JP5848702B2 - レスピレータ - Google Patents

Description

本発明は、呼吸装置、特に低プロファイルの動力付き空気浄化レスピレータに関する。本発明は、また、レスピレータマスク、並びに低プロファイルの設計を有し、ユーザの首の周りに着用するのが快適かつ容易であり、その小型の構造及び低プロファイルの外観のために審美的に美しく、職場及び工業的状況において、日常的用途を含むさまざまな用途で作動することが効果的かつ効率的であるレスピレータシステムにも関する。

本明細書におけるいかなる従来の文献（又はそれ由来の情報）又は知られているいかなる事柄に対する参照も、その従来の文献（又はそれ由来の情報）又は知られている事柄が、本明細書が関連する試みの分野における共通の一般的知識の一部を形成するということの、承認又は許可又は任意の形態の提案としてとらえられるものではなく、またとらえられるべきではない。

動力付き空気浄化レスピレータ又はPAPRは、通常、動力を使用して大気から周囲空気をフィルタ要素を通して引き入れ、これを加圧し、導管及びマスクを介してユーザの気道に移送する。PAPRは、空気の供給が、正圧力をマスクの内部に維持することによってすべての状況下でろ過された又は浄化されたままであることを確実にする。PAPRデバイスは、現在、環境がひどく汚染される又は有害であるところで、浄化された空気をユーザに供給するために使用されている。そのような環境としては、従来的に、汚染された工業地帯又は病院が挙げられる。

現在知られているすべてのPAPRシステムは、専門的及び工業的用途のみの仕様とされている。すなわち、これらは、日々の状況において一般の人々が使用するようには設計されていない。したがって、ほとんどのPAPRシステムのサイズは、通常、大型で重いものである。

一部の知られているPAPRシステムは、ろ過能力を安全帽/又はヘルメット(4,462,399)に移しているが、この試みは、小型性を向上させず、或いは軽量構造を促すものでなく、それよりもこの装置をユーザの頭にとって大きく不安定なものにしている。一部の知られているPAPRシステムは、装置を持ち運ぶためのショルダストラップを備えた弾性バッグ内に入れられたバックパックとして持ち運ぶことが可能であるが、これは、装置ができる限り携帯式になったものであり、ストラップ/バッグ構造が使用されないときは他の持ち運び方法を可能にしない。その結果、ほとんどの既存のPAPRシステムは、ユーザを、本当に必要なとき、すなわち工業的環境で起こる有毒な又は危険な区域にいるとき以外は、これらのシステムを使用しようとする気にはさせない。

一般の人々に関しては、その日常生活における汚染及び疾患からの保護は、多くは埃用又は手術用マスクに頼っている。しかし、これらのマスクは、そのようなマスクを作製するのに使用されるフィルタ材料が、通常、高効率のろ過に適したものとして分類されているときであっても、マスク周りの漏出により、基本的な保護を与えるだけである。フィルタ媒体によって課された追加の抵抗性により、ユーザは、マスク無しで普通に呼吸するよりもかなり激しく呼吸する必要がある。したがって、そのようなマスクを長期間快適に使用することは誰にとっても非常に難しい。さらには、CO2及び水分がマスクの内部に蓄積し、それによって状況を悪化させる傾向がある。加えて、フィルタ媒体の効率性が高くなるほど、それが課す流れ抵抗が高くなり、したがってこれらのマスクを長期で使用するにはより一層不快なものにする。そのような効果は、特に、高齢者、子供、並びにぜんそく及びCOPD患者などの病人などの、弱い又は十分に機能を果たさない呼吸器系を有する人々には特に明確である。

したがって、埃用及び手術用マスクは、その使いやすさのため、またより高い効率の快適なデバイスを使用することが望まれたとしても、満足できるPAPR解決策が利用可能でないという事実のため、一般の人々によって広く使用されている。しかし、数多くの日常的状況における空気の質は、非常に悪くなり得ることは明白である。大都市では、高密度の車、バス、トラック及びバイクは、しばしば過剰な量の毒性汚染物質を排出する。発電所は、汚染の別の出所である。

砂嵐、あらゆる種類の火災などの自然又は人的災害もまた、ヒトの呼吸器系に害を及ぼす。これらの汚染としては、埃(懸濁粒子)、鉛、及びNO2、SO2、CO、O3、VOCs、煙などの有害ガスが挙げられる。これらの汚染に長期間さらされることは、有害であることが証明されており、しばしば生命を脅かす疾患を引き起こす。SARS、鳥及び豚インフルエンザ、すなわちヒトに対する最近の疾患関連の脅威であるこの三つもまた、汚染物質又は空気伝播疾患であり、潜在的に人類に死をもたらす。

PAPRと類似のレベルの保護及び快適性を提供し、さらには普通の人々又は軽工業/専門的職業のユーザによる使用を満足できるようにし得る保護デバイスが、明らかに必要とされている。

本発明は、従来技術の欠陥を克服しようとするものである。本発明は、また、低プロファイルのレスピレータを提供しようとするものである。

本明細書全体を通して、用語「低プロファイル」が使用される。この用語は、「埃用マスク」に類似するようにユーザの鼻及び/又は口を覆いながらも、比較的小さく、サイズ及び形状が小型であり、それにより、着用されたとき、特に知られている動力付きレスピレータの従来型の大型の重い工業用マスクに比べて外観が審美的に比較的美しくなるマスクを示すことが意図されている。工業的用途で使用されるそのような従来技術の動力付きレスピレータは、かさ高く見え、通常、マスクの正面に設けられたマスクチャンバ内に空気を供給する空気チューブを有しており、これらのマスクを特に審美的に魅力のないものにしている。

本発明は、また、持ち運びが容易であり、着脱が容易であり、使用時、認知/イメージの向上を有し、コスト効果が高いという利点の一つ又は複数を含むレスピレータを提供しようとするものである。

本発明は、また、汚染保護デバイスとして、又は呼吸補助若しくは呼吸治療装置として機能することができる低プロファイルのレスピレータを提供しようとするものである。そのような前記装置から利益を得ることができる国内環境下の人々の典型的な例としては、通勤者、バイク運転者、電気自転車運転者、乗客、歩行者及び道路工事作業員、交通警察官、道路補修従事者、建設従事者、空港スタッフ、クリーンルーム/研究室従事者、食品加工従事者、養鶏業者、感染発生を治療し、封じ込める病院で働く人々、学校、喫煙ゾーン従事者などが挙げられる。

一つの広義の形態では、本発明は、
ユーザの少なくとも口又は鼻孔をほぼ取り囲むように適合されたマスク、及び
前記マスクに取り付けられた、前記ユーザの首の後部をほぼ取り囲むように適合された首構成要素であって、周辺環境からろ過されていない空気を受け入れ、前記ろ過されていない空気をろ過し、ろ過された空気を前記マスクに与えるための流れ発生器を含む、首構成要素と、
空気を前記流れ発生器から前記マスクまで運ぶように構成された入口空気チャネルと、
前記入口チャネルとは別体の、空気を前記マスクから運ぶように構成された出口空気チャネルを含み、
前記入口空気チャネル及び出口空気チャネルは、前記マスクの両側で前記マスクに対して開口しており、それにより、空気流は、前記ユーザの口又は鼻孔を横切って流れるように配置される呼吸装置、を提供する。

好ましくは、前記首構成要素は、少なくとも一つの係合構成によって前記マスクに取り付けられる。

好ましくは、各々の前記係合構成は、前記マスク及び前記首構成要素上の少なくとも一つの共働空気チャネルと、前記マスク及び前記首構成要素を互いに解放可能に対合させるための少なくとも一つの共働対合クリップとを含む。また、好ましくは各々の空気チャネルは、エラストマー材料から少なくとも部分的に形成される。

また、好ましくは、各々の対合クリップは、ラチェットを含む。好ましくは、前記マスクの少なくともシール部分は、シリコーンゴム又はそのようなものから少なくとも部分的に形成される。

好ましくは、前記ろ過された空気は、前記首構成要素と前記マスクの間で、一体的に形成された空気チャネルを介して移送される。また、好ましくは、前記呼吸装置の作動に関するすべての構成要素部分は、前記首構成要素内に収容される。

好ましくは、前記首構成要素は、
流れセンサ、
圧力センサ、
負イオン発生器、
加熱器、
冷却器、
フィルタ組立体、
ブロワ、
パワー供給装置、
消音器、
ユーザーインターフェース、及び
加湿器/除湿器のいずれか一つ又はその組合せをさらに含む。

好ましくは、本発明は、繊維又は他の材料を含む、前記マスクを装飾するためのカバー、及び/又は前記ユーザの目に対する保護をもたらすための日よけ板を更に含む。また、好ましくは、本発明は、前記マスクを適所に保持するために、ユーザの頭部を覆って取り付けられるように適合されたストラップ又はバンドを更に含む。

