具有设置在面罩主体上的凸缘的平折式呼吸器 本发明涉及平折式呼吸器， 该平折式呼吸器具有布置在面罩主体的每一侧的第一 凸缘和第二凸缘。
背景技术 呼吸器通常佩戴在人们的呼吸通道的上方， 以用于两个通用目的中的至少一个 ： (1) 抑制杂质或污染物进入佩戴者的呼吸道 ； (2) 抑制其他人或物暴露于由佩戴者呼出的 病原体和其他污染物。在第一种情况下， 在空气中含有对佩戴者有害的粒子的环境中佩戴 呼吸器， 例如汽车车身修理店中。 在第二种情况下， 在对其他人或物而言存在污染风险的环 境中佩戴呼吸器， 例如手术室或洁净室中。
已设计出多种呼吸器来满足这些用途中的任一者 ( 或两者 ) 的需要。某些呼吸器 被归类为 “过滤式面罩” ， 因为面罩主体本身用作过滤机制。与结合可附接的滤筒 ( 参见如 授予 Yuschak 等人的美国专利 RE39,493) 或嵌件成型滤芯 ( 参见如授予 Braun 的美国专利 4,790,306) 使用橡胶或弹性体面罩主体的呼吸器不同， 过滤式面罩呼吸器设计为使过滤介 质覆盖整个面罩主体的大部分， 因而没必要安装或更换滤筒。这些过滤式面罩呼吸器常常 具有下列两种构型之一 ： 模制的呼吸器和平折式呼吸器。
模制的过滤式面罩呼吸器通常包含热粘结纤维非织造幅材或透孔塑料网， 以向面 罩主体提供其杯形构型。模制的呼吸器在使用和储存两者的期间往往会保持相同的形状。 因此， 这些呼吸器无法折叠成扁平状以用于储存和运输。公开模制的过滤式面罩呼吸器的 专利实例包括以下美国专利 ： 7,131,442( 授予 Kronzer 等人 )、 6,923,182 和 6,041,782( 授 予 Angadjivand 等 人 )、 4,873,972( 授 予 Magidson 等 人 )、 4,850,347( 授 予 Skov)、 4,807,619( 授予 Dyrud 等人 )、 4,536,440( 授予 Berg) 以及 Des.285,374( 授予 Huber 等 人 )。
顾名思义， 平折式呼吸器可折叠成扁平状以用于运输和储存。该呼吸器在使 用时也可展开成杯形构型。平折式呼吸器的实例在以下美国专利中示出 ： 6,568,392 和 6,484,722( 授予 Bostock 等人 ) 以及 6,394,090( 授予 Chen)。
虽然平折式呼吸器的方便之处在于它们可折叠成扁平状以用于储存和运输， 但这 些呼吸器在使用期间往往更难以保持其杯形构型。因此， 平折式呼吸器的设计人员已经向 这些面罩提供了焊线、 接缝和折线， 以有助于使用期间保持其杯形构型。 另外已经将加强构 件结合到面罩主体的面板中 ( 参见上文引用的 Bostock 等人的专利 )。 如下所述， 本发明还 提供了另一种改善平折式过滤面罩在使用期间的结构完整性的方法， 并且也向用户提供了 呼吸器佩戴和摘除方面的改进措施以及贴合和调整方面的有益效果。
发明内容
本发明提供新型平折式过滤面罩呼吸器， 该呼吸器包括带具、 面罩主体、 第一凸缘 和第二凸缘。面罩主体能够折叠成扁平状以用于储存， 并且可展开成杯形构型使用。面罩 主体包括过滤结构， 并且具有设置在面罩主体第一侧面的第一凸缘和设置在面罩主体第二侧面的第二凸缘。第一凸缘和第二凸缘打开时从面罩主体横向地和正面地均伸出。
发明人发现， 使用位于面罩主体反向侧的第一凸缘和第二凸缘有益于既保持又实 现与佩戴者的面部的紧密贴合性。凸缘提供了坚固的表面， 佩戴者的手指可利用该表面轻 松抓握面罩， 以在佩戴、 后续调整以及摘除期间将其正确地定位。响应带具带子产生的张 力， 凸缘也可充当杠杆臂。凸缘引起面罩主体被向下地拉至佩戴者的鼻部的上方和眼睛的 下方并且处于佩戴者颌的下面的区域中。 凸缘另外的有益之处在于有助于保持面罩从佩戴 者的面部向外突出成杯形构型。
术语表
下文所述术语具有限定的含义 ：
“对分” 意指划分成两个基本相等的部分 ；
“包含” 意指其定义如专利术语中的标准那样， 是通常与 “包括” 、 “具有” 或 “含有” 同义的开放式术语。虽然 “包含” 、 “包括” 、 “具有” 和 “含有” 以及它们的变形为常用的开放 式术语， 但本发明也可以使用较狭义的术语 ( 例如 “大致由…组成” ) 来适当描述， 较狭义的 术语为半开放式术语的原因在于它仅排除起到其预期功能方面的那些可能对本发明呼吸 器的性能具有有害作用的物或元件 ；
“洁净空气” 意指已滤除了污染物的一定体积的大气环境空气 ；
“污染物” 意指颗粒 ( 包括粉尘、 薄雾和烟雾 ) 和 / 或一般来讲不会被视为颗粒但 可能悬浮在空气中的其他物质 ( 如有机蒸气等 ) ；
“横跨维度” 为当从正面观察呼吸器时， 在整个呼吸器上从左到右横向地延伸的维 度；
“杯形构型” 意指能够充分覆盖人的鼻部和口部的任何容器形状 ；
“外部气体空间” 意指呼出的气体在穿过且超过面罩主体和 / 或呼气阀后进入的环 境大气空间 ；
“过滤式面罩” 意指面罩主体本身被设计成过滤穿过它的空气 ； 不存在附接到面罩 主体上或模制成面罩主体来实现此目的的可独立识别的滤筒或嵌件成型滤芯 ；
