыватель) используется в случае данного варианта воплощения, может быть получен тот же эффект, что и в первом варианте воплощения.
В описанном выше варианте воплощения в качестве устройства предупреждения, например, используют светодиод, который выводит предупреждение, используя свет, но настоящее изобретение не ограничивается этим. Устройство предупреждения может излучать звук или вибрацию, генерируя, таким образом, предупреждение. Кроме того, можно использовать комбинацию, по меньшей мере, из двух - из света, звука и вибрации.
В описанном выше варианте воплощения питание подают к электродвигателю 11 в соответствии с сигналом из датчика 14 определения положения для обеспечения нормальной работы электродвигателя 11 во время вдоха воздуха, и подача питания к электродвигателю 11 прекращается во время выдоха воздуха. Однако питание может подаваться в электродвигатель 11, для нормальной работы электродвигателя 11 во время вдоха воздуха, и питание, подаваемое к электродвигателю 11, может быть уменьшено во время выдоха воздуха.
Затем устройство маски с вентилятором в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретение будет описано со ссылкой на фиг. 9.
На фиг. 9 показан вид в разрезе, иллюстрирующий положение в непосредственной близости к клапану выдоха в устройстве маски с вентилятором в соответствии с данным вариантом воплощения (состояние, в котором пользователь выдыхает воздух). В настоящем изобретении, поскольку положение (форма) клапана 7 выдоха можно рассматривать как положение отсутствия контакта, клапан 30 выдоха, положение которого определяют, сформирован из материала (силиконовой резины), к которому подмешан магнитный материал. Кроме того, каждый из датчика 28 управления вентилятором и датчика 29 предупреждения вместо фотопрерывателя состоит из элемента с эффектом магнитного сопротивления (ниже называется MR (МС) датчиком), сопротивление которого увеличивается в зависимости от силы определяемого магнитного поля. Используя такую конфигурацию, даже при том, что положение (форму) клапана распознают с использованием MR датчика, можно получить тот же эффект, как и в первом и втором вариантах воплощения, в которых используется фотопрерыватель.
Далее, со ссылкой на фиг. 10, будет описано устройство маски с вентилятором в соответствии с четвертым вариантом воплощения настоящего изобретения.
На фиг. 10 показана принципиальная схема, иллюстрирующая часть схемы управления в устройстве маски с вентилятором в соответствии с данным вариантом воплощения (случай, когда вентилятором и устройством предупреждения индивидуально управляют по сигналу от одного MR датчика). В таком варианте воплощения только один MR датчик (MR датчик 28) используется в отношении положения движения клапана 30 выдоха таким образом, что MR датчик индивидуально управляет вентилятором 10 и устройством предупреждения (светодиодом 20 предупреждения) в схеме управления.
Как показано на фиг. 10, один вывод MR датчика 28 непосредственно соединен с источником питания, и другой его конец соединен с одним выводом резистора r4. Другой вывод резистора r4 соединен с землей (точка опорного потенциала). Кроме того, линия сигнала, которая соединена с другим выводом MR датчика 28, разветвлена в точке 22 соединения, и одна разветвленная линия 27a сигнала соединена с положительным входным выводом первого компаратора 23, и другая разветвленная линия 27b сигнала соединена с положительным входным выводом второго компаратора 25. Первый опорный выход 24 (Vref-1), на который выводят сигнал с заданным уровнем, соединен с отрицательным входным выводом первого компаратора 23. Кроме того, второй опорный выход 26 (Vref-2), на который выводят сигнал заданного уровня, соединен с отрицательным входным выводом второго компаратора 25.
Кроме того, потенциал первого опорного выхода 24 (Vref-1) установлен равным или несколько ниже, чем потенциал в точке 22 соединения, которая связана с падением напряжения MR датчика 28а, когда клапан 7 выдоха находится в положении на линии d1 границы, показанной на фиг. 8. Кроме того, потенциал второго опорного выхода 26 (Vref-2) установлен равным или несколько ниже, чем потенциал точки 22 соединения, что связано с падением напряжения в результате сопротивления MR датчика 28, когда клапан 7 выдоха находится в положении линии d2 границы, показанной на фиг. 8. Поскольку в остальном конфигурация схемы такая же, как и конфигурация по второму варианту воплощения, показанному на фиг. 7, одни и те же компоненты обозначены теми же ссылочными позициями, и их подробное описание не приведено.
Функция четвертого варианта воплощения будет описана ниже. Когда клапан 30 выдоха расположен в положении (в состоянии, в котором пользователь выдыхает воздух), показанном на фиг. 9, клапан 30 выдоха, к которому примешан магнитный материал, располагается ближе всего к MR датчику 28, в результате сопротивление MR датчика 28, сопротивление которого увеличивается в зависимости силы определяемого магнитного поля, становится максимальным. По этой причине сила тока, который утекает в землю (точка опорного потенциала) через MR датчик 28 и резистор r4, становится минимальной, и потенциал (падение напряжения на резисторе r4) в точке 22 соединения относительно уровня земли (0 Вт) минимизируется. Входное напряжение положительного входного вывода первого компаратора 23, которое совпадает с потенциалом точки 22 соединения, не превышает напряжение на первом опорном выходе 24 (Vref-1). Аналогично, входное напряжение положительного входного вывода второго компаратора 25, которое представляет собой то же напряжение, что и напряжение точки 22 соединения, не превышает напряжение второго выходного опорного сигнала 26 (Vref-2).
