電動ファン付き呼吸用保護具
【課題】検知精度が経時低下しやすく、排気弁の経時劣化により検知精度が低下するという問題を解決することができる電動ファン付き呼吸用保護具の提供。
【解決手段】着用者の鼻孔と口許とを覆う面体と、フィルタが設けられた吸気口と、吸気口を通して外息を面体内に送り込む電動ファンと、排気口と、圧力測定部と、電動ファンの回転数を制御する制御部とを備える電動ファン付き呼吸用保護具であって、前記圧力測定部が、面体内の圧力変化に応じて変形する膜部材と、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサとを含んで構成され、前記制御部が、圧力測定部からの出力信号に応じて、電動ファンを制御することを特徴とする電動ファン付き呼吸用保護具。
【解決手段】着用者の鼻孔と口許とを覆う面体と、フィルタが設けられた吸気口と、吸気口を通して外息を面体内に送り込む電動ファンと、排気口と、圧力測定部と、電動ファンの回転数を制御する制御部とを備える電動ファン付き呼吸用保護具であって、前記圧力測定部が、面体内の圧力変化に応じて変形する膜部材と、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサとを含んで構成され、前記制御部が、圧力測定部からの出力信号に応じて、電動ファンを制御することを特徴とする電動ファン付き呼吸用保護具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防塵・防毒などを目的として使用される全面形ないし半面形の電動ファン付き呼吸用保護具に関し、より詳細には、例えば、面体内の圧力変化に応じて電動ファンの動作を制御することができる電動ファン付き呼吸用保護具に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に有害な粉塵が存在する環境下では、ユーザーは防塵マスクを装着し、フィルタで粉塵を除去した空気を呼吸する。フィルタは、浄化作用の大きいものほど通気抵抗が増大するのが通常であるところ、フィルタの通気抵抗の分だけ息苦しさを感じるという問題がある。また、通気抵抗によりマスク面体内が環境圧力と比べ陰圧になると、マスクと顔の間の隙間から、粉塵が侵入するという問題がある。そこで、抵抗の大きいフィルタを備える防塵マスクには、呼吸の補助を行うブロワー（電動ファン）が設けられている。
【０００３】
しかしながら、着用者の呼吸に連動せず常に一定量の送気を行うブロワーマスク装置は、フィルタが消耗しやすい、マスク内の圧力が高まり排気時（呼気時）の抵抗が大きくなる、電力消費量が多く駆動時間が短いなどの問題があった。そこで、着用者の呼吸に連動して吸気時にブロワーの送風量を増やす一方、排気時にはブロワーの送風量を減らすようにした呼吸連動型のブロワーマスク装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このブロワーマスク装置は、排気弁または吸気弁の動きを光学式センサで検知し、センサからの信号によってブロワーを制御し、排気時にはブロワーを停止・減速して、フィルタの消耗、排気抵抗および消費電力を抑えるようにしている。
しかしながら、光学式センサを採用した構成においては、センサの受光素子が太陽光などの外光を受光すると、排気弁の動きを正確に検知できなくなり、ブロワーの制御が不正確となるという問題がある。光学式センサに対して外光を遮断するためには、例えば排気弁カバーを長くしてその先端の排気口に対してセンサを遠ざけ、更に排気口を狭くして外光がセンサに届かないようにする必要があるが、このようにすると、マスクが嵩張り、排気口の開口面積が狭くなって排気抵抗が増すので、着用感が悪くなるなどの問題が生じる。
【０００４】
特許文献２では、非光学式センサを排気弁に設けた呼吸連動型ブロワーマスクが提案されている。ここで、非光学式のセンサとしては、温度センサ、湿度センサ、炭酸ガスセンサ、酸素ガスセンサが例示されている。しかしながら、排気流路にセンサを設置すると、排気に含まれる微細な粉塵や湿気によりセンサが汚れ、検知精度が経時低下しやすいという問題がある。また、温度センサは、外気の温度が体温と同程度の環境下においては、機能しなくなるという問題がある。湿度センサについても、外気の湿度が人間の吐いた息と同程度の環境下においては、機能しなくなるという問題がある。ガスセンサは高価であり、回路構成が複雑で小型化が難しいという問題がある。
【０００５】
特許文献３では、面体に形成された開口を覆うダイアフラムと、ダイアフラムに取り付けられた磁石と、磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有する呼吸モニター装置が提案されている。ホール素子は磁気センサなので、面体内の空気に含まれる微細な塵埃や水滴が付着しても、光センサに比べて検知精度は低下し難いようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７２６８８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２８９６００号公報
【特許文献３】特開２００９−１３６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の装置は、光学式センサを用いるので、外光による誤動作等の問題がある。また、特許文献１および２の装置は、排気に含まれる微細な粉塵や湿気によりセンサが汚れ、検知精度が経時低下しやすく、排気弁の経時劣化により検知精度が低下するという問題がある。
特許文献３の装置は、センサ部が、面体内の空気に曝されるため、光センサほどではないにしろ精度の経時低下の問題がある。また、ダイアフラムとホール素子を用いる構造上、呼吸検知手段の小型化・軽量化には制約がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することができる電動ファン付き呼吸用保護具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、着用者の鼻孔と口許とを覆う面体と、フィルタが設けられた吸気口と、吸気口を通して外息を面体内に送り込む電動ファンと、排気口と、圧力測定部と、電動ファンの回転数を制御する制御部とを備える電動ファン付き呼吸用保護具であって、前記圧力測定部が、面体内の圧力変化に応じて変形する膜部材と、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサとを含んで構成され、前記制御部が、圧力測定部からの出力信号に応じて、電動ファンを制御することを特徴とする電動ファン付き呼吸用保護具である。
第２の発明は、第１の発明において、呼吸センサが、ストレインゲージにより構成されることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記ストレインゲージが偶数枚からなり、熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明において、呼吸センサが、圧電センサにより構成されことを特徴とする。
第５の発明は、第４の発明において、前記圧電センサが、PVDFフィルムにより構成されることを特徴とする。
第６の発明は、第４または５の発明において、前記呼吸センサが、第１の素子（Ａ）と、第１の素子（Ａ）と実質的に同一形状かつ実質的に同一素子容量であり、第１の素子（Ａ）と表裏反対に配置された第２の素子（Ｂ）と、を備え、第１および第２の素子に与えられた熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする。