“过滤器” 或 “过滤层” 意指一个或多个透气材料层， 该层适用于从穿过它的空气流 中除去污染物 ( 例如颗粒 ) 的主要目的 ；
“过滤介质” 意指透气的结构， 该结构设计成移除穿过它的空气中的污染物 ；
“过滤结构” 意指包括过滤介质或过滤层的构造 ；
“第一侧面” 意指位于垂直于横跨维度对分面罩主体的平面一侧的面罩主体区域 ；
“凸缘” 意指赋予其从中突出的主体结构完整性或强度的突出部件 ；
“正面地” 意指当面罩主体处于折叠状况时远离面罩主体周边而延伸 ；
“带具” 意指有助于将面罩主体支承在佩戴者的面部上的结构或部件组合 ；
“与…一体的” 意指同时一起制造， 即作为一个部件制成， 而不是随后接合在一起 的两个独立制造的部件 ；
“内部气体空间” 意指面罩主体与人面部之间的空间 ；
“横向地” 意指当面罩主体处于折叠状况时远离垂直于横跨维度对分面罩主体的 平面而延伸 ；
“分界线” 意指折线、 接缝、 焊线、 粘结线、 缝线、 铰合线和 / 或其任意组合 ；“面罩主体” 意指透气的结构， 其被设计成贴合在人的鼻部和口部上方， 并且有助 于限定与外部气体空间分离的内部气体空间 ( 包括将其层与部件接合在一起的接缝和结 合线 ) ；
“鼻夹” 意指机械器件 ( 而不是鼻部泡沫 )， 该器件适于在面罩主体上使用， 以改善 至少围绕佩戴者的鼻子的密封 ；
“周边” 意指面罩主体的外边缘， 当某人戴上呼吸器时， 该外边缘一般将靠近佩戴 者的面部设置 ；
“褶绉” 意指设计为在自身上或在自身上往回折叠的部分 ；
“聚合物型” 和 “塑性的” 意指主要包含一种或多种聚合物并且也可以包含其他成 分的材料 ；
“多个” 意指两个或更多个 ；
“呼吸器” 意指由某人佩戴以向佩戴者提供清洁空气以供呼吸的空气过滤装置 ；
“第二侧面” 意指位于垂直于横跨维度对分面罩主体的平面一侧的面罩主体区域 ( 第二侧面与第一侧面相对 ) ；
“紧密的贴合性” 或 “紧密地贴合” 意指 ( 在面罩主体和佩戴者的面部之间 ) 提供 基本上气密的 ( 或大体上不漏的 ) 贴合 ； “拉袢” 意指显示具有用于附接另一个部件的足够表面积的部件 ； 以及
“横向延伸” 意指一般来讲在横跨维度上延伸。
附图说明
图 1 为根据本发明的平折式过滤面罩呼吸器 10 被佩戴在人面部上时的前透视 图 2 为图 1 所示呼吸器 10 的俯视图 ； 图 3a 为沿着图 2 的 3a-3a 线截取的面罩主体 12 的剖视图 ； 图 3b 为沿着图 3 的 3b-3b 线截取的过滤结构 16 的剖视图 ； 图 4 为可以结合本发明使用的面罩主体 12 的前视图 ； 以及 图 5 为呼吸器 10 的侧视图， 该图示出了凸缘有助于改善贴合性的方式。图；
具体实施方式
在实施本发明时， 提供了平折式过滤面罩呼吸器， 该平折式过滤面罩呼吸器具有 设置在面罩主体的相对的第一侧面和第二侧面上的第一凸缘和第二凸缘。据发现， 第一凸 缘和第二凸缘有益于更牢固地贴合到佩戴者的面部。 凸缘以多种方式实现这种面部贴合有 益效果。 第一， 凸缘有助于向面罩提供结构完整性， 使面罩在使用期间保持远离佩戴者的面 部的间隔的杯形构型。平折式呼吸器并未模制成永久形状， 因此在长时间佩戴之后往往会 丧失其所需的面部贴合构型。例如， 佩戴者在使用时可能不小心会使面罩主体撞到外部物 体上， 并且呼出的空气和周围环境中的湿气可能有助于失形， 从而导致面罩主体内部接触 佩戴者的面部。 提供处于打开构型时从面罩主体横向地和正面地均延伸的第一凸缘和第二 凸缘， 有助于保持那种所需的远离口部的构型。 第二， 第一凸缘和第二凸缘在面罩主体每一 侧上提供了柄部， 以允许佩戴者在使用期间能够适当调整面罩主体的位置。佩戴者无需捏住面罩主体的外层来将面罩移动到所需的面部贴合位置。 凸缘由此提供了用于实现面罩调 整的非常便利的方式。 第三， 凸缘充当结构构件， 该结构构件可引起面罩主体以朝下姿态被 拉动以更好地贴合佩戴者的鼻部和颌的下面的区域。下文参照图 6 更详细地描述了这种特 定的有益效果。第四， 凸缘提供了易于 ( 甚至可用戴着手套的手 ) 摘除面罩的方式。第五， 一旦摘除面罩， 就可以反向的方向拉动凸缘， 以在无需进一步手动操作的情况下迅速将面 罩重新折叠成扁平构型。
图 1 示出平折式过滤面罩呼吸器 10 的实例， 可以根据本发明使用该呼吸器以向佩 戴者提供清洁的呼吸空气。如图所示， 过滤式面罩呼吸器 10 包括面罩主体 12 和带具 14。 面罩主体 12 具有过滤结构 16， 吸入的空气在进入佩戴者的呼吸系统之前必须透过该结构。 过滤结构 16 移除来自周围环境的污染物， 从而佩戴者呼吸清洁的空气。面罩主体 12 包括 顶部 18 和底部 20。顶部 18 和底部 20 被分界线 22 分开。在该具体实施例中， 分界线 22 为 在整个面罩主体的中部上横向延伸的褶绉。面罩主体 12 也包括具有上区段 24a 和下区段 24b 的周边。带具 14 具有用订书钉固定到拉袢 28a 的带子 26。如图所示， 拉袢 28a 是凸缘 30a 的一体部分。