好ましくは、前記流れセンサ及び/又は前記圧力センサは、前記マスクの前記空気流及び/又は空気圧力を調整するために前記流れ発生器にフィードバック信号を与えるように、すなわち呼吸に応答するように適合され、前記流れ/圧力センサの前記呼吸応答性は、任意選択でユーザが調整可能である。

また、好ましくは、前記フィルタ組立体は、
粗ろ過フィルタ、
プリフィルタ、
高効率粒子空気(HEPA)フィルタ、
高性能炭素フィルタ、
活性炭素フィルタ（蒸気活性化又は多種化学物質による活性化）、
光触媒フィルタ又はコーティング（周辺光及び/又はLEDによる活性化）、及び
低温触媒フィルタのいずれか一つ又はその組合せをさらに含む。

好ましくは、前記首構成要素は、制御手段をさらに含み、前記制御手段は、
ユーザ制御されたインターフェース、
遠隔制御器、
充電式電池、
電池パック、及び
モータ制御器のいずれか一つ又はその組合せを含む。

また、好ましくは、前記装置は、「低プロファイル」の外観を有するように製造され、任意選択でパッド付き部分を含んで、前記ユーザの首の周りに快適に着座するように適合される。

好ましくは、前記呼吸装置は、前記空気の温度及び/又は湿度を感知するためのセンサと、前記感知された温度及び/又は湿度を所定の値と比較するための比較器と、加熱器、冷却器、加湿器及び除湿器の少なくとも一つを含む、前記マスクに与えられた前記ろ過された空気の温度及び/又は湿度を前記所定の値に合わせるあらゆる必要な調整をもたらすための環境制御手段とを含む。また、好ましくは、前記所定の値は、製造者によって事前設定される、或いはユーザが調整可能である。

好ましくは、前記呼吸装置は、ユーザの呼吸パターンと同期して作動する制御（吸入の場合はオン、吐き出しの場合はオフ）を有する負イオン発生器を含む。

好ましくは、前記呼吸装置は、トロイダルコアを備えたステータを有するブラシレスDCモータであって、前記コアは、そこから内方向に延びる複数の径方向フィンを含んで、前記径方向フィンの間に形成されたそれぞれのコイルの間に分割を形成することを特徴とする、ブラシレスDCモータを含む。

また、好ましくは、前記径方向フィンは、コアと一体的にモールド成形する、又はコアをオーバーモールド成形することによって形成される。

好ましくは、前記呼吸装置は、呼気フィルタをさらに含み、前記ユーザによって吐き出された空気を、周辺環境に放出される前にろ過する。

また、好ましくは、前記呼気フィルタは、前記呼吸装置の排気弁と一体的に形成される。別の広義の形態では、本発明は、ユーザの少なくとも口又は鼻孔をほぼ取り囲むように適合されたマスクと、加熱器、冷却器、加湿器及び除湿器の少なくとも一つを含む、前記ユーザに与えられた前記空気の温度及び/又は湿度を調整するための環境制御手段とを提供する。好ましくは、呼吸装置は、周辺環境からろ過されていない空気を受け入れ、ろ過された空気を前記マスクに与えるためのフィルタをさらに含む。

別の広義の形態では、本発明は、ユーザの少なくとも口又は鼻孔をほぼ取り囲むように適合されたマスクと、ユーザの呼吸パターンと同期して作動する制御（吸入の場合はオン、吐き出しの場合はオフ）を有する負イオン発生器とを提供する。

さらに別の広義の形態では、本発明は、ユーザの少なくとも口又は鼻孔をほぼ取り囲むように適合されたマスクと、ユーザによって吐き出された空気を周辺環境に放出される前にろ過するための呼気フィルタとを提供する。

好ましくは、前記呼気フィルタは、前記呼吸装置の排気弁と一体的に形成される。

さらに別の広義の形態では、本発明は、トロイダルコアを備えたステータを有するブラシレスDCモータであって、それぞれのコイル間に分割を形成するために前記コアから内方向に延びる複数の径方向フィンを含み、前記径方向フィンは、コアと一体的にモールド成形する、又はコアをオーバーモールド成形することによって形成される、ブラシレスDCモータを提供する。

さらなる態様によれば、本発明は、
ユーザの少なくとも口及び/又は鼻孔をほぼ取り囲むように構成されたマスクと、
周辺環境からろ過されていない空気を受け入れ、前記ろ過されていない空気をろ過し、ろ過された空気の空気流をマスクに与えるように構成された流れ発生器と、
必要とされる空気流量を決定し、流れ発生器を制御してマスクへの空気流を必要とされる空気流量にしたがって調整するように構成されたセンサ及び制御器と、を備えて、
前記センサ及び制御器は、必要とされる空気流量を決定するためにユーザの吸入時の空気流の変化率を測定するように構成された呼吸装置を提供する。

さらに他の態様によれば、本発明は、
ユーザの少なくとも口及び/又は鼻孔をほぼ取り囲むように構成されたマスクと、
周辺環境からろ過されていない空気を受け入れ、ろ過されていない空気をろ過し、ろ過された空気の空気流をマスクに与えるように構成された流れ発生器と、
空気を前記流れ発生器から前記マスクまで運ぶように構成された入口空気チャネルと、
入口空気チャネルとは別体の、空気を前記マスクから運ぶように構成された出口空気チャネルと、を備えて、
前記入口空気チャネル及び出口空気チャネルは、マスクの両側でマスクに対して開口しており、それにより、空気流は、ユーザの口又は鼻孔を横切って流れるように構成された、呼吸装置を提供する。

本発明は、添付の図に関連して説明した、好ましいが非限定的なその実施形態の以下の詳細な説明から一層十分に理解されるようになる。
本発明による呼吸装置の着用者を示す図である。 呼吸装置の斜視図である。 図2の呼吸装置の分解斜視図である。 図4A及び図4Bそれぞれにおいて、呼吸装置のマスク構成要素の正面及び後部の斜視図である。 流れ発生器を組み込む呼吸装置の首構成要素の斜視図である。 空気路を示す呼吸装置の断面図である。 本発明の呼吸装置に組み込まれ得る典型的な構成要素の特徴及びそれらの相互関係を示す図である。 マスク及び首構成要素を互いに係合させるために使用され得る係合構成の詳細を示す図である。 呼吸装置内に設置され得る加熱器の詳細を示す図である。 呼吸装置内に設置され得る加湿器の対策を示す図である。 呼吸装置内に設置され得る代替の加湿器の詳細を示す図である。 一体的に形成されたフィルタ及び加湿器のウィック(wick)を示す図である。 呼吸装置の別の代替のウィッキング設計を示す図である。 呼吸装置の別の代替のウィッキング設計を示す図である。 呼吸装置の別の代替のウィッキング設計を示す図である。 ウィッキングフィンガの異なる設計を示す図である。 呼吸装置内の代替の加熱器の対策を示す図である。 呼吸装置のためのフィルタ組立体を示す図である。 一般的なフィルタ取り換え手順を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 異なるフィルタ形状のさまざまな例示的形状を示す図である。 本発明の流れ発生器モジュールの応答性の流れ制御に使用されるステップのさまざまな例示的なフロー図である。 本発明の流れ発生器モジュールの応答性の流れ制御に使用されるステップのさまざまな例示的なフロー図である。 本発明の流れ発生器モジュールの応答性の流れ制御に使用されるステップのさまざまな例示的なフロー図である。 本発明の流れ発生器モジュールの応答性の流れ制御に使用されるステップのさまざまな例示的なフロー図である。 本発明の流れ発生器モジュールの応答性の流れ制御に使用されるステップのさまざまな例示的なフロー図である。 本発明による応答性の流れシステムの実施形態を示す図である。 本発明による応答性の流れシステムの実施形態を示す図である。 本発明の呼吸装置で使用するためのトロイダルコア構成の詳細を示す図である。 本発明の呼吸装置で使用するためのトロイダルコア構成の詳細を示す図である。 本発明の呼吸装置で使用するためのトロイダルコア構成の詳細を示す図である。 本発明の呼吸装置で使用するためのトロイダルコア構成の詳細を示す図である。 本発明の呼吸装置で使用するためのトロイダルコア構成の詳細を示す図である。 本発明の呼吸装置で使用するためのトロイダルコア構成の詳細を示す図である。 日よけ板を含む、本発明の代替のバージョンを示す図である。

図全体を通して、別途明示的に示されない限り、同じ番号が、類似の特徴を特定するために使用される。

レスピレータマスク組立体
本発明のレスピレータ又は呼吸装置組立体は、マスク構成要素及び首構成要素を含む。マスク構成要素は、ユーザの口及び/又は首をほぼ取り囲むように適合され、一方で首構成要素は、マスク構成要素に取り付け可能であり、ユーザの首の後部を取り囲むように適合されている。首構成要素は、周辺環境からろ過されていない空気を中に受け入れ、ろ過されていない空気をろ過し、ろ過された空気をマスクに与えるための流れ発生器及び関連する処理手段を含む。