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、前記膜部材が、振動吸収材料で構成された固定材を介して前記面体に固定されていることを特徴とする。
第８の発明は、第１ないし７のいずれかの発明において、前記呼吸センサが、膜部材の外方に配置されることを特徴とする。
第９の発明は、第１ないし８のいずれかの発明において、前記呼吸センサが、一端が膜部材に固定され、他端が固定部材に固定された長尺形状に構成されることを特徴とする。
第９１０の発明は、第１ないし９のいずれかの発明において、前記制御部が、排気時の電動ファンの回転数を吸気時と比べ低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、呼吸センサという新規な呼吸検知手段を備えた呼吸追従型電動ファン付き呼吸用保護具を提供することが可能となる。この新規な呼吸検知手段は、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサであるので、圧力測定部の小型化・軽量化が可能である。
さらには、呼吸センサが膜部材の外方に配置される構成においては、呼吸センサが面体内の空気に曝されないため、検知精度の経時低下が生じ難いという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の防塵マスクの態様を示す斜視図である。
【図２】防塵マスクにおける面体内の圧力変化を示す図であり、（ａ）は電動ファンが無い場合、（ｂ）連続稼動する電動ファンを設けた場合、（ｃ）は吸気時のみ稼動する電動ファンを設けた場合の図である。
【図３】呼吸による圧力測定部の状態を示す図であり、（ａ）は排気時の状態、（ｂ）は吸気時の状態である。
【図４】（ア）は圧電フィルムＡの表面と圧電フィルムＢの裏面に、同時に温度変化を与え際に生じる電荷の状態を示す図であり、（イ）は（ア）と同じ配置の圧電フィルムＡ、Ｂに同じ方向から同時に応力を与えた際に生じる電荷の状態を示す図である。
【図５】同一方向から印加された熱により生じる出力をキャンセルする回路構成を示す図である。
【図６】図５の回路において、（ア）同一方向から温度が印加された際の荷電状態を示した図、（イ）同一方向から応力が印加された際の荷電状態を示した図である。
【図７】呼吸による面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ａ）は電動ファンをＯＦＦとした場合、（ｂ）は電動ファンをＯＮとした場合である。
【図８】電動ファンの制御がある場合とない場合における呼吸によるマスク内圧力の変化を示す図である。
【図９】実施例２に係る積層構造シートＡ、ＢおよびＣの構成図である。
【図１０】実施例２に係る積層構造シートＡ、ＢおよびＣの断面図である。
【図１１】電動ファンをＯＮとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
【図１２】電動ファンをＯＦＦとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
【図１３】呼吸センサにストレインゲージを用いた場合の圧力測定部の状態を示す図であり、（ａ）は排気時の状態、（ｂ）は吸気時の状態である。
【図１４】ストレインゲージの構成図である。
【図１５】１枚のストレインゲージによる回路図である。
【図１６】２枚のストレインゲージによる回路図である。
【図１７】４枚のストレインゲージによる回路図である。
【図１８】温度キャンセル機能を有する２枚のストレインゲージによる回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態を、電動ファン付き防塵マスクの例で説明する。
【００１３】
《構成》
図１に示すように、本発明の防塵マスク１は、面体２と、面体２の前部中央に設けられた電動ファンユニット３と、面体２の側方に対向して設けられた一対の排気口４と、圧力測定部５と、制御部６（図示せず）とを主要な構成要素とする。
【００１４】
面体２は、マスク着用者の顔面の鼻孔と口許とを覆うことが可能な大きさに形成されている。電動ファンユニット３は、羽根部材およびモータと、着脱自在に設けられた防塵用のフィルタ（濾過材）と、排気時に閉じ、吸気時に開く吸気用逆止弁とを備える。排気口４は、排気時に開き、吸気時に閉じる排気用逆止弁を備える。排気口４の数および位置は、図示のものに限定されず、例えば、電動ファンユニット３の上方または下方に１つ設けてもよい。
【００１５】
本実施形態に係る圧力測定部５は、膜部材５１と、呼吸センサを構成する圧電センサ５２と、面体２の内部空間と連通する通気路５３と、固定部材５４，５５とを備える（図３参照）。膜部材５１は呼吸に伴う面体内の圧力変化で変形する可撓性材料からなるシート、例えば、シリコンゴムシートであり、排気時に外方へ膨張し、吸気時に内方へ収縮するように張設されている。膜部材５１を支持する固定部材５４，５５は、振動吸収材料で構成されており、例えば、ゴム等の弾性体、発泡スチロール等のセル（液体セルであってもよい）を含む軟質材を用いることができる。
圧電センサ５２は、例えば、可撓性のあるシート状部材であり、膜部材５１の動きに追従するように、一方の端部が膜部材５１に固設され、他方の端部が固定部材５５に固定されている。圧電センサ５２は、着用者の呼吸による熱、湿気、粉塵等の影響を受けないよう、膜部材５１の外方に配置することが好ましい。圧電センサ５２に面体外の粉塵等が付着することを防ぐべく、圧電センサ５２を通気が確保された保護部材（カバー）で覆うことが好ましい。
圧力測定部５の位置は、図示のものに限定されず、任意の場所に設置することができるが、着用者の呼吸による風が直接当たらない場所に設置するのが好ましい。また、圧力測定部５は、複数個設けてもよい。
【００１６】
圧電センサ５２には、ピエゾ効果を示すものを用いることができ、PVDF（Polyvinylidene fluoride：ポリフッ化ビリニデン）やチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などからなる圧電セラミックまたは圧電セラミック薄膜が例示される。また、Pb(Zr・Ti)O3、PbTiO3、(Pb,La)(ZR，Ti)O3等の無機圧電材料の微粉末を熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の高分子材料中に分散させたものを用いてもよい。好ましくは、軽量で柔軟性に富み、加工性がよいPVDFフィルムを用いる。PVDFは応答帯域がきわめて広く、固有の共振周波数を持ちにくいという特徴も有する。PVDFフィルムを、アルミ箔状の電極によりフィルムを挟んだサンドイッチ構造とし、この電極にリード線を導電性の接着剤等で接着して用いることができる。
【００１７】
制御部６は、着用者の呼吸により加えられた応力による歪みに応じて圧電センサ５２が発生させた電圧信号に基づき着用者の呼吸状態を把握し、電動ファンを駆動するモータの回転数制御を行う。一定時間呼吸が無い場合には、電動ファンを停止させるようにしてもよい。制御部６（図示せず）は、防塵マスク１自体に設けてもよいが重量の観点からは、防塵マスク１とは別個に設けることが好ましい。例えば、ケーブル６１に接続されるコンピュータが収納された箱状体とし、着用者の腰部に取り付けられるように構成する。
【００１８】
《作動》