图 2 显示， 呼吸器 10 可具有位于面罩主体 12 反向侧的第一凸缘 30a 和第二凸缘 30b。带子 26 用订书钉固定到每一个拉袢 28a 和 28b。凸缘 30a 和 30b 从面罩主体横向地 和正面地均伸出。凸缘从面罩主体横向地伸出， 其中凸缘远离以 X 方向对分面罩主体的平 面 32 而延伸。 凸缘 30a 和 30b 也从面罩主体 12 正面地延伸， 其中凸缘远离周边 24a 朝面罩 主体 12 的前边缘 22( 如箭头 y 所示 ) 而延伸。每一个凸缘占的表面积通常为约 1 至 15 平 方厘米， 更通常为约 2 至 12 平方厘米， 甚至更通常为约 5 至 10 平方厘米。凸缘另外远离面 罩主体延伸通常至少 2 毫米 (mm)， 更通常为至少 5mm， 甚至更通常为至少 1 至 2 厘米 (cm)。 凸缘 30a、 30b 可以一体地或非一体地设置在面罩主体上， 并且可以包括构成面罩主体的多 种层中的一个或多个或全部。 也就是说， 凸缘可以为用于制备面罩主体的材料的延伸， 或可 以由单独的材料 ( 例如刚性或半刚性塑料 ) 制成。一体化凸缘可具有设置在其上以增强凸 缘硬度的焊点或粘结点 33。或者， 可以利用粘合剂层增凸缘硬度。利用下文所述的弯曲硬 度测试， 沿着凸缘主表面弯曲时， 凸缘的挠曲模量可以为至少 10 兆帕 (MPa)， 更通常为至少 20MPa。在上端处， 挠曲模量通常小于 100MPa， 更通常小于 60MPa。这些挠曲模量 ( 即在上 端和下端两者处 ) 为在沿着样品边缘进行测试时的大约两倍之大。虽然图 2 所示拉袢 28a 和 28b 具有周边区段 24a 一部分的共用边缘， 但将面罩如图 1 所示置于佩戴者的面部上时， 拉袢可以延伸超过面罩主体周边与面部接触的周边部分。 与面部接触的周边一般位于加括 号的区域 34 内， 因而不是拉袢周边的一部分。面罩主体周边可以具有一系列粘结点或焊点 35， 以将面罩主体 12 的多种层连接在一起。面罩主体 12 也包括位于面罩主体 12 第一侧面 和第二侧面的第一分界线 36a 和第二分界线 36b。第一凸缘 30a 和第二凸缘 30b 在第一分 界线 36a 和第二分界线 36b 处接合到面罩主体， 并且可以分别围绕与这些分界线平行的轴 线旋转。第一分界线 36a 和第二分界线 36b 与平面 32 成一角度 α 错开， 在折叠状况下俯 视面罩主体时， 该平面垂直于面罩主体 12 的周边 24a 延伸。角度 α 可以为 0 至约 60 度， 更通常为约 30 至 45 度。上部 18 包括至少一条从第一分界线 36a 向第二分界线 36b 横向 延伸的褶绉线 38。
图 3a 示出根据本发明的面罩主体 12 的褶绉构型的实例。如图所示， 面罩主体 12包括褶绉 22 和 38， 上文已参照图 1 和 2 进行了描述。面罩主体 12 的上部或面板 18 也包括 褶绉 40。面罩主体 12 的下部或面板 20 包括褶绉 42、 44、 46、 48、 50 和 52。面罩主体 12 的 下部 20 可以包括比上部 18 更大的过滤介质表面积。面罩主体 12 也包括沿其周边固定到 面罩主体的周边幅材 54。周边幅材 54 可以在周边 24a、 24b 处折叠到面罩主体的上方。周 边幅材 54 也可以是围绕周边 24a 和 24b 的边缘折叠并固定的内覆盖纤维网 58 的延伸。鼻 夹 56 可以居中地设置在面罩主体的上部 18 上， 并且与过滤结构 16 和周边幅材 54 之间的 周边相邻。鼻夹 56 可以由柔性金属或塑料制成， 并且能够由佩戴者手动调整， 以贴合佩戴 者的鼻部的轮廓。如图所示， 面罩主体 12 处于折叠状况时， 上部 18 看起来如起褶的面板 ； 相似地， 面罩处于折叠后的储存状态时， 下部 20( 图 1) 看起来如起褶的面板。
图 3b 显示， 过滤结构 16 可以包括一个或多个层， 例如内覆盖纤维网 58、 外覆盖纤 维网 60 和过滤层 62。可以提供内覆盖纤维网 58 和外覆盖纤维网 60 以保护过滤层 62， 并 且避免过滤层 62 的纤维变得松散从而进入面罩内部。在使用呼吸器期间， 空气在进入面罩 内部之前依次穿过层 60、 62 和 58。然后， 佩戴者可以吸入面罩内部气体空间内的空气。佩 戴者呼气时， 空气以相反方向依次穿过层 58、 62 和 60。或者， 可以在面罩主体上设置呼气 阀 ( 未示出 )， 以允许呼气迅速从内部气体空间吹出以进入外部气体空间， 而不经过过滤结 构 16。通常， 覆盖纤维网 58 和 60 由精选的具有舒适感的非织造材料制成， 尤其是在过滤 结构与佩戴者的面部接触的侧上。 可以结合本发明的支承结构使用的多种过滤层和覆盖纤 维网的构造将在下文中更详细地描述。为了提高佩戴者贴合度和舒适度， 可将弹性体面密 封件固定到过滤结构 16 的周边。当戴上呼吸器时， 此类面部密封件可以径向向内延伸以 接触佩戴者的面部。