図1は、本発明の好ましい形態による呼吸装置の着用者を示している。図示するように、装置1は、大幅に改良された、審美的に美しい視覚的外観のものであり、従来技術の呼吸器デバイスに比べて比較的低プロファイルである。マスクは、ユーザの少なくとも口又は鼻を覆い、ユーザの首の周りを延びて比較的快適に着用されている。呼吸装置内のすべての構成要素部分は、この顔及び首組立体内に全般的に含まれ得る。

図2は、互いから少なくとも部分的に離脱可能である、マスク構成要素2及び首構成要素3を含む呼吸装置1の斜視図を示している。

図3は、首構成要素3から分離されたマスク構成要素2を示す、呼吸装置1の分解図を示している。これは、マスク2及び首構成要素3上に、それらの組立体を係合可能に一緒に取り付けるために設けられた適切な共働係合手段4によって達成される。

図4は、図4A及び4Bにおいて、マスク構成要素2の正面斜視図及び後部斜視図それぞれを示している。

図5は、図4のマスク構成要素2に取り付け可能である首構成要素3の斜視図を示している。

図1から5を参照すれば、マスク構成要素2が、口鼻領域、すなわちユーザの口、鼻孔又は鼻を取り囲むように適合されることを見ることができる。代替の実施形態は、これより低い「低プロファイル」外観を有して、口又は鼻のいずれか一つを覆うことができる。

マスク構成要素2の少なくとも一部は、好ましくは、顔とマスク2の空気路の間に良好なシールをもたらすのに適した材料で形成されてよく、それによって空気/ガスの漏出がほぼ回避され、ユーザの顔にシール式に接触し「クッションを与える」ことによって気密シールを効果的にもたらす。マスク構成要素は、通常、ゴム又はシリコーンなどのプラスチック又はゴム材料から作製されてよい。マスク構成要素2は、そのような材料から形成されるとき、その後、必要に応じて洗浄又は殺菌され得る。

マスクを装飾するために、カバーが任意選択で設けられてよい。カバーは、繊維又は他の材料から形成されてよい。インモールド装飾が、代替的に又は追加的にマスクに与えられてよい。

図6に示すように、呼吸チャンバ5が、ユーザの顔とマスク2のシェルの間の空間内に設けられる。呼吸チャンバ5は、ユーザの顔周りのシールによって周辺環境から効果的に隔離される。一つ又は複数の空気チャネル、ダクト、又は導管6及び7が、呼吸チャンバ5と呼吸装置の他の部分を連結するために設けられ得る。図6に示す実施形態では、マスク2内には、空気入口6及び空気出口7がこの目的のために設けられている。

マスク2が首構成要素3に取り付けられたとき、連続的な空気チャネルが、したがって二つの構成要素の間にもたらされる。これら二つの構成要素を取り付けるための手段は、後述で説明される。図5の首構成要素3は、マスク2に取り付けられるように適合され、使用時、ユーザの首の後部をほぼ取り囲むように適合される。首構成要素3は、マスク構成要素2への及びそれからの空気の流れを発生させ、周辺環境からろ過されていない空気を空気取り込み手段8を通して受け取り、ろ過されていない空気をフィルタ9を介してろ過し、モータ又はインペラ10によって空気チャネル6からマスクチャンバ5への空気の流れをもたらすための流れ発生器手段を含む。ユーザチャンバ5によってマスク内に吐き出された空気は、次いで、空気チャネル7を介して出口11から周辺環境に進められる。呼吸装置1内の空気の代表的な流れが、図6で矢印によって示されている。

適切な電子構成要素12、電池又は同様のもの13、及び他の構成要素はすべて、好ましくは首組立体3内に収容される。首組立体は、また、好ましくはユーザの快適性のためのクッション性を与えるために首パッド14を組み込み、ユーザの頭部が動いたときにマスクのシールを維持することを助けるものでもある。

図7では、呼吸装置内に通常含まれ得るさまざまな構成要素の特徴のブロック図が示されており、そのほとんどが首組立体3内に設置されていること及びその相互作用関係を示している。また、任意選択の追加の電力パックの対策及び首組立体の空気チャネルを介したマスク組立体の相互関係も示されている。

空気式連結及び張力伝達クリップ
既存のPAPRデバイスは、マスクを顔に固定するために、及び空気をマスクに供給するために別個の手段を使用する。例えば、多くのPAPRは、可撓性のホースを使用して流れ発生器からマスクに空気を供給し、別個の頭部ストラップを使用してマスクを顔上に保持する。他のものは、ユーザ頭部の上部の筺体内にファンを装着し、空気を直接マスク内に排出するが、マスクを顔に対して保持するために別個のストラップ又はバンドを使用する。

これらの従来技術のデバイスでは、ユーザは、デバイスを着脱するたびに複数の連結部を組立て、解除することを強いられる。又、ファンがマスクに一体的に装着されるデバイスでは、(衛生上必要である)マスクの洗浄が、ファン又は制御電子機器に対して水による損傷を引き起こすという大きなリスクが存在する。

理想的には、マスクへの空気供給及びマスクを所定位置に保つための張力が、流れ発生器とマスクの間の単一の連結によって供給される。さらに理想的には、マスクを洗う目的で流れ発生器から完全に取り外すことが容易である。本発明は、これらの目的の両方を、空気式連結器の機能と(バックパック又は他の鞄で使用されるような)クリップの機能とを組み合わせた構成要素によって達成する。

図8に示す係合構成は、二つの構成要素、すなわちマスク部分21及び首部分22からなり、その各々は、エラストマーチューブに固定されている。各々の構成要素は、それぞれの空気チャネル23及び24を有し、それにより空気は、クリップ20を通り抜けることができる。シールが、エラストマーチューブの一つに形成され、クリップが組み立てられたとき、これが反対側のクリップ半体に対して押さえ付けるように配置される。このシールは、円形断面の要素(Oリングのような)の形態をとることができるが、好ましくはワイパーシールであり、それというのも、この設計が、クリップが組み立てられる、又は分解されるときにほとんど摩擦を生み出さないからである。或いはシールは、一方又は他方のクリップ半体上に嵌合される、又はオーバーモールド成形される別個の構成要素（例えばOリング）でよい。

係合構成20の二つの半体は、一方のエラストマーチューブから他方に張力を伝える能力をもたらすが、解放もまた容易であるように設計される。例えば、これらには、クリップの反対側の半体上の対合フィーチャ内にスナップ式に嵌まるバーブ(barb)を備えた一つ又は複数の梁用要素が設けられてよい。バーブ(barb)付きフィーチャは、大きなボタンの形態をとる。これらを押さえると、バーブ(barb)(単数又は複数)は係合解除され、二つの半体を分離することが可能になる。

好ましい実施形態では、空気供給管内に一つ及び空気戻り管内に一つの、二つのそのような係合構成20が使用される。通常の使用では、デバイスを頭部から取り外す際、クリップの一方だけが外される。しかし、マスクを洗うことが必要になるとき、他方のクリップもまた開くことができ、それにより、流れ発生器又は首構成要素は、マスクから完全に分離される。

マスクの単一動作による調整
PAPRの既存の設計は、マスク上に張力を維持し、したがってマスクをユーザの顔に対してシールするのをエラストマーストラップ又は何らかの形態の剛性バンドに頼る。システムのいずれのタイプも、調整が困難で時間がかかり得、他の問題を被る傾向があり得る。特に、そのようなエラストマーストラップ用の調整機構は、その調整にかなりの力を必要とする傾向がある。剛性システムは、例えば頭部が動いている間の流れ発生器とユーザの顔の間の距離におけるどのような変化も補償しない。この理由のため、これらは、マスクのクッションと顔の間に漏れを被る傾向がある。

図8では、首構成要素及びマスクを互いに係合させるために、本発明の呼吸装置で利用され得る係合構成の詳細が示されている。係合構成は、図8Aでは係合されて、図8Bでは分解図で示されている。図8Cでは、断面図もまた示されている。係合構成20は、マスク部分21及び首部分22を含み、共働空気チャネル装置23及び24と、構成要素を互いに解放可能に物理的にクリップ留めするための共働対合手段25及び26とを含む。追加の取り付け手段27が、ユーザのヘッドを覆って置かれ得る追加のエラストマーストラップと係合するように任意選択で設けられ得る。ラチェット機構28もまた、後述で説明するように、組み立てられた呼吸装置の「サイズ」を調整するために設けられてもよい。