図２（ａ）は、電動ファンが無い防塵マスクにおける面体内の圧力変化を示す図である。防塵マスクは、フィルタの通気抵抗によりマスク面体内が環境圧力と比べ陰圧になる傾向があるが、マスクと顔面に隙間があると面体内に粉塵が侵入する危険がある。そこで、面体内圧力が常に環境圧力と比べ陽圧になるように、電動ファンを設けることが好ましい。図２（ｂ）は、連続稼動する電動ファンを設けた場合の面体内の圧力変化を示す図である。このように、電動ファン（制御なし）を設けることにより、呼気時と吸気時の圧力差を変えることなく、常に面体内圧力が環境圧力と比べ陽圧とすることが可能である。
【００１９】
しかしながら、上述したように、常に一定量の送気を行うと、マスク内の圧力が高まり排気時（呼気時）の抵抗が大きくなる、電力消費量が多く駆動時間が短いなどの問題がある。そこで、電動ファンの回転数を制御することにより、面体内の圧力を環境圧力より高い範囲内で低下させることにより、排気抵抗を減少させる。具体的には、吸気時にはモータが通常動作するように電力を供給し、排気時にはモータが停止或いは回転数が減少するように電力を供給することにより、排気抵抗を減少させる（図２（ｃ）参照）。
【００２０】
図３（ａ）は、排気時（息を吐いた時）の圧力測定部５の状態を示す図である。固定部材５４により固定された膜部材５１は、通気路５３の圧力が高まったのをうけ、外方（着用者と反対側）へ膨張変形した状態にある。圧電センサ５２は、一方の端部が固定部材５５に固定され、他方の端部が膜部材５１に固定されており、この状態では僅かに外方へ反っている。
図３（ｂ）は、吸気時（息を吸った時）の圧力測定部５の状態を示す図である。膜部材５１は、通気路５３の圧力が低下したのをうけ、内方（着用者側）へ引っ張られ陥没変形した状態にある。この状態では、圧電センサ５２は、内方へ大きく湾曲している。なお、吸気により圧電センサ５２に歪みが生じればよいので、膜部材５１は必ずしも陥没変形する必要はなく、水平ないし緩やかなアーチ形状であってもよい。
このように、着用者の呼吸により、圧電センサ５２が外方および内方に歪むことにより、歪みに応じた電荷が誘起される。図３とは逆に、圧電センサ５２が、排気時に外方へ大きく反り、吸気時に水平ないし内方へ僅かに湾曲するように構成してもよい。また、フィルタの目詰まり等により、面体内圧が負圧になったことを圧電センサ５２の出力の変化により検知した際には、通常時と比べ電動ファンの回転数を上げるような制御をしてもよい。
【００２１】
《温度キャンセル機能》
圧電センサ５２は、温度変化により余分な電気出力が生じ、これがノイズ出力になるという問題がある。そこで、一対の圧電センサ５２を並べて配置することにより、温度キャンセル機能を持たせるようにしてもよい。温度キャンセル機能は、圧電フィルムに熱を与えた際に、表面側が正に荷電し、各裏面側が負に荷電する現象を利用したものである。
【００２２】
図４（ア）は、圧電フィルムＡの表面と圧電フィルムＢの裏面に、同時に温度変化を与え際に生じる電荷の状態を示す図である。図４（ア）から、並置された圧電フィルムＡ、Ｂに同じ方向から熱を付与した際には、各表面側が正に荷電し、各裏面側が負に荷電することが確認できる。
図４（イ）は、図４（ア）と同じ配置の圧電フィルムＡ、Ｂに同じ方向から同時に応力を与えた際に生じる電荷の状態を示す図である。図４（イ）から、圧電フィルムＡ、Ｂに応力が与えられた際には、圧電フィルムの表面側からか裏面側からかにかかわらず、応力が与えられた側の面が正に荷電し、その反対面が負に荷電することが確認できる。
【００２３】
図５は、同一方向から印加された熱により生じる出力をキャンセルする回路構成を示す図である。図５の回路において、温度変化が生じた際の荷電状態を示したのが図６（ア）であり、応力が印加された際の荷電状態を示したのが図６（イ）である。図６（ア）に示すように、温度変化により生じた電荷については、圧電素子Ａ、Ｂ間を移動するため出力が生じない。他方、図６（イ）に示すように、応力により生じた電荷については、導電線に接続された図示しない測定装置により出力が検出される。このように、圧力測定部５に、上面を表裏反対とする一対の圧電センサ５２を並置することにより、温度変化をキャンセルし、呼吸により与えられた歪みのみを検出することが可能となる。
【００２４】
《ストレインゲージ》
呼吸センサを圧電センサ５２に替えてストレインゲージ５６により構成してもよい。この場合の構成は、図１３のとおりとなる。
ストレインゲージは、ひずみを測定するための力学的センサであり、例えば、応力計測や、荷計にも用いられる。例えば、図１４に示す如く、ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、並列に並ぶ直線部分であるグリッド部とグリッド部の折り返し部分であるエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して構成される。
ひずみゲージは、それ単独で用いるとひずみによる抵抗の変化は極めて小さいので、図１５に示すホイートストンブリッジ回路に組み、抵抗の変化を電圧の変化に変換して測定する（E：ブリッジ電圧、E0：出力電圧）。この回路では、抵抗変化分に比例した出力電圧が得られるとともに、ひずみにも比例した出力電圧が得られる。この微小電圧を増幅器で拡大して、アナログ出力として得たり、ディジタル値として表示してひずみを測定することができる。
【００２５】
また、ストレインゲージは非常にしなやかであるため、複数枚のストレインゲージにより呼吸センサを構成することもできる。例えば、２枚のストレインゲージ（図１６参照）や４枚のストレインゲージ（図１７参照）により呼吸センサを構成してもよい。複数枚のストレインゲージにより呼吸センサを構成すれば、出力を大きくとることができ、また、温度変化をキャンセルすることも可能である。ここで、ストレインゲージは、圧電フィルムと異なり裏表がない。温度の影響は測定するためのグリッド部から発生し、それをキャンセルするためにブリッジを構成する対角線でない辺（隣接する２辺）にそれぞれストレインゲージを配置するとブリッジ回路の特性から温度変化がキャンセルされる（図１８参照）。なお、図１７の構成は、ブリッジを構成する２組の隣接２辺にストレインゲージが配置されているので、温度キャンセル機能を有している。
以上に説明したストレインゲージは、圧電フィルムのように微分値ではなく絶対値が出力されるので、制御には有利である。このように、本発明の防塵マスクは、呼吸センサをストレインゲージにより構成しても実現することが可能である。
【００２６】
以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されることはない。
【実施例１】
【００２７】
実施例１の防塵マスクは、市販の防塵マスクの頬部に圧力測定部５を取り付け、電動ファン用モータと連動させる改良を施したものである（図１参照）。
圧力測定部５は、図３に示す如く構成され、膜部材５１はシリコンゴムシート、圧電センサ５２は、PVDFフィルムである。PVDFフィルムは、長手方向の歪に応じた信号を出力する方形状の圧電フィルムであり、東京センサー社の圧電フィルムを使用した。実施例１で使用した圧電フィルムの主な仕様は次のとおりである。
【００２８】
型番：ＬＤＴＣ−１００Ｖ
全体の厚さ：２０３μｍ
フィルムの厚さ：２８μｍ
シート部寸法：６ｍｍ×１２．８ｍｍ
電極部寸法：４．２ｍｍ×８ｍｍ
静電容量：０．２４４ｎＦ
【００２９】
図７（ａ）は、電動ファンをＯＦＦとした場合における呼吸による面体内の圧力変化の測定結果を示す図である。同図中、点線で囲んだ部分が吸気による電圧変化であり、実線で囲んだ部分が呼気による電圧変化である。