面部密封件的实例在授予 Bostock 等人的美国专利 6,568,392、 授予 Springett 等人的美国专利 5,617,849 和授予 Maryyanek 等人的美国专利 4,600,002， 以及 授予 Yard 的加拿大专利 1,296,487 中有所描述。过滤结构也可以具有与层 58、 60 或 62 中 的至少一者或多者并置的结构结网或网片， 通常与外覆盖纤维网 60 外表面并置。此类网片 的使用在名称为 Expandable Face Mask with Reinforcing Netting( 具有加固结网的可 伸展面罩 ) 的美国专利申请 No.12/338,091( 代理人案卷号 65000US002) 中有所描述。
图 4 示出处于在使用的构型的面罩主体 12。在使用期间， 凸缘 30a 和 30b 可以设 置在面罩主体的第一侧面和第二侧面上， 使得它们在使用期间朝面罩主体向内折叠。如果 需要， 面罩主体和 / 或凸缘 30a、 30b 的接触侧可以具有固定装置， 以使得每一个凸缘 30a 和 30b 都在凸缘的主表面 64 上接合到面罩主体。此类固定装置可以包括粘合剂和脱离衬片、 钩环型扣件或任何其他合适的化学、 物理或机械类扣件。
图 5 示意性地示出来自带具带子 26 的张力如何可沿着凸缘 30a 的长度方向施加 力， 以便如箭头 70 所示向下方向拉动面罩主体。 佩戴者戴上呼吸器 10 时， 带子 26 设置在佩 戴者的头部的后面耳朵以上的位置。由于扣紧的带子在耳朵上方结合头部， 因此带子在面 罩主体上以箭头 72 所示方向向上拉动。 以箭头 72 方向传递的力以类似方向拉动拉袢 28a。 面罩主体在交点 76 的一般区域中具有支点， 使得力能够沿着凸缘 30a 固定到其上的面罩主 体传递。由于具有支点 76， 凸缘 30a 往往会以箭头 78 方向向下驱动面罩主体。凸缘 30a 以 箭头 78 方向施加的补充力导致面罩在鼻部区域 80 中更紧密地接合佩戴者的鼻部。力的传 递也往往会使面罩主体在颌的下面沿着周边 24b 更紧密地接合佩戴者的面部。因此， 使用 第一凸缘 30a 和第二凸缘 30b 可以允许在平折式过滤面罩中实现改善的紧密贴合性。提供第一凸缘 30a 和第二凸缘 30b 还允许佩戴者更易于在这些位置处抓握面罩， 从而更易于将 面罩主体操纵到佩戴者的面部上的合适位置中。使用凸缘 30a 和 30b 还使在面罩主体上仅 能够使用一根带子以实现到佩戴者的面部的很好的紧密贴合。
结合本发明使用的过滤结构可以采用多种不同的形状和构型。 过滤结构通常被适 形处理， 从而它靠着支承结构或在支承结构内正确贴合。 一般来讲， 过滤结构的形状和构型 对应于面罩主体的大致形状。 尽管示出的过滤结构具有包括过滤层和两个覆盖纤维网的多 个层， 但过滤结构可以只是包括过滤层或过滤层的组合。 例如， 可在更精选的下游过滤层的 上游设置预过滤层。另外， 可将吸附性的材料 ( 例如活性炭 ) 设置在具有过滤结构的纤维 和 / 或多种层之间。还可以将单独的颗粒过滤层结合吸附性的层使用， 从而得到对颗粒和 蒸气两者的过滤。过滤结构可以包括一个或多个有助于提供这种杯形构型的加强层。过滤 结构也可具有有助于其结构完整性的一条或多条水平和 / 或垂直分界线。然而， 使用根据 本发明的第一凸缘和第二凸缘可能会使此类加强层和分界线的需要成为多余的。
本发明的面罩主体中使用的过滤结构可为颗粒捕集型过滤器或气体和蒸气型过 滤器的结构。过滤结构也可以是抑制液体从过滤层的一侧转移到另一侧的阻挡层， 以抑制 ( 例如 ) 液体气溶胶或液体飞溅物 ( 如血液 ) 渗透过滤层。根据应用需求， 可以使用多层 类似或不类似的过滤介质， 以构造本发明的过滤结构。可以在本发明的分层面罩主体中有 利地利用的过滤器一般来讲处于低压降 ( 例如在 13.8 厘米 / 秒的面速度下小于约 195 至 295 帕斯卡 ) 状态下， 以使面罩佩戴者的呼吸工作量最小化。另外， 过滤层为柔性的并具有 足够的抗剪强度， 从而它们在预期的使用条件下一般都会保持其结构。颗粒捕集过滤器的 实例包括一个或多个细小无机纤维 ( 例如玻璃纤维 ) 网或聚合物合成纤维网。合成纤维网 可以包括由工艺 ( 例如熔吹 ) 制成的驻极体充电的聚合物型微纤维。由已充电的聚丙烯 形成的聚烯烃微纤维尤其为颗粒捕集应用提供实用性。 替代的过滤层可以具有用于从呼吸 空气中移除危害性或异味气体的吸附剂组分。吸附剂可以包括通过粘接剂、 粘结剂或纤维 结构界定在过滤层中的粉末或颗粒。参见授予 Springett 等人的美国专利 6,334,671 和授 予 Braun 的美国专利 3,971,373。吸附剂层可以通过涂覆基底 ( 例如纤维或网状泡沫 ) 来 形成， 以形成薄的粘附层。 吸附剂材料可以包括经过或未经过化学处理的活性炭、 多孔氧化 铝 - 二氧化硅催化剂基底和氧化铝颗粒。可以适应到多种构型中的吸附性过滤结构的实例 在授予 Senkus 等人的美国专利 6,391,429 中有所描述。