図8Cは、係合された空気チャネル構成要素23及び24の断面図を示しており、気密の空気チャネルがそれによってどのように形成されるかを図示している。

本発明の設計は、いくつかの独自の特徴を提供することによって従来技術のデバイスにおける欠陥を克服する。第1に、装着点は、好ましくは、首構成要素とマスクの間の約半分のところに設けられるように設計される。装着点は、好ましくは、首構成要素をマスクから分離することを可能にするクリップの形態をとる。第2に、エラストマーチューブは、好ましくは、装着点からマスクまで利用される。エラストマーチューブは、このとき長さが調整される必要はなく、首構成要素及びマスクの間の連結においていくらかの弾性をもたらすことができ、したがってユーザが自身の頭部を動かしたとき、流れ発生器と顔の距離における変化に対して補償する。第3に、装着点と首構成要素の間に、剛性のリンク連結がもたらされる。また、ラチェット機構が、首構成要素上に装着され、首構成要素と装着点までの剛性リンクとの間で働くことができる。機構は、好ましくは、剛性リンクを短縮することを容易に可能にするが、解除ボタンが押されない限りこれを延ばさないように構築される。

作動においては、この機構は、通常、以下の通りに働くことができる。呼吸装置は、最初、最大サイズで(すなわち剛性リンクがその最大長さに設定されて)ユーザに供給され得る。ユーザは、初めて呼吸装置を試すとき、一方の手を首構成要素上(頭の後部)に置き、他方の手をマスクの正面(顔の正面)に置き、その二つを互いに優しく押さえるだけでよい。この1回の動作により、首構成要素とマスクの間の張力の所望の程度を正確に達成することが可能である。

空気の湿度/温度制御
低温及び/又は乾燥の天候では、空気中の適切な湿度の欠如は、鼻道及び唇の乾燥及びひび割れ、並びに鼻内の極度な冷たさの感覚を含む、かなりの不快感を引き起こし得る。既存のPAPR設計のどのようなものも、マスク空気の温度又は湿度の制御を提供していない。本発明は、これらの欠陥を解消して、呼吸装置をいかなる天候状態でも着用/使用するのに快適なものにしようとするものである。図9から15は、本発明の呼吸装置で通常使用され得る空気温度/湿度制御デバイスの例を示している。

加熱器/冷却器は、空気ストリーム中のどのような場所に置かれてもよく、例えば図9から12で示すように加熱器/冷却器40を入口フィルタ41の直後、フィルタとブロワの間に、或いは図15に示すように、加熱器は、ブロワ42とマスクに至るダクト43との間、若しくはマスク自体に置かれてよい。

例として、加熱要素の以下のタイプが、通常、呼吸装置内に組み込まれ得る。これらは、(ポリエステル又はポリイミドなどのプラスチック絶縁体の層間に挟まれた銅又はニッケルベースのトラックから作製された)電流をそれに通すことによって加熱される可撓性の加熱要素、電気的抵抗要素からなる他の加熱器、(加熱又は冷却することができる、例えばネクストリームサーマルソリューションズ（Nextreme Thermal Solutions）からのOptoCooler HV14デバイスなどの)ペルチェ効果を用いるデバイス、空気路若しくはマスク内又はこれらの構造の壁内に埋め込まれた電気的抵抗ワイヤ、及び/又は導電性インクが基板に印刷され、電流がそこを通される加熱器を含む。

また、例として、適切な冷却デバイスとしては、通常、ペルチェ効果を用いるデバイス（例えばネクストリームサーマルソリューションズ（Nextreme Thermal Solutions）からのOptoCooler HV14デバイス）及び/又は蒸発器を挙げることができ、この蒸発器では、液体が空気ストリームと熱接触させられて蒸発し、このとき流体を液体からガスに変化させるのに必要とされるエネルギーは、空気ストリームによって供給され、空気ストリームは、液体を通りすぎるときに冷却される。

好ましい形態では、デバイスは、マスクのところの又はその近くの温度センサからの読み取りに基づいてマスク空気温度を調節する。

或いは、デバイスは、周囲空気温度を感知し、次いで、空気流量のその読み取り値(又は推定値)に基づいてマスク空気温度を算出することができる。この実施において、デバイスは、周囲空気温度及び(任意選択で)空気流量を読み取る。装置は次いで、空気がデバイスを通り抜けて患者に至るとき、どれだけの量の空気が加熱又は冷却されるかを表す実験的に決定された値の参照テーブルを調べる。或いは、実験的に決定された加熱/冷却値は、予想されるマスク空気温度を算出することを可能にする数学的公式に組み込まれてよい。

目標のマスク空気温度は、好ましくはユーザの制御下にある（すなわちユーザは目標温度を設定することができる）。或いは、目標のマスク空気温度は、ほとんどのユーザが快適性を見出す何らかの値を初期設定することができる。理想的には、初期値は、周囲温度に応じて異なり得る。例えば、ほとんどのユーザは、天候が寒いときは30〜32℃の温度で快適性を見出すが、天候が暑いときはそれより低温（おそらく18〜20℃）を好み得る。

マスク空気湿度を制御するために、呼吸装置には、水貯留器43と、制御された蒸発を生成する手段とが設けられ得る。水タンクは、流れ発生器の内側に置かれてよく、又は流れ発生器上にクリップ留めすることができ、或いは他のどこかに（例えばユーザのベルト上に）配置し、水をそこから蒸発器モジュールに移送するためのチューブ又は他の構成を設けることができる。蒸発器モジュールと加熱/冷却モジュールを組み合わせることが好都合になり得る。

蒸発器は、空気流ストリーム中のどこかに、例えば入口フィルタの直後、ブロワとマスクの間、又はマスクの内側に置かれ得る。蒸発器は、以下で説明するように、多くの形態をとることができる。

蒸発器モジュールの一つの形態は、図11に示すように、水を湿潤領域から乾燥領域に自動的に移送するウィッキング材料44のシート又はロールを有して実施され得る。例としては、綿若しくは黄麻布から又は無処理ガラス繊維などの合成繊維から作製された布又は他の構造が挙げられる。蒸発器のこの形態は、好ましくは、加熱器40と密接に保持されて迅速な蒸発を促進し、また水が液体から蒸気に変化するときのエネルギー損失も置き換える。このようにして、蒸発の冷却効果は、調節又は解消され得る。好ましくは、ウィック(wick)44のこの種類は、簡単に取り換えられる。このウィック(wick)の定期的な取り換えは、水からの汚染物質（例えば炭酸カルシウム）の堆積及びウィック(wick)上の細菌の成長を回避するために重要である。交換が容易であるウィック(wick)の例が、図12に示される。この例では、ウィッキング要素45は、フィルタ要素41と組み合わされており、フィルタ要素41それ自体は、フィルタが取り換えられるたびに交換されるようにフィルタフレーム46に取り付けられる。

代替のウィッキング設計が、図13に示されている。加熱器は、入口フィルタ直後の(矢印によって示す)空気路内に配置された四つの「フィンガ」50の形態をとる。

ウィッキング材料のスリーブ52が、これらのフィンガを覆って嵌合される。水が、タンクから入口51を介してスリーブ50に供給される。フィンガ50からの熱は、水を蒸発させ、空気ストリーム内に送り込む。

綿スリーブ52が交換される必要があるとき、構造は、図13Bに示すように枢動してフィルタ領域の中に出る。この設計の二つの代替的バージョンが、図13及び14に示されている。第一には、図13に示すように、水が、ウィッキングスリーブ52の外側を押さえ付けるように配置された小型ノズル53から供給される。この実施においては、加熱器50は、抵抗ワイヤが中に置かれる金属チューブでよい。第二の実施では、図14に示すように、加熱フィンガ50は、中空であり、その周囲周りに小さい水抜き穴54が設けられている。水は、フィンガ50内に導入され、水抜き穴54を介してウィッキングスリーブ52内に、そしてそこから空気路内に進む。図10では、膜を使用して液体水を空気路から分離する蒸発器モジュールが示されている。これらのシステムは、液体水ではなく水蒸気を通すことを可能にする材料44によって覆われた水貯留器43からなる。

この種類の材料の例は、発泡PTFE膜(ダブリューエルゴア(WL Gore)によるGortex及び類似のもの)及びflashspun高密度ポリエチレン(デュポンによるTyvek及び同様のもの)である。貯留器は、加熱されても加熱されなくてもよいが、加熱されない貯留器は、低湿度の出力をもたらす。加熱されるバージョンでは、水は、何らかの高温まで(100℃以下)加熱される。蒸気は、膜を通り抜けて空気ストリーム内に入る。しかし、液体水は、貯留器が撹拌又は反転されているときでも膜を通り抜けることができない。貯留器は、主要水タンクによって供給される小さい容積でよく、或いはこれは、タンク自体になり得る。