図７（ｂ）は、電動ファンをＯＮとした場合における呼吸による面体内の圧力変化の測定結果を示す図である。同図中、点線で囲んだ部分が吸気による電圧変化であり、実線で囲んだ部分が呼気による電圧変化である。同図では、電動ファンによるノイズ出力もみられるが、呼気状態、吸気状態を判別することは充分可能である。
このように、電動ファンのＯＮ／ＯＦＦにかかわらず、圧電センサ５２からの出力により呼気状態、吸気状態を判別できるので、呼気状態または吸気状態の変化に応じて、電動ファン用モータを制御することが可能である。
【００３０】
電動ファン用モータの制御は、吸気時にはモータが通常動作するように電力を供給し、排気時にはモータが停止或いは回転数が減少するように電力を供給することにより行う。モータの回転を完全に停止させると、再起動時の立ち上がり時間が必要となるため、モータの回転数を低下させることにより、面体内圧力を制御することが好ましい。本実施例では、直流モータの供給電圧を下げることにより電動ファンの回転数を制御した。
【００３１】
図８は、呼吸によるマスク内圧力の変化を示す図である。同図中、上の波形が電動ファンを制御せず連続稼動した際のもので、下の波形が電動ファンの回転数を制御した際のものである。同図から、電動ファンを制御することにより、制御しない場合と比べマスク内圧を低下させ、かつ、環境圧力よりも充分に高い範囲内（概ね１０〜４０Ｐａ）でマスク内圧を制御することが可能であることを確認することができた。
【実施例２】
【００３２】
実施例２の防塵マスクは、実施例１の防塵マスクにおいて、膜部材５１を改良したものである。実施例１の防塵マスクにおいては、電動ファンによるノイズ抑制のためのプログラム制御が複雑になるという課題があった。そこで、実施例２では、膜部材５１を積層構造とし、周囲の肉厚部でノイズを低減しつつ、中心の薄肉部で測定することで上記ノイズの問題を解決している。
【００３３】
実施例２では、３層のシリコンゴムシートからなる積層構造シートを準備し、ノイズ低減効果を確認した。
シートＡは、０．１ｍｍ厚の第一膜部材（上層）と、０．１ｍｍ厚の第二膜部材（下層）と、０．１ｍｍ厚の第三膜部材（中層）とから構成される。第一膜部材（上層）および第二膜部材（下層）は、中心部分に直径１０ｍｍの穴が設けられている。シートＡの中心を切断した場合の断面図を図１０上図に示す。
シートＢは、０．１ｍｍ厚の第一膜部材（上層）と、０．１ｍｍ厚の第二膜部材（下層）と、０．０５ｍｍ厚の第三膜部材（中層）とから構成される。第一膜部材（上層）および第二膜部材（下層）は、中心部分に直径１０ｍｍの穴が設けられている。シートＢの中心を切断した場合の断面図を図１０中図に示す。
シートＣは、０．０５ｍｍ厚の第一膜部材（上層）と、０．０５ｍｍ厚の第二膜部材（下層）と、０．０５ｍｍ厚の第三膜部材（中層）とから構成される。第一膜部材（上層）および第二膜部材（下層）は、中心部分に直径１０ｍｍの穴が設けられている。シートＣの中心を切断した場合の断面図を図１０下図に示す。
【００３４】
上記のシートＡ〜Ｃと、０．１ｍｍ厚のシリコンゴムシート１枚を膜部材５１に用いた比較例１とを用いて、積層構造シートによるノイズ低減効果を確認した。
図１１は、電動ファンをＯＮとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
図１２は、電動ファンをＯＦＦとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
【００３５】
図１１および図１２の（ｉ）を比較すると、比較例１では電動ファンによるノイズが生じていることが分かる。図１１および図１２の（ｉｉ）を比較すると、シートＡでは、電動ファンＯＦＦの状態ではかろうじて呼吸の有無を認識することができるものの、電動ファンＯＮの状態では呼吸の有無を認識することができていないことが分かる。図１１および図１２の（ｉｉｉ）を比較すると、シートＢでは、電動ファンのノイズを抑制できていることが確認できる。図１１および図１２の（ｉｖ）を比較すると、シートＣでは、電動ファンのノイズを抑制できていることが確認できる。
なお、シートＡとＢとの比較から、シートＡで呼吸を十分に検出できなかったのは、０．１ｍｍ厚の第三膜部材（中層）が厚すぎることが原因であると考えられる。このことから、第三膜部材（中層）の厚さを、例えば、０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲で設定することが好ましいと考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 防塵マスク
２ 面体
３ 電動ファンユニット（吸気口）
４ 排気口
５ 圧力測定部
６ 制御部
５１ 膜部材
５２ 圧電センサ（呼吸センサ）
５３ 通気路
５４，５５ 固定部材
５６ ストレインゲージ（呼吸センサ）
６１ ケーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防塵・防毒などを目的として使用される全面形ないし半面形の電動ファン付き呼吸用保護具に関し、より詳細には、例えば、面体内の圧力変化に応じて電動ファンの動作を制御することができる電動ファン付き呼吸用保護具に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に有害な粉塵が存在する環境下では、ユーザーは防塵マスクを装着し、フィルタで粉塵を除去した空気を呼吸する。フィルタは、浄化作用の大きいものほど通気抵抗が増大するのが通常であるところ、フィルタの通気抵抗の分だけ息苦しさを感じるという問題がある。また、通気抵抗によりマスク面体内が環境圧力と比べ陰圧になると、マスクと顔の間の隙間から、粉塵が侵入するという問題がある。そこで、抵抗の大きいフィルタを備える防塵マスクには、呼吸の補助を行うブロワー（電動ファン）が設けられている。
【０００３】
しかしながら、着用者の呼吸に連動せず常に一定量の送気を行うブロワーマスク装置は、フィルタが消耗しやすい、マスク内の圧力が高まり排気時（呼気時）の抵抗が大きくなる、電力消費量が多く駆動時間が短いなどの問題があった。そこで、着用者の呼吸に連動して吸気時にブロワーの送風量を増やす一方、排気時にはブロワーの送風量を減らすようにした呼吸連動型のブロワーマスク装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このブロワーマスク装置は、排気弁または吸気弁の動きを光学式センサで検知し、センサからの信号によってブロワーを制御し、排気時にはブロワーを停止・減速して、フィルタの消耗、排気抵抗および消費電力を抑えるようにしている。
しかしながら、光学式センサを採用した構成においては、センサの受光素子が太陽光などの外光を受光すると、排気弁の動きを正確に検知できなくなり、ブロワーの制御が不正確となるという問題がある。光学式センサに対して外光を遮断するためには、例えば排気弁カバーを長くしてその先端の排気口に対してセンサを遠ざけ、更に排気口を狭くして外光がセンサに届かないようにする必要があるが、このようにすると、マスクが嵩張り、排気口の開口面積が狭くなって排気抵抗が増すので、着用感が悪くなるなどの問題が生じる。
【０００４】
特許文献２では、非光学式センサを排気弁に設けた呼吸連動型ブロワーマスクが提案されている。ここで、非光学式のセンサとしては、温度センサ、湿度センサ、炭酸ガスセンサ、酸素ガスセンサが例示されている。しかしながら、排気流路にセンサを設置すると、排気に含まれる微細な粉塵や湿気によりセンサが汚れ、検知精度が経時低下しやすいという問題がある。また、温度センサは、外気の温度が体温と同程度の環境下においては、機能しなくなるという問題がある。湿度センサについても、外気の湿度が人間の吐いた息と同程度の環境下においては、機能しなくなるという問題がある。ガスセンサは高価であり、回路構成が複雑で小型化が難しいという問題がある。
