JP3726886B2 - 呼吸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防塵・防毒などを目的として利用される全面形マスク、半面形マスク等に好適な呼吸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、危険粉塵又は有毒ガス雰囲気で作業を行う際に、作業者は防塵マスク或いは防毒マスクを装着し、危険有害物質を各マスクが保有するフィルタ、活性炭等の濾過材で除去し、濾過材を通過して浄化された空気で呼吸を行っている。
ところが、フィルタ、吸収缶等の濾過材は、浄化作用の大きいものほど通気抵抗が増大するのが一般的である。
特に、原子力発電所内の放射性粉塵、焼却炉解体現場のダイオキシンを含んだ有害粉塵その他特定作業時に発生する有害ガスは、人体に侵入すると健康に悪影響を及ぼすため、濾過材には浄化作用が高く、非常に通気抵抗の大きいものが使用される。このため、作業者自身の肺力だけでは十分な呼吸が困難となる。
【０００３】
そこで、従来は、通気通路上において濾過材の前側或いは後側に電力で作動するブロワーを取り付け、その吸引力を呼吸の補助としていた。
しかし、このような従来技術では次のような問題が発生する。
（１）基本的に有害物が気管から人体に侵入するのは、呼吸の吸気時のみである。従って、吸気のみに濾過剤が作用すれば良く、ブロワーを有していないマスクでは、排気時には排気弁により呼気を逃がすようになっているため、濾過材が消耗しにくかった。
ところが、従来のブロワーシステムでは、排気時にもブロワーが作動するため、肺力のみによって呼吸を行う通常マスクよりも濾過材の消耗が早い。
【０００４】
（２）人間の呼吸は、成人で一呼吸０．４５〜０．６８リットルの空気を必要とし、呼吸数は毎分１２〜１６回が一般的である。特にマスク使用時は作業中であることが多く、その仕事量に比例して呼吸量が増加し、吸気の際の最大通気量はピーク時で毎分８５リットル以上となることもある。
従って、ブロワーの送気量を吸気時の最大ピーク以上に設定すると、ブロワーの消費電力が無用に増大し、また、通気抵抗の高い濾過材ほどブロワーのトルクが必要となるため、それに比例して消費電力も増加する。
【０００５】
（３）従来のブロワーを有するマスクでは、排気時にもマスク内に送気されるため、面体内が陽圧となる。特に、呼吸の最大ピーク以上にブロワーの送気量を設定すると、マスク面体内の圧力は非常に高くなる。
ブロワーを有しない通常マスクにおいて、排気の抵抗は殆どが排気弁の抵抗であるのに対し、上記のように設定された従来のブロワーを有するマスクでは、その排気抵抗が増加するケースが多い。
【０００６】
そこで、このような問題を解消するために、モータ駆動ファンと、ファンに連接したフィルタと、フィルタで濾過した空気を受け入れるマスク面体と、一側をファンの下流側の圧力に、他側をファンの上流側の圧力に面するよう接続された圧力応答部材を有する差圧センサと、センサに応答してファンのモータの動作を制御する手段を含み、制御手段がセンサによって感知された差圧の増大に対応してファンの効率を減じ、圧力差の減少に対応してファンの効率を増加するようにした呼吸装置が特許第２８５８１３１号公報に開示されている。
【０００７】
しかし、このものは、本来の吸気通路から分岐して差圧センサの両側に達する流路を形成しなければならないので、マスクの構造が非常に複雑になる。また、濾過材とフィルタとの間に流路が開口することになるため、マスクが大型化し、濾過材の構造によっては差圧センサを取り付けにくかった。
さらに、圧力応答部材として、非常にもろくて変形しやすいダイヤフラムを使用しているので、故障が発生しやすく、差圧センサの反応圧力として設定された設定値がずれやすい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、濾過材の消耗及び消費電力の増加を抑えると共に、排気抵抗を減少させることができ、構造が簡単で故障しにくい呼吸装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の呼吸装置は、面体の前部に、排気時に開くと共に吸気時に閉じる排気弁と、排気時に閉じると共に吸気時に開く吸気弁とを設け、モータで駆動され、その通常作動時に吸気弁を通して外気を面体内に送り込むブロワーを設置して構成される。前記排気弁又は吸気弁の近傍に、排気弁又は吸気弁の位置を感知して、排気時又は吸気時に信号を発するフォトインタラプタより成るセンサを設置し、センサからの信号により、吸気時にはモータへ通常作動するよう電力供給されると共に、排気時にはモータへの電力供給が停止或いは減少される。
【００１０】