貯留器43を覆う膜44は、水中の汚染物質のために目詰まりしやすい。この膜は容易に交換されることが好ましい。

膜と貯留器の残りの部分との間の結合部は、（水の加熱及び蒸気流に対するその抵抗性により）何らかの圧力差を受けるので、膜は、好ましくは貯留器に工場でシールされる。図示する実施では、貯留器は、フィルタ要素の後部に設けられる。貯留器は、上記で説明したように蒸気浸透性膜から作製された一方側を有し、他方は、金属ホイルから作製される。或いは、金属ホイルは、自然な状態の、又はその熱伝達特性を向上させるために金属（例えばアルミニウム）でコーティングされたプラスチックで置き換えられてよい。フィルタが嵌合されたとき、貯留器の金属ホイル側は、流れ発生器内に装着された加熱器に押さえ付けられる。貯留器の金属ホイルの半体は、空気路内に面する蒸気浸透性膜にシール(糊付け又は溶接)される。水が、外部タンクから貯留器内に送られる。貯留器内の水を加熱することにより、蒸発が起こる。水蒸気は空気ストリーム内に入り、一方で液体は、貯留器に留まる。好ましくは、外部タンクは、貯留器の上方に配置される。これが行われる場合、貯留器は、重力送りによって自動的に充填される。

或いは膜には、それ自体と貯留器の間の緊密なシールを確実にする何らかの容易な方法が設けられてよい。例としては、自己接着シール及びゴムシールが挙げられる。自己接着シールを用いる設計では、取り換え用膜には、両面接着材料の一枚（例えば3MによるVHBテープ）が設けられる。テープの一方側が、工場において膜に接合され、一方で他方側は、保護カバーによって覆われたままである。膜を取り換えるために、古いものが取り外され、保護カバーがテープシールから剥がされ、新しい膜が所定位置に付着される。ゴムシールを用いる設計では、適合材料（例えばエクソンモービルケミカル（Exxon Mobil Chemical）によるSantopreneなどの熱可塑性エラストマー）が、膜の縁周りにモールド成形される。使用時、この材料は、貯留器上のフランジと流れ発生器の別の構成要素の間でシールを生み出すように圧縮される。

水と空気路の間で膜を使用する追加の利点は、ほとんどのそのような膜は、細菌の動きを遮ることができ、したがって加湿器内の汚染水の使用に対して一定レベルの保護をもたらすことである。理想的には、マスク空気の相対湿度(RH)は、マスク内又はその近くのRHセンサを参照することによって制御される。このセンサは、理想的には、絶対湿度(空気1リットルあたりの水のグラム)及び温度の両方を感知し、相対湿度を算出することを可能にする。

或いは、デバイスは、周囲湿度を感知し、次いで、マスク空気温度の知識(又は推定値)を使用してマスク内の相対湿度を推測することができる。

目標のマスク湿度は、例えばユーザーインターフェース内に「マスクRH」設定を有することによってユーザの制御下にあってよい。或いは、デバイスは、ほとんどのユーザに適合するように実験的に見出された初期値を目標にすることができる。この値は、全体的に、60%から80%のRH範囲内にある。

或いは、ユーザは、ユーザが蒸発器モジュールへのパワーを制御する開ループシステムを介して湿度を制御することができる。一部の状況では、例えば、製造コスト又は環境的条件により、加湿器を備えた完全な加熱/冷却モジュールは、必要でない。英国、ロシア、及びカナダなどの北半球の広い領域では、低温及び湿潤状態が、1年のうちの非常に長い期間存在し得る。その代わりに、図15に示すように、デバイス内の空間及び製造コストを少ししか必要としない小型の加熱モジュール41が、マスク空気温度を上昇させるのに好まれ得る。その一方で、取付け取り外しが容易な加熱モジュールが、デバイスを変更するために多くの努力を費やすよりも組立てプロセスをすばやく変更することによって特定の市場に合わせて調整され得る。この加熱モジュールの実施形態は、三つの主要構成要素、すなわち加熱要素、断熱材、及び支持体を含む。

加熱要素は、通過する空気に加える熱を発生させるために使用され得る。この実施形態に適するさまざまなタイプの加熱器としては、PTC加熱器、極めて小型のコイル加熱器が挙げられる。パワーが、デバイスの他のエネルギー消費部分と正に同様に追加の差し込みワイヤによってPCBから供給され得る。加熱モジュールの実施形態が、図15に示されており、この図では、加熱モジュールが、呼吸装置の空気ストリーム内に設けられていることが示されている。

PTCは、その高い適合性及び優れた出力性能で知られている。このセラミックブロックは、さまざまな電圧入力及び出力パワーに関する異なる標準を満たすように製造され得る。

PTC加熱器の薄いプレートは、空気通路内に着座することができ、これは、たいてい比較的大きな表面積及び構造安定性を供給するためにハニカム構造(honeycomb)になるように作製される。空気が、加熱されたプレートに向かって圧送され、ハニカム構造(honeycomb)に押し込まれる。このプロセス中、熱は、相対的により低温の空気によって取り出される。空気は、プレートを離れベローに入った時点で、暖められている。

コイルは、加熱要素としての長い歴史がある。その簡単な構造は、低い技術レベルの製造を可能にし、これを限定された空間内に数回巻きのコイルを備えた極めて小型のものにすることができる。その一方で、その性能は、その構造との線形関係を有し、これは制御を容易にする。

ヘアドライヤ内の加熱器に類似して、コイルは、モジュール内の空気通路内に加えられ得る。大きな表面積及び空気流に対する最小の妨害により、円滑な熱伝達が提供される。コイル加熱器は、大量の空気流を所望の温度まで加熱できることが図示されている。

可撓性の加熱器は、絶縁層分離材料の二つの層内に包含された高性能の加熱ワイヤからなる。その表面の両側に薄いアルミニウムフィンが取り付けられるとき、熱を空気中に均一に分散する可能性が大きい。その可撓性により、このタイプの加熱器は、空気路内に嵌合するように不定形の形状に曲げることができる。

フィルタ組立体
既存のPAPRは、しばしば、特有のガスに合わせて特有のガスフィルタを使用する必要があり、所与のフィルタに対してかなりの物理的サイズを求める高めのガス濃度を有する環境を対象とすることが多い。これは、一般的な街中の道路の汚染物質保護には実用的ではなく、ここではこのガスの汚染物質は、CO、NOx、SO2、O3、VOC、煙、アンモニアなどの一つ又はすべてになり得るが、ほとんどのPAPRが対象とする一般的な工業的環境に比べて比較的低い濃度を有する。本発明は、粒子ろ過に加えて、最も一般的な街中のガス汚染物質をマスクの内側で不健康なものから良好なものにろ過することもできる、低プロファイル形状の特別なフィルタを説明している。ガスのろ過は、活性炭素フィルタ及び光触媒フィルタの一方又は両方によって達成される。前記光触媒フィルタは、好ましくはTiO2で作製され、すべての種類の光、好ましくは標準的なLEDに反応しやすい。これは、UV光を不必要とし、製品の安全性の向上を助ける。

フィルタ組立体は、図16Aにおいてその組み立てられた形態で示されており、16Bにおいて分解された形態で示されている。フィルタ組立体60は、フィルタフレーム61、(HEPAフィルタとして図示された)主要フィルタコア62、及び粒子フィルタカバー63を含む。また、ボストン弁(boston valve)64も示されている。フィルタは、好ましくは、ユーザによって取り外し可能なフィルタカバーを備えた低プロファイルの筺体内に収容される。フィルタカバー63は、空気を入れ、周囲光を中にもたらすために複数の開口部/長穴を有する。フィルタカバー63並びに筺体は、また、光透過性になり得る。光反射コーティングが、前記フィルタカバーの内側に施され得る。前記フィルタカバーは、フィルタ要素62と細い隙間で離される。この隙間は、フィルタ62を通る均一な空気流の分布のための空間を与える。これは、また、該当する場合、周囲光をフィルタの表面上により良好に分散させるのに必要とされる空間も与える。

ほとんどの既存のレスピレータは、弁を使用してマスクからの排気を制御する。弁は、吸入時に閉じ、吐き出し時に開く。しかし、この機構は、呼吸された空気がろ過されず、その後環境に出ることを許す。特定の状況では、これは、ウイルスに感染した患者がそのデバイスを着用するとき、又はデバイスが、食品加工従事者によって着用されたときなど、他方では望ましくなく、或いは有害でさえある。この発明は、排気用に弁及びフィルタの組合せを導入する。図16Bに示すように、フィルタ63は、弁64と組み合わせて排気に対するろ過をもたらす。図17は、フィルタが、ユーザによっていかにして容易に取り換えられ得るかを示し、図17Aは、組み立てられたユニット70を示しており、一方で図17Bは、分解された形態のユニット70を示しており、ここでは、フィルタカバー71は、フィルタ60の交換のために取り外されている。フィルタを取り外すために、第1に、フィルタカバーが、ユーザの指を切断部72に挿入することによって開かれる。フィルタカバーは、次いで、オーバセンタ(over-centre)ラッチ73の対策により、ユニット70から離れることができ、それにより、次いでフィルタを、図17Bの矢印によって示すように取り外すことができる。