【０００５】
特許文献３では、面体に形成された開口を覆うダイアフラムと、ダイアフラムに取り付けられた磁石と、磁石に対峙して面体に取り付けられたホール素子とを有する呼吸モニター装置が提案されている。ホール素子は磁気センサなので、面体内の空気に含まれる微細な塵埃や水滴が付着しても、光センサに比べて検知精度は低下し難いようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７２６８８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２８９６００号公報
【特許文献３】特開２００９−１３６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の装置は、光学式センサを用いるので、外光による誤動作等の問題がある。また、特許文献１および２の装置は、排気に含まれる微細な粉塵や湿気によりセンサが汚れ、検知精度が経時低下しやすく、排気弁の経時劣化により検知精度が低下するという問題がある。
特許文献３の装置は、センサ部が、面体内の空気に曝されるため、光センサほどではないにしろ精度の経時低下の問題がある。また、ダイアフラムとホール素子を用いる構造上、呼吸検知手段の小型化・軽量化には制約がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することができる電動ファン付き呼吸用保護具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、着用者の鼻孔と口許とを覆う面体と、フィルタが設けられた吸気口と、吸気口を通して外息を面体内に送り込む電動ファンと、排気口と、圧力測定部と、電動ファンの回転数を制御する制御部とを備える電動ファン付き呼吸用保護具であって、前記圧力測定部が、面体内の圧力変化に応じて変形する膜部材と、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサとを含んで構成され、前記制御部が、圧力測定部からの出力信号に応じて、電動ファンを制御することを特徴とする電動ファン付き呼吸用保護具である。
第２の発明は、第１の発明において、呼吸センサが、ストレインゲージにより構成されることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記ストレインゲージが偶数枚からなり、熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明において、呼吸センサが、圧電センサにより構成されことを特徴とする。
第５の発明は、第４の発明において、前記圧電センサが、PVDFフィルムにより構成されることを特徴とする。
第６の発明は、第４または５の発明において、前記呼吸センサが、第１の素子（Ａ）と、第１の素子（Ａ）と実質的に同一形状かつ実質的に同一素子容量であり、第１の素子（Ａ）と表裏反対に配置された第２の素子（Ｂ）と、を備え、第１および第２の素子に与えられた熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする。
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、前記膜部材が、振動吸収材料で構成された固定材を介して前記面体に固定されていることを特徴とする。
第８の発明は、第１ないし７のいずれかの発明において、前記呼吸センサが、膜部材の外方に配置されることを特徴とする。
第９の発明は、第１ないし８のいずれかの発明において、前記呼吸センサが、一端が膜部材に固定され、他端が固定部材に固定された長尺形状に構成されることを特徴とする。
第９１０の発明は、第１ないし９のいずれかの発明において、前記制御部が、排気時の電動ファンの回転数を吸気時と比べ低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、呼吸センサという新規な呼吸検知手段を備えた呼吸追従型電動ファン付き呼吸用保護具を提供することが可能となる。この新規な呼吸検知手段は、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサであるので、圧力測定部の小型化・軽量化が可能である。
さらには、呼吸センサが膜部材の外方に配置される構成においては、呼吸センサが面体内の空気に曝されないため、検知精度の経時低下が生じ難いという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の防塵マスクの態様を示す斜視図である。
【図２】防塵マスクにおける面体内の圧力変化を示す図であり、（ａ）は電動ファンが無い場合、（ｂ）連続稼動する電動ファンを設けた場合、（ｃ）は吸気時のみ稼動する電動ファンを設けた場合の図である。
【図３】呼吸による圧力測定部の状態を示す図であり、（ａ）は排気時の状態、（ｂ）は吸気時の状態である。
【図４】（ア）は圧電フィルムＡの表面と圧電フィルムＢの裏面に、同時に温度変化を与え際に生じる電荷の状態を示す図であり、（イ）は（ア）と同じ配置の圧電フィルムＡ、Ｂに同じ方向から同時に応力を与えた際に生じる電荷の状態を示す図である。
【図５】同一方向から印加された熱により生じる出力をキャンセルする回路構成を示す図である。
【図６】図５の回路において、（ア）同一方向から温度が印加された際の荷電状態を示した図、（イ）同一方向から応力が印加された際の荷電状態を示した図である。
【図７】呼吸による面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ａ）は電動ファンをＯＦＦとした場合、（ｂ）は電動ファンをＯＮとした場合である。
【図８】電動ファンの制御がある場合とない場合における呼吸によるマスク内圧力の変化を示す図である。
【図９】実施例２に係る積層構造シートＡ、ＢおよびＣの構成図である。
【図１０】実施例２に係る積層構造シートＡ、ＢおよびＣの断面図である。
【図１１】電動ファンをＯＮとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
【図１２】電動ファンをＯＦＦとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
【図１３】呼吸センサにストレインゲージを用いた場合の圧力測定部の状態を示す図であり、（ａ）は排気時の状態、（ｂ）は吸気時の状態である。
【図１４】ストレインゲージの構成図である。
【図１５】１枚のストレインゲージによる回路図である。
【図１６】２枚のストレインゲージによる回路図である。
【図１７】４枚のストレインゲージによる回路図である。
【図１８】温度キャンセル機能を有する２枚のストレインゲージによる回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態を、電動ファン付き防塵マスクの例で説明する。
【００１３】
《構成》
図１に示すように、本発明の防塵マスク１は、面体２と、面体２の前部中央に設けられた電動ファンユニット３と、面体２の側方に対向して設けられた一対の排気口４と、圧力測定部５と、制御部６（図示せず）とを主要な構成要素とする。
【００１４】