モータが、吸気時のみに通常作動して、排気時には停止或いは低速運転することにより、排気時にブロワーの送風が停止又は減少して、濾過材の消耗及びモータによる電力消費が抑制され、面体内の圧力が上昇して排気抵抗が大きくなる心配もない。
呼吸装置にもともと備わっている排気弁又は吸気弁を利用してモータの制御信号を発信するので、構造が簡単で済み、ダイヤフラムのような脆くて変形しやすい部品が不要なため故障が起こりにくい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は、本発明の第１の実施形態を示す。
図１に示すように、本発明の呼吸装置１は、面体２の前部に、外面が排気弁カバー３で被覆された排気口４及び濾過材カバー５で被覆された吸気口６が形成されて成る。
また、排気口４には、排気時に開くと共に吸気時に閉じる排気弁７が設けられ、吸気口６には、排気時に閉じると共に吸気時に開く吸気弁８が設けられる。
濾過材カバー５の内部において吸気弁８の外方には、濾過材１５が配設され、濾過材１５に臨んでブロワー１６が設置される。このブロワー１６は、駆動用のモータ９とその出力軸に連結された羽根車２１とを備え、モータ９が通常作動している時に、濾過材１５及び吸気弁８を通して面体２の内部へ外気を送り込むようになっている。
【００１３】
図２及び図３に示すように、面体２の排気口４の周囲には排気弁座１０が装着され、この排気弁座１０に排気弁７が取り付けられる。そして、排気弁７の近傍外側に、排気弁７の動きを感知するフォトインタラプタ１１より成るセンサが設置される。
フォトインタラプタ１１は、発光ダイオード１２とトランジスタレシーバ１３とを備え、発光ダイオード１２から出力された赤外線をトランジスタレシーバ１３が検知すると、信号を発信するようになっている。
また、フォトインタラプタ１１は、発光ダイオード１２の発光面及びトランジスタレシーバ１３の受光面をそれぞれ排気弁７に向けて配置されている。
【００１４】
吸気時には、図２に示すように、排気弁７が排気弁座１０に密着してフォトインタラプタ１１から一定距離ｄ以上離れている。このため、発光ダイオード１２から出力されて排気弁７に反射された赤外線は、トランジスタレシーバ１３の受光面をそれてしまい、信号は発信されない。
ところが、排気時には、図３に示すように、排気弁７が排気弁座１０から離れて、フォトインタラプタ１１に対し一定距離ｄまで接近する。すると、発光ダイオード１２から出力されて排気弁７に反射された赤外線が、トランジスタレシーバ１３に照射され、トランジスタレシーバ１３が信号を発する。
【００１５】
図４に示すように、ブロワー１６を駆動するモーター９への電力供給を制御する第１のトランジスタ１７が、第１のトランジスタ１７の動作を制御する第２のトランジスタ１８に接続され、第２のトランジスタ１８が導線１９を介してトランジスタレシーバ１３に接続されている。
そして、排気弁７が閉じて、トランジスタレシーバ１３が受光していない場合は、トランジスタレシーバ１３からの信号が発信されず、第２のトランジスタ１８が作動しないため、第１のトランジスタ１７は制御されない。この結果、第１のトランジスタ１７がモーター９へ通常作動するよう電力供給するため、ブロワー１６が面体２内への送風を継続する。
一方、排気弁７が開き、排気弁７が反射した赤外線をトランジスタレシーバ１３が受光すると、導線１９を介して第２のトランジスタ１８へ信号が発信され、第２のトランジスタ１８が作動して第１のトランジスタ１７を制御する。そのため、第１のトランジスタ１７がモーター９への電力供給を制限し、この結果、ブロワー１６の送風も停止又は減少する。
【００１６】
図５は、本発明の第２の実施形態を示す。
面体２の内側において吸気口６が吸気弁カバー２０で被覆され、吸気弁カバー２０の内部に、吸気時には内側へ移動して吸気口６から離れると共に、排気時には外側へ移動して吸気口６に密着する吸気弁８が設けられる。
吸気弁８の内側近傍において、吸気弁カバー２０にフォトインタラプタ１１が取り付けられる。このフォトインタラプタ１１の発光ダイオード１２及びトランジスタレシーバ１３は、それぞれ発光面及び受光面を吸気弁８に向けて設置されている。
【００１７】
トランジスタレシーバ１３は、吸気弁８が開いて一定距離ｄまで接近した時に、発光ダイオード１２から出力されて吸気弁８に反射された赤外線を受光し、信号を発信するようになっている。
この場合、フォトインタラプタ１１から信号が発せられると、モータ９が通常作動して、ブロワー１６により送風が行われるようにすれば、第１の実施形態と同じ効果を発揮する。
その他の構造は、第１の実施形態とほぼ同様なので、同一部分に同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００１８】