通常对过滤层进行挑选以实现所需的过滤效果。一般来讲， 过滤层将从由其穿过 的气流中移除高百分比的颗粒和 / 或其他污染物。对于纤维过滤层而言， 根据将要过滤掉 的物质种类选择纤维， 并且通常对纤维进行选择从而在模制操作中它们不会变得粘合在一 起。如所指出的那样， 过滤层可以多种形状和形式出现， 并且厚度通常为约 0.2 毫米 (mm) 至 1 厘米 (cm)， 更通常为约 0.3mm 至 0.5cm， 它可以为大致平面的幅材， 或可以为波纹状从 而得到膨胀的表面积， 参见 ( 例如 ) 授予 Braun 等人的美国专利 5,804,295 和 5,656,368。 过滤层也可以包括通过粘合剂或任何其他方法接合在一起的多个过滤层。已知的 ( 或后 来开发的 ) 用于形成过滤层的大致任何合适的材料都可以用作过滤材料。熔吹纤维网， 例 如在 Wente、 Van A. 的 Superfine Thermoplastic Fibers， 48Indus.Engn.Chem.( 超细热 塑性纤维， 第 48 卷， 工业与工程化学 )， 第 1342 页及后续页等 (1956 年 ) 中所述， 特别是以 永久带电 ( 驻极体 ) 的形式存在时是尤其可用的 ( 参见 ( 例如 ) 授予 Kubik 等人的美国专利 No.4,215,682)。这些熔喷纤维可以是有效纤维直径小于约 20 微米 (μm) 的微纤维 ( 称为 “吹塑微纤维” ， 简称 BMF)， 通常为约 1 至 12μm 的微纤维。可以根据 Davies， C.N.， The Separation Of Airborne Dust Particles， Institution Of Mechanical Engineers， London， Proceedings 1B， 1952(Davies， C.N.， 空浮尘粒的分离， 机械工程师学会 ( 伦敦 )， 论文集 1B， 1952 年 ) 确定有效的纤维直径。 特别优选的是包含由聚丙烯、 聚 (4- 甲基 -1- 戊 烯 ) 及其组合形成的纤维的 BMF 网。如在 van Turnhout 的美国再审查专利 31,285 中教导 的带电荷的形成原纤维的膜的纤维也可以为合适的， 以及松香 - 羊毛纤维网和玻璃纤维网 或溶液吹塑网、 或静电喷涂纤维网， 特别是以微薄膜的形式。如授予 Eitzman 等人的美国专 利 6,824,718、 授予 Angadjivand 等人的美国专利 6,783,574、 授予 Insley 等人的美国专利 6,743,464、 授予 Eitzman 等人的美国专利 6,454,986 和 6,406,657 以及授予 Angadjivand 等人的美国专利 6,375,886 和 5,496,507 所公开的那样， 可以让纤维接触水将电荷赋予纤 维。如授予 Klasse 等人的美国专利 4,588,537 所公开的那样， 可以通过电晕充电， 或如授 予 Brown 的美国专利 4,798,850 所公开的那样， 通过摩擦充电将电荷赋予纤维。另外， 可将 添加剂包含在纤维中， 以增强通过水充电法制成的纤维网的过滤性能 ( 参见授予 Rousseau 等人的美国专利 5,908,598)。尤其可以将氟原子设置在过滤层中的纤维表面处， 以改善 油雾环境中的过滤性能， 参见授予 Jones 等人的美国专利 6,398,847B1、 6,397,458B1 和 6,409,806B1。驻极体 BMF 过滤层的通常基重为约 10-100 克 / 平方米。根据 ( 例如 ) 授予 Angadjivand 等人的’ 507 专利中所述的技术进行充电并且包括在授予 Jones 等人的专利中 提到的氟原子时， 基重可以分别为约 20 至 40g/m2 和约 10 至 30g/m2。
可使用内覆盖纤维网， 从而得到用于接触佩戴者的面部的平滑表面， 并且可使用 外覆盖纤维网， 以收集面罩主体中的松散纤维或获得美观效果。虽然覆盖纤维网通常对过 滤结构不提供任何基本的有益过滤效果， 但当设置在过滤层的外部上 ( 或上游 ) 时， 其可充 当预过滤器。 为了获得合适程度的舒适度， 内覆盖纤维网优选地具有相对较小的基重， 并且 2 由相对细小的纤维形成。 更具体地讲， 可以将覆盖纤维网塑造成具有约 5 至 50g/m ( 通常为 2 10 至 30g/m ) 的基重， 并且纤维纤度可以小于 3.5 旦尼尔 ( 通常小于 2 旦尼尔， 更通常小于 1 旦尼尔但大于 0.1 旦尼尔 )。在覆盖纤维网中使用的纤维通常具有约 5 微米至 24 微米的 平均纤维直径， 通常为约 7 微米至 18 微米， 更通常为约 8 微米至 12 微米。覆盖纤维网材料 可以具有一定程度的弹性 ( 断裂时通常但非必须为 100％至 200％ )， 并且可以塑性变形。