さまざまな任意選択のタイプのフィルタが、図18Aから18Hに示すように代替的に使用されてよい。

図18Aに示す一つの実施形態では、前記フィルタ組立体80は、プリフィルタ81及びHEPA粒子フィルタ82からなる。前記プリフィルタ81は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記HEPAフィルタ82を保護する。前記プリフィルタ81及びHEPAフィルタ82の両方は、好ましくは、ユーザによって容易に取り外し可能である。

プリフィルタ81は、ポリプロピレンなどの、好ましくは5μm以上の粒子サイズに対して90%以上の良好な効率性を有する適切な合成繊維から作製されてよい。前記プリフィルタ81は、ひだ付けされず、光触媒媒体を含浸させるベース材料として適するようになっている。図18Bに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体80は、プリフィルタ81、活性炭素フィルタ84及びHEPA粒子フィルタ82からなる。前記プリフィルタ81は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記活性化フィルタ84及びHEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。

図18Cに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体80は、光触媒媒体及びプリフィルタ85、活性(通常は蒸気活性化)炭素フィルタ84並びにHEPA粒子フィルタ82からなる。前記プリフィルタ85は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記活性炭素フィルタ84及びHEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。前記光触媒媒体85は、採光が利用可能であるときに活性化される。活性化されると、前記光触媒媒体85は、一般的な有害ガス汚染物質を分解するように働く。

図18Dに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体80は、光触媒媒体及びプリフィルタ85、活性炭素フィルタ84並びにHEPA粒子フィルタ82からなる。前記プリフィルタ85は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記活性炭素フィルタ84及びHEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。LED86のアレイが、前記フィルタカバー83の後面上に装着される。前記LED86は、また、入口近傍の筺体の壁の周りにも装着され得る。前記LED86及び回路は、生体適合性フィルム又はカバー内にカプセル化される。好ましくは、前記LED86は、周囲光の輝度が、光センサによって監視される所定の閾値以下に低下したときのみにオンにされる。故に、前記光触媒媒体は、必要であれば、周囲光が利用可能でない又は不十分であるときでも常に活性化され得る。

図18Eに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体80は、プリフィルタ81、活性炭素フィルタ84、HEPA粒子フィルタ82、及び出口側の光触媒媒体フィルタ87からなる。前記プリフィルタ81は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記活性化フィルタ84及びHEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。LED88のアレイが、前記光触媒フィルタ87の出口に面する筺体壁の内側に装着される。前記LED88は、また、出口近傍の筺体の壁を取り囲んで装着され得る。好ましくは、前記LED88は、周囲光の輝度が、光センサによって監視される所定の閾値以下に低下したときのみにオンにされる。故に、前記光触媒媒体87は、周囲光が利用可能でない又は十分でないときでも常に活性化される。前記LED88及び回路は、生体適合性フィルム又はカバー内にカプセル化される。図18Fに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体80は、光触媒媒体及びプリフィルタ85並びにHEPA粒子フィルタ82からなる。前記プリフィルタ85は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記HEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。前記光触媒媒体85は、採光が利用可能であるときに活性化される。活性化されると、前記光触媒媒体は、一般的な有害ガス汚染物質を分解するように働く。

図18Gに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体80は、光触媒媒体及びプリフィルタ85並びにHEPA粒子フィルタ82からなる。前記プリフィルタ85は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記HEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。LED86のアレイが、前記フィルタカバー83の後面上に装着される。前記LED86は、また、入口近傍の筺体の壁の周りにも装着され得る。前記LED86及び回路は、生体適合性フィルム又はカバー内にカプセル化される。好ましくは、前記LED86は、周囲光の輝度が、光センサによって監視される所定の閾値以下に低下したときのみにオンにされる。故に、前記光触媒媒体85は、必要であれば、周囲光が利用可能でない又は不十分であるときでも常に活性化され得る。

図18Hに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体は、プリフィルタ81、HEPA粒子フィルタ82及び光触媒媒体フィルタ87からなる。前記プリフィルタ81は、フィルタカバー83の後方の第1のフィルタ要素であり、前記光触媒媒体フィルタ88及びHEPAフィルタ82を保護する。すべてのフィルタは、ユーザによって容易に取り外し可能である。LED88のアレイが、前記光触媒フィルタ87の出口に面する筺体壁の内側に装着される。前記LED88は、また、出口近傍の筺体の壁を取り囲んで装着され得る。好ましくは、前記LEDは、周囲光の輝度が、光センサによって監視される所定の閾値以下に低下したときのみにオンにされる。故に、前記光触媒媒体87は、周囲光が利用可能でない又は十分でないときでも常に活性化される。前記LED88及び回路は、生体適合性フィルム又はカバー内にカプセル化される。

図18Iに示す別の実施形態では、前記フィルタ組立体は、プリフィルタ及び活性炭素フィルタからなる。前記プリフィルタは、前記炭素フィルタを保護するのに加えて必要とされる特定のろ過効率をもたらすように選択された主要粒子フィルタである。前記プリフィルタ及び炭素フィルタの両方は、好ましくは、ユーザによって容易に取り外し可能である。

プリフィルタ及び活性炭素フィルタは、ユーザが取り換え可能な一つの組立体として、簡単な熱接着プロセスなどによって重ねられ得る。活性炭素、前記HEPA及び光触媒フィルタもまた、一つの組立体として重ねられ得る。このHEPAフィルタは、好ましくは、0.3μm以上の粒子に対して99.97%の効率性を有し、これは、ほとんどのPAPRによって提供される性能に等しい。前記HEPAフィルタは、好ましくは、固体及び液体の粒子をろ過するのに適したガラス繊維紙から作製される。

活性炭素及び光触媒フィルタは、補完的な形で働き、すなわち前記活性炭素フィルタは、有害ガスを遮り、これらを鈍化させることによってほとんどの有害ガスに対して全般的な予備的ろ過をもたらし、これは、また、悪臭及びホルムアルデヒドなどのVOCを除去することにおいてもより良好に働き、一方で前記光触媒フィルタは、具体的には有害ガスを水及びCO2、特にCO、NO2、SO2、O3、及びアンモニアに分解するように働き続ける。光触媒フィルタは、また、病原菌、細菌、及びウイルスを含有し得る空気を殺菌することもできる。

LEDは、デバイスが使用されていないときでもフィルタの殺菌性を制御するためにユーザによってオンオフされ得、それにより、病原菌及びウイルスは、堆積されない。LEDは、ヒトの呼吸と同期してオンオフされ得る。LEDは、任意の標準的なLED又はUV LEDになり得る。前記光触媒フィルタのサイズ及び形状に合致する光チャンバが、光を前記LEDから伝えるために使用される。好ましくは、薄い拡散フィルムが、光を前記LEDから均一に伝えるために使用される。前記拡散フィルムは、また、LEDを空気路から隔離する。活性化フィルタ及び光触媒フィルタの組合せは、好ましくは、CO、NO2、SO2及びO3に対して最低でも90%の効率を有し、この効率で少なくとも240時間は働く。

光触媒媒体は、また、前記マスク及び首構成要素の内側にコーティングとして適用される。コーティングは、可視光にさらされたときにほとんどのウイルス及び細菌を殺す又は不活性にするための相補的な手段になり得る。上記で説明したすべてのフィルタ形状に関しては、任意選択の粗ろ過フィルタが、木材切削作業場などのより埃っぽい環境にしばしば存在する大き目の粒子を除去するためにプリフィルタの前に加えられ得る。前記粗ろ過フィルタは、低価格の合成繊維であり、洗い流し可能又は容易に破棄可能でよく、したがって主要フィルタのより長い使用を可能にする。上記で説明した前記フィルタは、どのような順番でも、又は異なる組合せでもよい。

応答性流れ制御等
図19Aから19Eは、本発明の流れ発生器モジュールの応答性の流れ制御で使用され得るステップであって、それによって、呼吸チャンバに与えられる空気の量が、呼吸に応答するものであり、その応答性は、好ましくはユーザが調整可能でもある、ステップのさまざまなフロー図を示している。

図20は、本発明による応答性の制御システムの例のシステム図を示している。

ほとんどの既存のデバイスは、高度な工業/軍隊タイプを除いて、ブレスバイブレスに基づく流れ制御を有していない。これらは、流れ制御を有する場合でも、呼吸努力に十分に応答するものではなく、その応答性は、ユーザが調整することはできない。そうではなく、圧力センサが、マスクにおける正圧力の維持を助けるためにしばしば使用される。より多くの空気が、モータ速度を上昇させることにより、又は空気流調節器(USPCクラス12820423)を制御することにより、マスク圧力がゼロに向かうときにユーザのマスクに送出される。しかし、そのような制御機構は、特に厳しい呼吸状況であり、したがって不快感を引き起こしている間、着用者に十分な流れを送出しない傾向がある。