なお、フォトインタラプタを排気弁７の内側近傍又は吸気弁８の外側近傍に設置し、排気弁７又は吸気弁８がフォトインタラプタから遠ざかった時に、排気弁７又は吸気弁８によって反射された光をトランジスタレシーバが受光し、回路上で第１及び第２の実施形態と同じ制御になるようにしても良い。
また、発光ダイオードの発光面とトランジスタレシーバの受光面とを隙間を隔てて対向するよう設置し、排気弁７又は吸気弁８が所定位置にある時、その一部が発光ダイオードとトランジスタレシーバとの間に進入して発光ダイオードが出力した光を遮り、これによってフォトインタラプタが排気弁７又は吸気弁８の位置を感知するようにすることもできる。
さらに、フォトインタラプタを、排気弁７又は吸気弁８の前後側ではなく、排気弁７又は吸気弁８の周囲において、その端面の動きを感知できる位置に設置することも可能である。
【００２１】
（実施例）
本発明の呼吸装置１を用い、粉塵濃度３０ｍｇ/ｍ³において、毎分１５回、０．７５リットル／回の呼吸を行った時の、濾過材１５の通気抵抗上昇値を調べた。また、比較例として、排気時にもブロワーによって送風を行う従来の呼吸装置について、同じ条件で濾過材の通気抵抗上昇値を調べ、これらの試験結果を図６に示す。
図６から明らかなように、濾過材の交換基準である通気抵抗１９０Ｐａまで、従来の呼吸装置では９０分しかかからなかったのに対し、本発明の呼吸装置１では１８０分と２倍に延びた。
【００２２】
本発明の呼吸装置１において、モータ９の電源となる電池の放電特性と、従来の呼吸装置においてモータの電源となる同容量の電池の放電特性を調べ、その結果を図７に示す。
この試験結果から、従来の呼吸装置では７５分で電池の交換時期となるのに対し、本発明の呼吸装置１では、２６０分以上と約３．５倍にもなった。
【００２３】
また、本発明の呼吸装置１及び常時ブロワーが作動する従来の呼吸装置について、呼吸に伴う面体２内部の圧力変化を調べ、その試験結果を図８に示す。
図８から明らかなように、面体２内の排気時における圧力のピークは、従来の呼吸装置で１２０Ｐａであるのに対し、本発明の呼吸装置１では７０Ｐａ以下であった。この結果、本発明の呼吸装置１を用いると、従来の呼吸装置に比べて排気時の排気抵抗が約４割減となることがわかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ブロワーによる送風が不要な呼気時には、モータへの電力が停止或いは減少するので、濾過材の消耗及び電力消費の増加を抑えることができ、しかも、面体内部の圧力上昇による排気時の排気抵抗を小さくすることが可能である。
また、呼吸に連動したブロワー送風の切換を、呼吸装置に元々備わっている排気弁或いは吸気弁を利用して行うので、多くの部品を必要とせず、複雑な空気通路も不要であり、このため、構造が簡単で済む。
さらに、非常に脆くて破損や変形を起こしやすいダイヤフラムを用いないため、故障しにくく、ブロワー送風の切換基準となる設定値がずれる心配もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態に係る呼吸装置の断面図
【図２】 第１の実施形態に係る呼吸装置の吸気時の要部断面図
【図３】 第１の実施形態に係る呼吸装置の排気時の要部断面図
【図４】 第１の実施形態に係る回路図
【図５】 第２の実施形態に係る呼吸装置の要部断面図
【図６】 濾過材の通気抵抗上昇値を示す図
【図７】 モータの電源となる電池の放電特性を示す図
【図８】 面体内の圧力上昇を示す図
【符号の説明】
１ 呼吸装置
２ 面体
３ 排気弁カバー
４ 排気口
５ 濾過材カバー
６ 吸気口
７ 排気弁
８ 吸気弁
９ モータ
１０ 吸気弁座
１１ フォトインタラプタ
１２ 発光ダイオード
１３ トランジスタレシーバ
１５ 濾過材
１６ ブロワー
１７ 第１のトランジスタ
１８ 第２のトランジスタ
１９ 導線
２０ 吸気弁カバー
２１ 羽根車

Claims (1)

1. 面体の前部に、排気時に開くと共に吸気時に閉じる排気弁と、排気時に閉じると共に吸気時に開く吸気弁とを設け、モータで駆動され、その通常作動時に前記吸気弁を通して外気を前記面体内に送り込むブロワーを設置した呼吸装置において、前記排気弁又は吸気弁の近傍に、前記排気弁又は吸気弁の位置を感知して、排気時又は吸気時に信号を発するフォトインタラプタより成るセンサを設置し、該センサからの信号により、吸気時には前記モータへ通常作動するよう電力供給されると共に、排気時にはモータへの電力供給が停止或いは減少されることを特徴とする呼吸装置。

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