用于覆盖纤维网的合适的材料可以为吹塑微纤维 (BMF) 材料， 特别是聚烯烃 BMF 材料， 例如聚丙烯 BMF 材料 ( 包括聚丙烯共混物， 也包括聚丙烯和聚乙烯的共混物 )。制备 用于覆盖纤维网的 BMF 材料的合适工艺在授予 Sabee 等人的美国专利 4,013,816 中有所描 述。可以通过将纤维收集在光滑表面 ( 通常为表面光滑的筒或旋转收集器 ) 上来形成网。 参见授予 Berrigan 等人的美国专利 6,492,286。也可以使用纺粘纤维。
通常的覆盖纤维网可以由聚丙烯或包含 50 重量％或更多聚丙烯的聚丙烯 / 聚烯 烃混合物制成。已经发现这些材料能够向佩戴者提供高度的柔软性和舒适度， 并且当过滤 材料为聚丙烯 BMF 材料时， 能够在层之间不需要粘合剂的情况下一直固定到过滤材料上。 覆盖纤维网中适用的聚烯烃材料可以包括 ( 例如 ) 单种聚丙烯、 两种聚丙烯的混合物、 聚 丙烯与聚乙烯的混合物、 聚丙烯与聚 (4- 甲基 -1- 戊烯 ) 的混合物和 / 或聚丙烯与聚丁烯 的混合物。用于覆盖纤维网的纤维的一个实例是由得自 Exxon Corporation 的聚丙烯树脂 “Escorene 3505G” 制成的聚丙烯 BMF， 其提供约 25g/m2 的基重， 纤度在 0.2 至 3.1 的范 围内 (100 根纤维的平均测量值为约 0.8)。另一种合适的纤维是聚丙烯 / 聚乙烯 BMF( 由 包含 85％的树脂 “Escorene3505G” 和 15％的也得自 Exxon Corporation 的乙烯 /α- 烯烃 共聚物 “Exact 4023” 的混合物制成 )， 其提供约 25g/m2 的基重和具有约 0.8 的平均纤度。 合适的纺粘材料可以商品名 “Corosoft Plus 20” 、 “Corosoft Classic 20” 和 “Corovin PP-S-14” 得自 Corovin GmbH(Peine， Germany)， 梳理成网的聚丙烯 / 粘胶纤维材料可以商 品名 “370/15” 得自 J.W.Suominen OY(Nakila， Finland)。
本发明中使用的覆盖纤维网优选地在处理之后具有很少的从纤维网表面伸出的 纤维， 因此具有平滑的外表面。可以在本发明中使用的覆盖纤维网的实例在 ( 例如 ) 授 予 Angadjivand 的美国专利 6,041,782、 授予 Bostock 等人的美国专利 6,123,077 和授予 Bostock 等人的国际专利 96/28216A 中有所公开。
带具中所用的带子可以由多种材料制成， 例如热固性橡胶、 热塑性弹性体、 编织或 针织的纱线 / 橡胶组合、 非弹性编织成分等等。带子可以由弹性材料制成， 例如弹性编织 材料。带子优选地可膨胀到大于其总长度的两倍， 并且可恢复其松弛状态。带子也可增加 到其松弛状态长度的三倍或四倍， 当张力移除时可恢复到其初始状态而不会对其有任何损 坏。 因此， 弹性极限优选地不小于带子处于其松弛状态时的长度的二倍、 三倍或四倍。 通常， 带子长约 20 至 30cm、 宽 3 至 10mm、 厚约 0.9 至 1.5mm。带子可作为连续的带子从第一拉袢 延伸至第二拉袢， 或带子可以具有多个部分， 这些部分可用其他扣件或扣环进一步接合在 一起。 例如， 带子可以具有通过扣件接合在一起的第一部分和第二部分， 当从面部移除面罩 主体时， 佩戴者可迅速解开扣件。可以结合本发明使用的带子的实例在授予 Xue 等人的美 国专利 6,332,465 中示出。可以用于将带子的一个或多个部分接合在一起的紧固或扣紧机 构的实例在 ( 例如 ) 授予 Brostrom 等人的美国专利 6,062,221、 授予 Seppala 的美国专利 5,237,986、 以及授予 Chien 的美国专利 EP1,495,785A1 中示出。
如所指出的那样， 可以将呼气阀附接到面罩主体上， 以便于清除从内部气体空间 呼出的空气。通过迅速移除从面罩内部呼出的湿热空气， 使用呼气阀可以提高佩戴者的舒 适度。参见 ( 例如 ) 授予 Martin 等人的美国专利 7,188,622、 7,028,689 和 7,013,895 ； 授 予 Japuntich 等人的美国专利 7,428,903、 7,311,104、 7,117,868、 6,854,463、 6,843,248 和 5,325,892 ； 授予 Mittelstadt 等人的美国专利 6,883,518 ； 以及授予 Bowers 的美国再审查 专利 37,974。 提供合适压降并可适当地固定到面罩主体上的大致任何呼气阀都可以结合本 发明使用， 以迅速地将来自内部气体空间的呼出空气递送到外部气体空间。
结合本发明使用的鼻夹大致可以为有助于改善在佩戴者的鼻部上方的贴合性的 任何额外的部件。由于到佩戴者的面部的轮廓在该区域有显著变化， 鼻夹可更好地有助 于面罩主体在该位置中实现良好的贴合。鼻夹可以包括 ( 例如 ) 柔韧的极软金属 ( 如 铝 ) 带， 从而可成形为使面罩在佩戴者的鼻部上方及鼻部与脸颊交界处保持所需的贴合 关系。合适鼻夹的实例在授予 Castiglione 的美国专利 5,558,089 和 Des.412,573 中示 出。其他鼻夹在美国专利申请 12/238,737( 提交于 2008 年 9 月 26 日 )、 美国专利公开 2007-0044803A1( 提交于 2005 年 8 月 25 日 ) 和 2007-0068529A1( 提交于 2005 年 9 月 27 日 ) 中有所描述。