既存デバイスのどのようなものも、ブレスバイブレスに基づく呼吸努力の直接検出を可能にする能力を有していない。一部の他の呼吸装置は、ユーザが構成可能な可変の正的空気圧力の制御を有することがあるが、これは、固定された設定であり、ユーザのリアルタイムの呼吸努力に適応していない。その結果、流れ制御は、粗く、自然ではなく、ユーザが受け入れることができる快適性を限定する。

既存デバイスのどのようなものも、ユーザが流れ制御の応答性を調整することを可能にする能力を有していない。しかし、現実には、さまざまな人々が、空気流に対してさまざまな要求を有し得る。同じ人間であっても、空気流に対する要求はその時々で変わり得る。例えば、呼吸欠陥患者の場合、肺機能が弱いために、その患者は、健常人と同じ呼吸強さを有することができない。患者は、健常人の標準では非常に弱いと考えられる呼吸努力でより多くの空気流を得る必要があり得る。患者は、また、それが健常人に比べて通常は弱いものであっても自身の呼吸努力によって空気流を制御する柔軟性を有することを望むこともあり、それにより、患者は、粗く固定された制御が可能にするものよりもより自然な方法で呼吸できるようになる。

本発明は、流れセンサ又は圧力センサを用いてユーザの呼吸努力を監視する。吸入開始時の空気流における上昇率が、ユーザの呼吸努力を測るための信号として使用される。この値が高いほど、呼吸努力は大きい。MCUは、次いで、ユーザが調整可能な利得制御又は呼吸応答性設定に基づいて必要とされる流れの量を算出する。目標のモータ速度が、吸入開始時の呼吸努力に対応する値に設定される。この値が小さいほど呼吸努力は小さく、この場合、目標のモータ速度は、それにしたがってより低い値に設置される。この特徴は、呼吸障害の患者には有益であり、それというのも、その患者の肺筋肉は、健常人よりも弱くなり得るためである。ユーザは、ブロワを流れの変更に対してより感知し易くするために利得を上昇させることができ、そのためにユーザは、より多くの空気が必要とされるときに激しく呼吸する必要はなくなる。これは、こうした患者の呼吸努力を軽減して機械を激しく働かせる。故に、これは、快適性を向上させ、こうした患者に対して健康上の利益を与える。

図20に示す応答性の流れ制御システムは、本発明のシステムの好ましい特徴の一つであり、これは、前記流れ発生器の主要機能及び前記ユーザーインターフェース制御との通信に関する総括的な用語である。

一つの実施形態では、応答性流れ制御の機能は、ブロワ、感知空気チャネルを備えた流れセンサ、流れ要素、ブロワ出口、マスク空気チャネルに至るブロワ、アンチエイリアスのローパスフィルタ(anti-aliasing low pass filter)、モータ制御パワー段、及びA/D変換器、デジタルフィルタ/調整器、RFCエンジン、VPAP制御エンジン、モータ制御エンジン、MCU2 COMMエンジンからなる流れ発生器MCU2に基づく制御からなる。加えて、これは、また、ユーザーインターフェース制御及びMCU1 COMMエンジンからもなる。

ブロワは、前記流れ発生器の制御によって空気流を生成する。モータ速度は、前記マスクに流れる量を決定する。

流れセンサは、前記流れ要素上の圧力降下によって流れを検出する。好ましい実施形態では、前記流れセンサは、サーモアネモメータ(thermo-anemometer)の流れ感知原理に基づく質量流れセンサであり、前記圧力降下に比例するアナログ出力を有する。好ましい実施形態では、前記流れセンサは、低い入力圧力範囲、通常は約0.2"の最大測定限界を有し、前記流れ要素は、実際には、約5から40mmのLを備えた前記ブロワ出口のセクションである。ブロワ出口は、通常、約10から19mmの直径Dを備えた円形状であるが、類似の断面を備える任意の他の形状のものにもなり得る。感知空気チャネルは、好ましくは適切な直径のシリコーンチューブである。好ましい実施形態では、前記アンチエイリアス(anti-aliasing)のフィルタが、100Hzから1kHzの間のカットオフ周波数を備えた簡単なRCネットワークによって形成される。前記アンチエイリアス(anti-aliasing)のフィルタの信号出力は、前記A/D変換器によって5OkHzにおいてサンプリングされた後、前記デジタルフィルタ/調整器によってさらに処理される。前記デジタルフィルタは、1ディケード(decade)あたり20から80dBのロールオフを備えた約30Hzのカットオフ周波数を有する。前記デジタルフィルタ/調整器の出力は、前記デジタルフィルタカットオフ周波数の周波数で前記RFCエンジンに送られる。

前記RFCエンジンの作動が、図22AからEに示されている。前記RFCエンジンは、状態機械として働き、その入力は、フィルタがかけられた流れ信号及び呼吸応答性におけるユーザ設定を含み、その出力は、目標のモータ速度及び呼吸状態を含む。RFCエンジンは、前記デジタルフィルタ/調整器の出力のものの周波数で実行され、吸入感知のためのIPAP検出において開始する。検出されると、RFCエンジンは、IPAP検出イベントエントリ後に前記RFCエンジンの第1から第3のエントリにおいて前記フィルタがかけられた流れ信号をサンプリングし、IPAP検出イベントエントリにおける前記フィルタがかけられた信号との相違が記録される。記録されたデータは、本質的には流れにおける上昇率であり、呼吸努力のための尺度として使用される。最終的な呼吸努力が、ユーザの呼吸応答性設定又はブレスバイブレスに基づく利得制御を考慮した後に導出される。呼吸努力に対するモータ目標速度を含む参照テーブルが、次いで、必要とされるモータ目標速度を前記VPAP制御エンジンに出力してモータ速度を可変の正的空気圧力の形で制御するために使用される。前記RFCエンジンは、呼吸状態を監視し続け、図13に示すシーケンスにしたがってVPAPサイクルを完全にした後これを呼吸毎に繰り返す。

モータ制御エンジンは、前記モータを駆動するために必要なモータドライバファームウェアを含む。モータ制御パワー段は、パワースイッチ、そのドライバ及び前記モータの駆動を容易にするために必要なモータ電流感知を含む。

ユーザーインターフェース制御は、呼吸応答性又は利得制御におけるユーザ設定を受け入れた後、これを流れ発生器制御に伝達する。好ましい実施形態では、ユーザ設定の伝達は、MCU1 COMMエンジンとMCU2 COMMエンジンの間の単一の有線通信プロトコルを介して送出される。

応答性流れ制御の実施は、上記の実施形態の同じ趣旨を有する他の実施形態によって達成され得る。

別の実施形態では、流れセンサは、他の適切な入力圧力範囲を有することができる。流れセンサは、また、ピエゾ抵抗タイプにもなり得、前記流れ要素は、層流要素になり得る。感知空気チャネルは、また、前記センサポートに直接結合するためのモールド成形構造の一部にもなり得る。流れセンサは、また、デジタル出力を有することもできる。前記ユーザ設定は、また、任意の他の適切な手段によって前記流れ発生器制御に渡され得る。

さらに別の実施形態では、圧力センサは、また、流れセンサの類似の場所に嵌合可能であり、ここで圧力センサは、流れ発生器出口における空気圧力を検出することができる。流れセンサの実施形態とは対照的に、前記圧力センサは、吸入開始時の圧力における減少率を検出する。MCUは、次いで、ユーザが調整可能な利得制御又は呼吸応答性設定に基づいて必要とされる圧力の量を算出する。目標の圧力は、次いで、吸入開始時の呼吸努力に対応する値に設定される。目標の圧力の制御は、好ましくは比例、積算、及び微分(PID)制御を介して行われるが、任意の他の適切なスキームによって行われてもよい。

より進んだ実施形態では、圧力センサは、マスクの内部に、有線又は無線の形で装着され得る。

ヒトに対する負イオンの有益性は、よく知られている。しかし、既存のPAPRのどのようなものも負イオン発生器を使用していない。小型の負イオン発生器は、ブロワの下流側に装着され、このとき二つの電極は、発生したイオンが空気流に沿ってユーザの気道まで運ばれ得るように空気路内で露出されている。

負イオン発生器は、市販購入され得る適切な独立型デバイスになり得、或いはこれは、用途に合うように完全に又は部分的にカスタマイズされ得る。

負イオン発生器は、好ましくは、モータがエネルギーを節約するように、また寿命を延ばすように実行されるときにのみオンにされる。その制御は、また、呼吸と同期して(吸入の場合にオン及び吐き出しの場合にオフ)、エネルギーをさらに節約し、デバイスの寿命を延ばすこともできる。

ブラシレスDCモータ用のトロイダルコアの改良された製造及び装着
呼吸装置の特定の要求事項により、新しい製造及び装着設備が、ブラシレスDCモータのトロイダルコアのために開発されており、これは、本発明の呼吸装置に有用である。