В соответствии с этим, выходные сигналы первого компаратора 23 и второго компаратора 25 соответствуют состоянию выключено, и второй транзистор 19 выключен, и третий транзистор 21 выключен. В результате первый транзистор 18 выключен, двигатель 11 остановлен, вентилятор 10 не подает воздух, и светодиод предупреждения 20 выключен.
Затем, когда клапан 30 выдоха движется в направлении гнезда 13 клапана выдоха, и при этом пользователь вдыхает воздух после выдоха воздуха, в соответствии с движением клапана 30 выдоха, магнитное поле, которое определяет MR датчик 28, становится более слабым (плотность потока понижается). В результате сопротивление MR датчика 28 изменяется в сторону уменьшения. По этой причине ток, который протекает на землю (точка опорного потенциала) через MR датчик 28 и резистор r4, увеличивается от минимального значения, и потенциал (падение напряжения на резисторе r4) в точке 22 соединения относительно уровня земли (0 Вт) увеличивается от наименьшего потенциала (потенциал изменяется с увеличением).
Если клапан 30 выдоха проходит положение линии d1 границы, показанной на фиг. 9 и немного перемещается к гнезду 13 клапана выдоха во время вдоха воздуха, потенциал (то есть входное напряжение положительного входного вывода первого компаратора 23) точки 22 соединения, связанной с сопротивлением MR датчика 28, превышает потенциал первого опорного выхода 24 (Vref-1).
В соответствии с этим, выходной сигнал первого компаратора 23 становится состоянием включено, и второй транзистор 19 включается. В результате, первый транзистор 18 включается, питание поступает к электродвигателю 11, и вентилятор 10 работает на подачу воздуха.
В то же время, напряжение положительного входного вывода второго компаратора 25 (которое представляет собой тот же потенциал, что и у точки 22 соединения, связанной с сопротивлением MR датчика 28) не достигает напряжения второго опорного выхода 26 (Vref-2). В результате выход второго компаратора 25 поддерживается в выключенном состоянии. В соответствии с этим, третий транзистор 21 выключается, и светодиод 20 предупреждения выключается.
В случае отсутствия засорения фильтрующего материала 9, или когда напряжение источника питания не понижено, перед тем, как клапан 7 выдоха достигнет положения линии d2 границы, количество подаваемого воздуха вентилятором 10 превышает количество вдыхаемого пользователем воздуха, внутреннее давление в лицевой оболочке поддерживается на положительном давлении, и избыточный воздух (обозначенный ссылочной позицией 17 на фиг. 3), подаваемый с помощью вентилятора, протекает из выпускной прорези 4 гнезда 13 клапана выдоха. По этой причине клапан 30 выдоха немного приподнят над гнездом клапана 13 выдоха, и клапан 30 выдоха не достигает положения установленной линии d2 границы.
В соответствии с этим, сопротивление MR датчика 28 поддерживается на значении, которое обеспечивает то, что выход первого компаратора 23 переходит в состояние включено, и выход второго компаратора 25 одновременно переходит в состояние выключено. В соответствии с этим, третий транзистор 21 поддерживается в состоянии выключено, энергия питания не поступает в светодиод 20 предупреждения, и устройство предупреждения не работает (светодиод 20 предупреждения выключен).
В то же время, если происходит засорение фильтрующего материала 9, или понижается напряжение источника питания, количество подаваемого воздуха вентилятором 10 не обеспечивает количество воздуха, вдыхаемое пользователем. В результате внутреннее давление в лицевой оболочке становится отрицательным давлением (состояние, в котором внутреннее давление в лицевой оболочке 2 ниже, чем внешнее атмосферное давление), и подача воздуха, который приподнимает клапан 30 выдоха, пропадает. В соответствии с этим, как показано на фиг. 4, клапан 30 выдоха движется в направлении гнезда 13 клапана выдоха. В результате клапан 30 выдоха проходит линию d2 границы, которая установлена для MR датчика 28.
В соответствии с этим, поскольку клапан 30 выдоха, в который примешан магнитный материал, находится в самом дальнем положении от MR датчика 28, магнитное поле, определяемое MR датчиком 28, минимизируется, и сопротивление MR датчика 28 минимизируется. По этой причине ток, который протекает на землю (точка опорного потенциала) через MR датчик 28 и резистор r4, становится максимальным, и потенциал (падение напряжения на резисторе r4) точки 22 соединения относительно уровня земли (0 В) становится максимальным. Напряжение на положительном входном выводе второго компаратора 25, которое имеет такой же потенциал, как и точка 22 соединения, превышает второй опорный выходной сигнал 26 (Vref-2). В соответствии с этим, выход второго компаратора 25 переходит в состояние включено, третий транзистор 21 включается, и светодиод предупреждения 20 включается, информируя, таким образом, пользователя о том, что внутреннее давление в лицевой оболочке становится отрицательным давлением.
Как описано выше, хотя количество используемых MR датчиков равно только одному, может быть получен такой же эффект, как и в случае второго варианта воплощения.