实例弯曲硬度测试
使 用 改 进 的 ASTM D790 方 法 “Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials” ( 未增强和增强塑料及电 绝缘材料弯曲性能 ) 的方法 I “Three Point Bend Testing” ( 三点弯曲测试 ) 测量凸缘硬 度。挠曲模量按照 ASTM D790 规定在应力 - 应变图线的线性区域中计算。挠曲模量的值以 兆帕 (MPa) 为单位进行记录。
测试样品尺寸为 19mm×23mm×2mm。跨度设为 15 毫米 (mm)， 鼻部半径为 2.5mm。 夹头速度设为 13mm/ 分钟。使用得自 MTS Alliance(Eden Prairie， MN) 的 100 负载试验机 以用于所有测试。
呼吸器的组装
实例 1
呼吸器过滤结构由三层非织造材料和其他呼吸器部件形成。 本发明的面罩在两次 操作中组装 - 预成型件制备和面罩整理。预成型件制备阶段包括层合与固定非织造纤维 网、 形成褶绉折线以及附接周边幅材材料和鼻夹的步骤。面罩整理操作包括沿着压印的折 线折叠褶绉、 融合侧向面罩边缘和加强凸缘材料两者、 切割最终形状以及附接头带。 在预成型件制备阶段按面对面取向折叠三层非织造材料。在本实例中， 形成层的 各个材料依次组装 ：
1. 外结网 / 稀松布
2. 过滤材料
3. 内覆盖纤维网
外 结 网 / 稀 松 布 为 Thermanet 5103 结 网 ( 可 得 自 Conwed(Minneapolis， MN)) 粘结到 17 克 / 平方米 (gms) 的 Elite 050 稀松布 ( 可得自 Leggett and Platt-Hanes Industries(Carthage， Missouri) 的层合。 结网 / 稀松布层合物 ( 如图 3b 所示的 60) 在热粘 结步骤中形成， 该步骤利用加热和压缩将结网的股线熔融粘结到稀松布上。结网 / 稀松布 层具有 0.12mm 的总厚度， 其中稀松布厚度为 0.10mm。 预成型件中使用的过滤材料 ( 如图 3b 所示的 62) 为基重 35gms、 密实度 8％和有效纤维尺寸 4.75 微米的充电的驻极体吹塑微纤 维聚丙烯网。 内覆盖纤维网 ( 如图 3b 所示的 58) 为可得自 BBA Nonwovens(Charlotte， North Carolina) 的 17gms 纺粘聚丙烯稀松布。预成型件由每一种材料的层按所需的顺序折叠 形成， 然后再切割成 20cm×33cm 的片材， 再使用点粘接图案超声焊接在一起。使用得自 Branson(Danbury， Connecticut) 的 2000 型超声焊接设备完成超声焊接， 焊接设备的冲压 为 483 千帕 (kPa)， 焊头振幅、 频率和保压时间分别为 100％、 20kHz 和 0.7 秒。 靠着具有平顶 方形栓的砧操作， 其中各个栓都具有布置成网格图案的 1.6 平方毫米的表面积， 栓中心间 距为大约 1 厘米。 焊机的平面焊头以大约 6MPa 的接触压力靠着砧操作。 固定好非织造层后， 在固定的非织造层上压印出限定褶绉位置的折线。 采用得自 USM Corporation(Haverhill， Massachusetts) 的 B 型 Hytronic Cutting Machine 冲切机压印折线， 冲切力 15 吨， 使用刀 模。 刀模具有九条带圆弧边缘的条， 这些条横穿预成型件的长度， 在被压入预成型件中时在 非织造层中形成线条。压印的线条将纤维网在接触点处压在一起， 并且不会熔合或穿透材 料。 作为预成型件制备操作中的最终步骤， 将周边幅材带 BBANonwovens( 宽 4cm、 长 36cm 的 51 克 / 平方米 (gsm) 纺粘聚丙烯稀松布 ) 缠绕在预成型件的顶部边缘和底部边缘的周围并
超声焊接到适当的位置。使用得自 Branson(Danbury， Connecticut) 的 2000X 型超声焊接 设备进行超声焊接， 焊接设备的冲压为 448kPa， 焊头振幅、 频率和保压时间分别为 100％、 20kHz 和 0.5 秒。 靠着具有 4.1 平方厘米的接触表面积的砧操作， 使用规定的冲压和焊头条 件， 以产生 8.5MPa 的接触压力， 以粘结预成型件的材料。用于粘结周边幅材材料的砧的区 域被构造为平顶方形栓， 其中各个栓都具有布置成图 2 所示图案 35 的 1.6 平方毫米的表面 积。焊机的平面焊头靠着砧操作， 从而将周边幅材固定到预成型件上。利用该方法将鼻夹 附接到预成型件的顶部， 并且将鼻夹包封在预成型件与周边幅材之间。鼻夹为具有图 2 所 示形状的延展性可塑性变形的铝带， 长 9cm、 宽 0.5cm、 厚 1mm。