ステータがトロイダルフェライトの周囲周りに六つのコイルを巻くことによって構築されるブラシレスDCモータの例は、従来技術にある。この構造は、例えば低プロファイルのPAPRなどの一部の用途で非常に望まれる小型モータを生み出す。

しかし、トロイダルモータに関する大きな問題が、今までその有用性を限定してきている。これは、第1に、六つのコイルを分離して保つことは極めて難しいということが挙げられる。

各々のコイル上の巻線の第2の層が形成されるとき、これは、第1の層側から落下し、次のコイル用に確保された領域内に移動する傾向がある。この問題は、コイルが全体的に手によって巻かれるということを招き、これは、大量生産には実用的でない。発生する別の問題は、コイルが巻かれた後、その結果生じたステータが、不定形の形状のものになり(コイルは完全に均一ではなく)、装着点を形成するための突起フィーチャを有さないことである。しかし、ステータをロータと同心にして非常に正確に装着することが、必要である。

したがって、トロイダルモータ構造に関する両方の問題を大幅に解消し、それによってこのタイプのモータのより広い使用の道を開く解決策が、開発されており、これを図21に関連して説明する。コイルは、普通、例えば変圧器などの他の用途用のトロイダルコア上に機械で巻かれる。機械巻きのトロイダルモータコアの問題は、図21Aに示すように、六つの小さいコイル91をトロイド90の周囲に置き、これらが重複するのを防止する必要性に端を発する。

例えばラフジーエムビーエイチ(RUFF Gmbh)からのRWEシリーズ及びシャイニングサンエンタープライズコーポレイテッド(Shining Sun Enterprise Co Ltd)からのSTW-60などの多くの機械が、変圧器コアを巻くために利用可能である。コア巻線は、手によるものよりもこれらの機械の一つによるものの方がかなり安価であり、より正確である。しかし、これらの機械は、コアの外面が、突起リブを有さない単なる円筒である場合のみに使用され得る。この制限により、モータに必要とされる六つのコイルを離して保つための部分又は固定具を設計することが難しくなる。さらなる問題は、コイルが巻かれるときに所定の位置に残されるように設計されるいずれの部分も、導電性でない材料、一般的にはポリマーのものでなければならないことである。小型モータでは、この制限により、別個のコイル分離構成要素は、実用的に使用するには柔軟過ぎるものになる。

本発明は、図21A及び21Bに示すように、コア94上に径方向フィン93を置き、六つのコイル91の各々とその隣の間に分割を形成することによってこれらの問題を克服する。フィンは、トロイドの外側の円筒表面上に突起する必要がないことが実験的に見出されており、この理由のため、その結果生じるコアは、依然として標準的な機械を用いて巻くのに適している。

フィン93は、二つの方法で首尾よく形成され得る。第1に、これらは、図21Cに示すように、トロイダルフェライト94内に直接形成され得る。この方法では、フェライトを通常の焼結プロセスではなく射出成形によって形成することが必要である。第2に、これらは、図21Dに示すように、従来のトロイダルフェライトコア94を硬性ポリマー95でオーバーモールド成形することによって形成され得る。

実際、第2の方法が一般的にはより実用的であることが見出されている。しかし、フェライト材料は壊れやすく、コアはサイズが大きく変動する。この理由のため、コアとオーバーモールドの間の同心性を維持するために絶対的に必要である場合を除いてトロイドに対して閉塞しようとせずに、トロイドのほとんど又はすべてをプラスチック内にカプセル化することが必要である。そのような設計は、非常に細いセクション内に流れることができるが、(巻線機に抵抗するために)依然として非常に硬性であるポリマーを要求する。適切なポリマーとしては、ポリアミド(ナイロン)、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート(PBT)及びさまざまな他のものが挙げられる。フィン93がトロイドの内部に突起する量は、標準的な巻線機が使用可能になることを確実にするためにできるだけ抑えなければならない。しかし、仕上げの巻線と同じ高さのフィンは、少なくとも20mmのコア内径まで下方に標準的な巻線機上で巻かれ得ることが実験で見出されている。

コア上のフィンは、好ましくは、完成された巻線の一方側又は両側からわずかに突起するように設計される。これが行われる場合、これらは、信頼高い反復可能な方法でコアを装着するために使用され得る。ステータが、金属などの導電性材料から作製されたモータハウジング内に装着されるものである場合、コイルがこれに接触しないように注意を払わなければならない。フィンが、ステータの一方側又は両側でコイルをかなり超えて延ばされ、次いでステータをモータケーシング内に装着するために使用される場合は、分離を維持することができる。しかしより信頼高い簡易な装着方法は、図21Eに示すように、巻かれたステータを薄いプラスチックシェル内に置くことである。シェルは、エポキシ接着剤又は類似の材料を用いてステータに接合される。

プラスチックシェルは、図21Fに示すようにモータ内のいくらかの空間を占有し、結果として生じるステータ組立体のサイズは、極めて反復可能であり、これは、金属モータケーシングであってもこれにきつく押し付けて装着され得る。この理由のため、プラスチックシェルを備えた設計は、巻線をモータケーシングから分離するのにコア上のフィンだけに頼る設計よりも大量生産により適している。大量用途では、プラスチックシェルを備えた設計は、実際には、それを有さない設計より小型のモータを生み出す。

他の変形形態及び改変形態
いくつかの好ましい形態を本明細書の上記で説明してきたことが理解されよう。数多くの変形形態及び改変形態が、当業者に明白になるであろう。例えば、図22では、ユーザの目に対する保護をもたらすために、任意選択で「日よけ板」をどのようにしてデバイスに取り付けることができるかが、示されている。図示するように、日よけ板29は、取り付け手段27に解放可能に取り付けられ得る。

当業者に明白になるすべてのそのような変形形態及び改変形態は、本明細書の上記で説明し、本明細書のこれ以後で特許請求する本発明の趣旨及び範囲内に入ると考えられなければならない。

Claims (12)

1. ユーザの少なくとも口又は鼻孔をほぼ取り囲むように適合されたマスクと、
   前記ユーザの首の後部をほぼ取り囲むように適合され、周辺環境からろ過されていない空気を受け入れ、前記ろ過されていない空気をろ過し、ろ過された空気を前記マスクに与えるための流れ発生器を含む首構成要素であって、前記マスクを前記首構成要素に対して移動及び保持するための調整機構を含む少なくとも一つの共働対合クリップによって前記マスクに解放可能に係合された首構成要素と、
   空気を前記流れ発生器から前記マスクまで運ぶように構成された入口空気チャネルと、
   前記入口空気チャネルとは別体の、空気を前記マスクから運ぶように構成された空気出口とを含む、呼吸装置であって、
   前記マスク及び前記首構成要素の各々が、前記入口空気チャネルの一部を規定する部分を含み、前記少なくとも一つの共働対合クリップがその部分に解放可能に係合してその間のシールを形成している、呼吸装置。
2. 前記調整機構がラチェット機構及び解放機構を含み、前記解放機構を作動することによって前記ラチェット機構が分離され、それにより、前記マスクが前記首構成要素に対して移動するようになっている、請求項1に記載の呼吸装置。
3. 前記呼吸装置の作動に関する構成要素部分が、前記首構成要素内に配置されている、請求項1又は2に記載の呼吸装置。
4. 前記マスクを装飾するためのカバー及び前記ユーザの顔を保護するための日よけ板の少なくとも一方をさらに含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の呼吸装置。
5. 前記マスクを適所に保持するために、前記ユーザの頭部を覆って取り付けられるように適合されたストラップをさらに含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の呼吸装置。
6. 流れセンサ及び圧力センサの少なくとも一方をさらに含み、前記流れセンサ及び前記圧力センサが、前記マスクの空気流及び空気圧力の少なくとも一方を調整するために前記流れ発生器にフィードバック信号を与えるように構成された、請求項1から5のいずれか一項に記載の呼吸装置。
7. 前記呼吸装置が、フィルタをさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の呼吸装置。
8. 前記首構成要素が、前記ユーザの首に着座するように構成された少なくとも一つのパッド付き部分をさらに含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の呼吸装置。
9. 前記空気出口から排出された空気をろ過するように構成された呼気フィルタをさらに含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の呼吸装置。
10. 前記空気出口が、前記マスクと前記首構成要素の間に延びており、かつ、前記首構成要素の近傍に配置された排気ポートを含む、請求項9に記載の呼吸装置。
11. 前記呼気フィルタが、排気ポートと一体的に形成されている、請求項9に記載の呼吸装置。
12. 前記入口空気チャネル及び前記空気出口が、前記マスクの両側で前記マスクに対して開口しており、それにより、前記ユーザの口又は鼻孔を横切って流れるように空気流が構成された、請求項1から11のいずれか一項に記載の呼吸装置。
    

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