面体２は、マスク着用者の顔面の鼻孔と口許とを覆うことが可能な大きさに形成されている。電動ファンユニット３は、羽根部材およびモータと、着脱自在に設けられた防塵用のフィルタ（濾過材）と、排気時に閉じ、吸気時に開く吸気用逆止弁とを備える。排気口４は、排気時に開き、吸気時に閉じる排気用逆止弁を備える。排気口４の数および位置は、図示のものに限定されず、例えば、電動ファンユニット３の上方または下方に１つ設けてもよい。
【００１５】
本実施形態に係る圧力測定部５は、膜部材５１と、呼吸センサを構成する圧電センサ５２と、面体２の内部空間と連通する通気路５３と、固定部材５４，５５とを備える（図３参照）。膜部材５１は呼吸に伴う面体内の圧力変化で変形する可撓性材料からなるシート、例えば、シリコンゴムシートであり、排気時に外方へ膨張し、吸気時に内方へ収縮するように張設されている。膜部材５１を支持する固定部材５４，５５は、振動吸収材料で構成されており、例えば、ゴム等の弾性体、発泡スチロール等のセル（液体セルであってもよい）を含む軟質材を用いることができる。
圧電センサ５２は、例えば、可撓性のあるシート状部材であり、膜部材５１の動きに追従するように、一方の端部が膜部材５１に固設され、他方の端部が固定部材５５に固定されている。圧電センサ５２は、着用者の呼吸による熱、湿気、粉塵等の影響を受けないよう、膜部材５１の外方に配置することが好ましい。圧電センサ５２に面体外の粉塵等が付着することを防ぐべく、圧電センサ５２を通気が確保された保護部材（カバー）で覆うことが好ましい。
圧力測定部５の位置は、図示のものに限定されず、任意の場所に設置することができるが、着用者の呼吸による風が直接当たらない場所に設置するのが好ましい。また、圧力測定部５は、複数個設けてもよい。
【００１６】
圧電センサ５２には、ピエゾ効果を示すものを用いることができ、PVDF（Polyvinylidene fluoride：ポリフッ化ビリニデン）やチタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などからなる圧電セラミックまたは圧電セラミック薄膜が例示される。また、Pb(Zr・Ti)O3、PbTiO3、(Pb,La)(ZR，Ti)O3等の無機圧電材料の微粉末を熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の高分子材料中に分散させたものを用いてもよい。好ましくは、軽量で柔軟性に富み、加工性がよいPVDFフィルムを用いる。PVDFは応答帯域がきわめて広く、固有の共振周波数を持ちにくいという特徴も有する。PVDFフィルムを、アルミ箔状の電極によりフィルムを挟んだサンドイッチ構造とし、この電極にリード線を導電性の接着剤等で接着して用いることができる。
【００１７】
制御部６は、着用者の呼吸により加えられた応力による歪みに応じて圧電センサ５２が発生させた電圧信号に基づき着用者の呼吸状態を把握し、電動ファンを駆動するモータの回転数制御を行う。一定時間呼吸が無い場合には、電動ファンを停止させるようにしてもよい。制御部６（図示せず）は、防塵マスク１自体に設けてもよいが重量の観点からは、防塵マスク１とは別個に設けることが好ましい。例えば、ケーブル６１に接続されるコンピュータが収納された箱状体とし、着用者の腰部に取り付けられるように構成する。
【００１８】
《作動》
図２（ａ）は、電動ファンが無い防塵マスクにおける面体内の圧力変化を示す図である。防塵マスクは、フィルタの通気抵抗によりマスク面体内が環境圧力と比べ陰圧になる傾向があるが、マスクと顔面に隙間があると面体内に粉塵が侵入する危険がある。そこで、面体内圧力が常に環境圧力と比べ陽圧になるように、電動ファンを設けることが好ましい。図２（ｂ）は、連続稼動する電動ファンを設けた場合の面体内の圧力変化を示す図である。このように、電動ファン（制御なし）を設けることにより、呼気時と吸気時の圧力差を変えることなく、常に面体内圧力が環境圧力と比べ陽圧とすることが可能である。
【００１９】
しかしながら、上述したように、常に一定量の送気を行うと、マスク内の圧力が高まり排気時（呼気時）の抵抗が大きくなる、電力消費量が多く駆動時間が短いなどの問題がある。そこで、電動ファンの回転数を制御することにより、面体内の圧力を環境圧力より高い範囲内で低下させることにより、排気抵抗を減少させる。具体的には、吸気時にはモータが通常動作するように電力を供給し、排気時にはモータが停止或いは回転数が減少するように電力を供給することにより、排気抵抗を減少させる（図２（ｃ）参照）。
【００２０】
図３（ａ）は、排気時（息を吐いた時）の圧力測定部５の状態を示す図である。固定部材５４により固定された膜部材５１は、通気路５３の圧力が高まったのをうけ、外方（着用者と反対側）へ膨張変形した状態にある。圧電センサ５２は、一方の端部が固定部材５５に固定され、他方の端部が膜部材５１に固定されており、この状態では僅かに外方へ反っている。
図３（ｂ）は、吸気時（息を吸った時）の圧力測定部５の状態を示す図である。膜部材５１は、通気路５３の圧力が低下したのをうけ、内方（着用者側）へ引っ張られ陥没変形した状態にある。この状態では、圧電センサ５２は、内方へ大きく湾曲している。なお、吸気により圧電センサ５２に歪みが生じればよいので、膜部材５１は必ずしも陥没変形する必要はなく、水平ないし緩やかなアーチ形状であってもよい。
このように、着用者の呼吸により、圧電センサ５２が外方および内方に歪むことにより、歪みに応じた電荷が誘起される。図３とは逆に、圧電センサ５２が、排気時に外方へ大きく反り、吸気時に水平ないし内方へ僅かに湾曲するように構成してもよい。また、フィルタの目詰まり等により、面体内圧が負圧になったことを圧電センサ５２の出力の変化により検知した際には、通常時と比べ電動ファンの回転数を上げるような制御をしてもよい。
【００２１】
《温度キャンセル機能》
圧電センサ５２は、温度変化により余分な電気出力が生じ、これがノイズ出力になるという問題がある。そこで、一対の圧電センサ５２を並べて配置することにより、温度キャンセル機能を持たせるようにしてもよい。温度キャンセル機能は、圧電フィルムに熱を与えた際に、表面側が正に荷電し、各裏面側が負に荷電する現象を利用したものである。
【００２２】
図４（ア）は、圧電フィルムＡの表面と圧電フィルムＢの裏面に、同時に温度変化を与え際に生じる電荷の状態を示す図である。図４（ア）から、並置された圧電フィルムＡ、Ｂに同じ方向から熱を付与した際には、各表面側が正に荷電し、各裏面側が負に荷電することが確認できる。
図４（イ）は、図４（ア）と同じ配置の圧電フィルムＡ、Ｂに同じ方向から同時に応力を与えた際に生じる電荷の状態を示す図である。図４（イ）から、圧電フィルムＡ、Ｂに応力が与えられた際には、圧電フィルムの表面側からか裏面側からかにかかわらず、応力が与えられた側の面が正に荷電し、その反対面が負に荷電することが確認できる。
【００２３】
図５は、同一方向から印加された熱により生じる出力をキャンセルする回路構成を示す図である。図５の回路において、温度変化が生じた際の荷電状態を示したのが図６（ア）であり、応力が印加された際の荷電状態を示したのが図６（イ）である。図６（ア）に示すように、温度変化により生じた電荷については、圧電素子Ａ、Ｂ間を移動するため出力が生じない。他方、図６（イ）に示すように、応力により生じた電荷については、導電線に接続された図示しない測定装置により出力が検出される。このように、圧力測定部５に、上面を表裏反対とする一対の圧電センサ５２を並置することにより、温度変化をキャンセルし、呼吸により与えられた歪みのみを検出することが可能となる。
【００２４】
《ストレインゲージ》
呼吸センサを圧電センサ５２に替えてストレインゲージ５６により構成してもよい。この場合の構成は、図１３のとおりとなる。