在面罩整理操作中， 沿着图 3 所示折线折叠褶绉。折叠位于面罩中央折线上方的 褶绉， 使得当面罩打开时外部褶绉面朝下， 完成该操作以有助于抑制佩戴面罩时在面罩折 线中积聚大块物质。在围绕中央折线适当折叠预成型件之后， 超声焊接预成型件以熔合面 罩侧向边缘 ( 图 2 的 36a 和 36b) 并且形成加强凸缘 ( 图 2 的 30a 和 30b) 的粘结层。使 用得自 Branson(Danbury， Connecticut) 的 2000ae 型超声焊接设备完成超声焊接， 焊接设 备的冲压为 483kPa， 焊头振幅、 频率和保压时间分别为 100％、 20kHz 和 2.0 秒。靠着具有 22.4 平方厘米的接触表面积的砧操作， 使用规定的冲压和焊头条件， 以产生 1.5MPa 的接触 压力， 以粘结预成型件的材料。 用于结合凸缘材料的砧的接触区域被构造成平顶方形栓， 各 个栓都具有 1.6 平方毫米的表面积， 与其平坦侧相隔的间距为 1.27 毫米， 所得结合物图案 如图 5 的 30a 所示。形成面罩的侧向边缘结合物的砧条长 95.25 毫米， 宽 9.525 毫米， 所 得结合图案如图 2 的 36a 所示。焊机的平面焊头靠着砧操作， 从而形成焊点图案 ( 图 2 的 33) 并且产生凸缘的粘结层。砧的成角度条元件密封了面罩的侧向边缘， 栓钉焊接表面熔 融并加固了凸缘材料。作为面罩整理操作中的最终步骤， 将加固的凸缘切割成所需形状并 且将头带用订书钉固定到拉袢。凸缘宽 1.0cm， 长 5.0cm， 并且具有位于附接头带的拉袢点 处的半径 0.5cm 的头部。使用得自 Stanley Bostitch(East Greenwich， Rhode Island) 的 P6C-8 型手持订书机和 No.STH50191/4 英寸镀锌订书钉将头带附接到拉袢圆弧头部。按照 “弯曲硬度测试” 中规定的方法从面罩上切割凸缘横截面进行测试。在两个取向上测试凸缘 横截面 ： 沿着样品平表面和沿着样品边缘 ( 对于凸缘来说， 沿着长度取向 )。沿着样品平表 面弯曲时， 挠曲模量为 27MPa。沿着样品边缘测试时， 挠曲模量为 66MPa。头带宽 7.9mm， 厚 0.8mm， 可以样品编号 No.125-1 得自 Providence Braid Co.(Pawtucket， Rhode Island)。 凸缘能够围绕与面罩主体的附接线平行的轴线旋转， 并且在打开和戴上面罩时能够形成更 具刚性的面罩主体。
实例 2
呼吸器由实例 1 的相同材料以相同方式制成， 不同的是凸缘使用单独的塑性片材。 使用实例 1 中形成的面罩主体， 移除非织造凸缘并且换成得自 McMaster-Carr(Chicago， Illinois) 的 0.7mm 厚的聚乙烯薄膜片材， 片材被切割成与移除的凸缘相同的形状和尺寸。 使用得自 Branson(Danbury， Connecticut) 的 E-150B 型手持超声焊头通过超声焊接将塑性 凸缘附接到面罩上。 焊机的焊头被构造为在其表面上长 13mm、 宽 2mm 的矩形条， 矩形条与要 粘结的材料接触并且靠着平坦的砧被压缩。焊机在所施加的大约 3.4MPa 的接触压力下操 作， 焊头振幅、 频率和保压时间分别为 100％、 20kHz 和 1.0 秒。薄膜加固凸缘提供了良好的 刚度和硬度。实例 3
呼吸器由实例 1 的相同材料以相同方式制成， 不同的是沿着凸缘的一个主表面设 置有固定装置， 从而凸缘可压成与面罩主体固定在一起。通过移除脱离衬片并且将凸缘压 到面罩主体上， 将凸缘固定到面罩主体。 处于打开构型时， 固定装置在接近垂直的取向使加 固凸缘靠着面罩主体。通过以这种方式固定凸缘， 面罩甚至在未佩戴时也可支承在打开位 置中。 在凸缘固定到面罩主体的情况下， 面罩主体被进一步固定， 并且响应由凸缘响应来自 带具带子的力的杠杆动作而动作。固定 Polycoated Kraft( 聚合物涂覆的牛皮纸 ) 脱离衬 片 (ScotchTM Laminating Adhesive 9671(ScotchTM 层合粘合剂 9671)， 得自 3M 公司 (St. Paul Minnesota)) 上的压敏 Hi-Strength Acrylic( 高强丙烯酸树脂 ) 粘合剂。将粘合剂 涂敷到凸缘的顶部主表面上， 从而当沿分界线轴线向凸缘旋转时， 凸缘会接触面罩主体。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下， 可对本发明进行各种修改和更改。 因此， 本发明并不限于上述内容， 而是受以下权利要求书及其任何等同物提及的限制的控制。
本发明也可以在不存在本文未具体描述的任何元件的情况下适当地实践。
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