ストレインゲージは、ひずみを測定するための力学的センサであり、例えば、応力計測や、荷計にも用いられる。例えば、図１４に示す如く、ベース材である樹脂フィルム上に貼着した金属箔に、並列に並ぶ直線部分であるグリッド部とグリッド部の折り返し部分であるエンドタブ部とを有するパターンをエッチング技術により形成して構成される。
ひずみゲージは、それ単独で用いるとひずみによる抵抗の変化は極めて小さいので、図１５に示すホイートストンブリッジ回路に組み、抵抗の変化を電圧の変化に変換して測定する（E：ブリッジ電圧、E0：出力電圧）。この回路では、抵抗変化分に比例した出力電圧が得られるとともに、ひずみにも比例した出力電圧が得られる。この微小電圧を増幅器で拡大して、アナログ出力として得たり、ディジタル値として表示してひずみを測定することができる。
【００２５】
また、ストレインゲージは非常にしなやかであるため、複数枚のストレインゲージにより呼吸センサを構成することもできる。例えば、２枚のストレインゲージ（図１６参照）や４枚のストレインゲージ（図１７参照）により呼吸センサを構成してもよい。複数枚のストレインゲージにより呼吸センサを構成すれば、出力を大きくとることができ、また、温度変化をキャンセルすることも可能である。ここで、ストレインゲージは、圧電フィルムと異なり裏表がない。温度の影響は測定するためのグリッド部から発生し、それをキャンセルするためにブリッジを構成する対角線でない辺（隣接する２辺）にそれぞれストレインゲージを配置するとブリッジ回路の特性から温度変化がキャンセルされる（図１８参照）。なお、図１７の構成は、ブリッジを構成する２組の隣接２辺にストレインゲージが配置されているので、温度キャンセル機能を有している。
以上に説明したストレインゲージは、圧電フィルムのように微分値ではなく絶対値が出力されるので、制御には有利である。このように、本発明の防塵マスクは、呼吸センサをストレインゲージにより構成しても実現することが可能である。
【００２６】
以下では、本発明の詳細を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されることはない。
【実施例１】
【００２７】
実施例１の防塵マスクは、市販の防塵マスクの頬部に圧力測定部５を取り付け、電動ファン用モータと連動させる改良を施したものである（図１参照）。
圧力測定部５は、図３に示す如く構成され、膜部材５１はシリコンゴムシート、圧電センサ５２は、PVDFフィルムである。PVDFフィルムは、長手方向の歪に応じた信号を出力する方形状の圧電フィルムであり、東京センサー社の圧電フィルムを使用した。実施例１で使用した圧電フィルムの主な仕様は次のとおりである。
【００２８】
型番：ＬＤＴＣ−１００Ｖ
全体の厚さ：２０３μｍ
フィルムの厚さ：２８μｍ
シート部寸法：６ｍｍ×１２．８ｍｍ
電極部寸法：４．２ｍｍ×８ｍｍ
静電容量：０．２４４ｎＦ
【００２９】
図７（ａ）は、電動ファンをＯＦＦとした場合における呼吸による面体内の圧力変化の測定結果を示す図である。同図中、点線で囲んだ部分が吸気による電圧変化であり、実線で囲んだ部分が呼気による電圧変化である。
図７（ｂ）は、電動ファンをＯＮとした場合における呼吸による面体内の圧力変化の測定結果を示す図である。同図中、点線で囲んだ部分が吸気による電圧変化であり、実線で囲んだ部分が呼気による電圧変化である。同図では、電動ファンによるノイズ出力もみられるが、呼気状態、吸気状態を判別することは充分可能である。
このように、電動ファンのＯＮ／ＯＦＦにかかわらず、圧電センサ５２からの出力により呼気状態、吸気状態を判別できるので、呼気状態または吸気状態の変化に応じて、電動ファン用モータを制御することが可能である。
【００３０】
電動ファン用モータの制御は、吸気時にはモータが通常動作するように電力を供給し、排気時にはモータが停止或いは回転数が減少するように電力を供給することにより行う。モータの回転を完全に停止させると、再起動時の立ち上がり時間が必要となるため、モータの回転数を低下させることにより、面体内圧力を制御することが好ましい。本実施例では、直流モータの供給電圧を下げることにより電動ファンの回転数を制御した。
【００３１】
図８は、呼吸によるマスク内圧力の変化を示す図である。同図中、上の波形が電動ファンを制御せず連続稼動した際のもので、下の波形が電動ファンの回転数を制御した際のものである。同図から、電動ファンを制御することにより、制御しない場合と比べマスク内圧を低下させ、かつ、環境圧力よりも充分に高い範囲内（概ね１０〜４０Ｐａ）でマスク内圧を制御することが可能であることを確認することができた。
【実施例２】
【００３２】
実施例２の防塵マスクは、実施例１の防塵マスクにおいて、膜部材５１を改良したものである。実施例１の防塵マスクにおいては、電動ファンによるノイズ抑制のためのプログラム制御が複雑になるという課題があった。そこで、実施例２では、膜部材５１を積層構造とし、周囲の肉厚部でノイズを低減しつつ、中心の薄肉部で測定することで上記ノイズの問題を解決している。
【００３３】
実施例２では、３層のシリコンゴムシートからなる積層構造シートを準備し、ノイズ低減効果を確認した。
シートＡは、０．１ｍｍ厚の第一膜部材（上層）と、０．１ｍｍ厚の第二膜部材（下層）と、０．１ｍｍ厚の第三膜部材（中層）とから構成される。第一膜部材（上層）および第二膜部材（下層）は、中心部分に直径１０ｍｍの穴が設けられている。シートＡの中心を切断した場合の断面図を図１０上図に示す。
シートＢは、０．１ｍｍ厚の第一膜部材（上層）と、０．１ｍｍ厚の第二膜部材（下層）と、０．０５ｍｍ厚の第三膜部材（中層）とから構成される。第一膜部材（上層）および第二膜部材（下層）は、中心部分に直径１０ｍｍの穴が設けられている。シートＢの中心を切断した場合の断面図を図１０中図に示す。
シートＣは、０．０５ｍｍ厚の第一膜部材（上層）と、０．０５ｍｍ厚の第二膜部材（下層）と、０．０５ｍｍ厚の第三膜部材（中層）とから構成される。第一膜部材（上層）および第二膜部材（下層）は、中心部分に直径１０ｍｍの穴が設けられている。シートＣの中心を切断した場合の断面図を図１０下図に示す。
【００３４】
上記のシートＡ〜Ｃと、０．１ｍｍ厚のシリコンゴムシート１枚を膜部材５１に用いた比較例１とを用いて、積層構造シートによるノイズ低減効果を確認した。
図１１は、電動ファンをＯＮとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
図１２は、電動ファンをＯＦＦとした状態で人の呼吸により生じる面体内の圧力変化の測定結果を示す図であり、（ｉ）は比較例１の場合、（ｉｉ）は実施例２に係るシートＡの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＢの場合、（ｉｉｉ）は実施例２に係るシートＣの場合である。
【００３５】
図１１および図１２の（ｉ）を比較すると、比較例１では電動ファンによるノイズが生じていることが分かる。図１１および図１２の（ｉｉ）を比較すると、シートＡでは、電動ファンＯＦＦの状態ではかろうじて呼吸の有無を認識することができるものの、電動ファンＯＮの状態では呼吸の有無を認識することができていないことが分かる。図１１および図１２の（ｉｉｉ）を比較すると、シートＢでは、電動ファンのノイズを抑制できていることが確認できる。図１１および図１２の（ｉｖ）を比較すると、シートＣでは、電動ファンのノイズを抑制できていることが確認できる。
なお、シートＡとＢとの比較から、シートＡで呼吸を十分に検出できなかったのは、０．１ｍｍ厚の第三膜部材（中層）が厚すぎることが原因であると考えられる。このことから、第三膜部材（中層）の厚さを、例えば、０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲で設定することが好ましいと考えられる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 防塵マスク
２ 面体
３ 電動ファンユニット（吸気口）
４ 排気口
５ 圧力測定部
６ 制御部
５１ 膜部材
５２ 圧電センサ（呼吸センサ）
５３ 通気路
５４，５５ 固定部材
５６ ストレインゲージ（呼吸センサ）
６１ ケーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着用者の鼻孔と口許とを覆う面体と、フィルタが設けられた吸気口と、吸気口を通して外息を面体内に送り込む電動ファンと、排気口と、圧力測定部と、電動ファンの回転数を制御する制御部とを備える電動ファン付き呼吸用保護具であって、
前記圧力測定部が、面体内の圧力変化に応じて変形する膜部材と、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサとを含んで構成され、
前記制御部が、圧力測定部からの出力信号に応じて、電動ファンを制御することを特徴とする電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項２】
呼吸センサが、ストレインゲージにより構成されることを特徴とする請求項１の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項３】
前記ストレインゲージが偶数枚からなり、熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする請求項２の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項４】
呼吸センサが、圧電センサにより構成されことを特徴とする請求項１の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項５】
前記圧電センサが、PVDFフィルムにより構成されることを特徴とする請求項４の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項６】
前記呼吸センサが、第１の素子（Ａ）と、第１の素子（Ａ）と実質的に同一形状かつ実質的に同一素子容量であり、第１の素子（Ａ）と表裏反対に配置された第２の素子（Ｂ）と、を備え、第１および第２の素子に与えられた熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする請求項４または５の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項７】
前記膜部材が、振動吸収材料で構成された固定材を介して前記面体に固定されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項８】
前記呼吸センサが、膜部材の外方に配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項９】
前記呼吸センサが、一端が膜部材に固定され、他端が固定部材に固定された長尺形状に構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項１０】
前記制御部が、排気時の電動ファンの回転数を吸気時と比べ低下させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項１】
着用者の鼻孔と口許とを覆う面体と、フィルタが設けられた吸気口と、吸気口を通して外息を面体内に送り込む電動ファンと、排気口と、圧力測定部と、電動ファンの回転数を制御する制御部とを備える電動ファン付き呼吸用保護具であって、
前記圧力測定部が、面体内の圧力変化に応じて変形する膜部材と、膜部材の動きに追従して変形する呼吸センサとを含んで構成され、
前記制御部が、圧力測定部からの出力信号に応じて、電動ファンを制御することを特徴とする電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項２】
呼吸センサが、ストレインゲージにより構成されることを特徴とする請求項１の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項３】
前記ストレインゲージが偶数枚からなり、熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする請求項２の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項４】
呼吸センサが、圧電センサにより構成されことを特徴とする請求項１の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項５】
前記圧電センサが、PVDFフィルムにより構成されることを特徴とする請求項４の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項６】
前記呼吸センサが、第１の素子（Ａ）と、第１の素子（Ａ）と実質的に同一形状かつ実質的に同一素子容量であり、第１の素子（Ａ）と表裏反対に配置された第２の素子（Ｂ）と、を備え、第１および第２の素子に与えられた熱により生じる電圧をキャンセルする機能を有することを特徴とする請求項４または５の電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項７】
前記膜部材が、振動吸収材料で構成された固定材を介して前記面体に固定されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項８】
前記呼吸センサが、膜部材の外方に配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項９】
前記呼吸センサが、一端が膜部材に固定され、他端が固定部材に固定された長尺形状に構成されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【請求項１０】
前記制御部が、排気時の電動ファンの回転数を吸気時と比べ低下させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの電動ファン付き呼吸用保護具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
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【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７５１５７（Ｐ２０１３−７５１５７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０２１６４（Ｐ２０１２−２０２１６４）
【出願日】平成２４年９月１４日（２０１２．９．１４）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１４日（２０１２．９．１４）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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