CN101330945B - 单向阀具有硬挺的非偏置柔性阀瓣的过滤面罩 - Google Patents

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Abstract

一种过滤面罩，包括：面罩主体，所述面罩主体适于贴合到至少佩戴者的鼻和嘴上，以在佩戴时形成内部气体空间；以及与所述内部气体空间流体连通的呼气阀。所述呼气阀包括：具有密封表面和孔的阀座，呼出的空气可以通过所述孔离开内部气体空间；以及装配到所述阀座上的柔性阀瓣，其装配方式使得当所述阀处于其关闭位置时，所述阀瓣与所述密封表面接触，并使得所述阀瓣在呼气时可以挠曲离开所述密封表面，以让呼出空气通过所述孔。所述阀瓣在处于其关闭位置时是非偏置的，并且显示具有0.0050或更小的悬臂弯曲率。

Description

单向阀具有硬挺的非偏置柔性阀瓣的过滤面罩
技术领域
本发明涉及一种采用硬挺的非偏置柔性阀瓣作为呼气阀和/或吸气阀中的动态机械元件的过滤面罩。
背景技术
在污染环境中工作的人通常都会佩戴过滤面罩保护自己，以免吸入空气传播的污染物。过滤面罩通常具有能够从空气中除去微粒和/或气态污染物的纤维过滤器或吸附剂过滤器。在污染环境中佩戴面罩时，佩戴者因知道他们的健康得到了保护而感到畅快，然而同时，因为呼出的湿热空气在他们脸部周围积聚，他们又会感到不适。面部越不适，佩戴者越有可能从脸上取下面罩，以缓解不适。
为了减少佩戴者在污染环境中从面部取下面罩的可能性，过滤面罩的制造商经常将一种呼气阀安装在面罩主体上，使得湿热的空气能快速从面罩内部清除。呼出空气的迅速清除使面罩内部更加凉爽，并继而有益于工人的安全，因为面罩佩戴者从脸上取下面罩来去除他们鼻、口附近湿热空气的可能性降低了。
许多年来，市售的呼吸面罩使用“按钮式”呼气阀从面罩内部清除呼出的空气。按钮式呼气阀通常采用薄的、圆形的柔性阀瓣作为动态机械元件，让呼出的空气从面罩内部逸出。所述阀瓣在其中心处通过中心柱安装在阀座上。按钮式阀的实例在美国专利2,072,516、2,230,770、2,895,472和4,630,604中示出。当佩戴者呼气时，所述阀瓣的周边部分从阀座上升起，让空气从面罩的内部逸出。
按钮式阀体现了在尝试改善佩戴者舒适度方面的进步，但是研究人员已做出了其它改进，其中一个实例在授予Braun的美国专利4,934,362中示出。该专利中描述的阀使用一种抛物面形的阀座和一种细长的柔性阀瓣。与按钮式阀相似，所述的Braun阀也有中心安装的阀瓣，并且有阀瓣边缘部分，在呼气时，该阀瓣边缘部分从密封表面升起，让呼出的空气从面罩内部逸出。
在Braun的研发工作以后，Japuntich等人在呼气阀技术领域进行了另一创新-参见美国专利5,325,892和5,509,436。Japuntich等人发明的阀使用以悬臂方式偏心装配的单个柔性阀瓣，以使得打开阀所需的呼气压力最小化。当使开阀压力最小化时，操纵阀所需的力量减小，这意味着佩戴者在呼吸时，可以不费力地将呼出的空气排出面罩内部。
在Japuntich等人的阀之后推出的其它阀也使用了非中心安装的悬臂式柔性阀瓣-参见美国专利5,687,767(已再颁布为美国再颁专利RE37,974 E)和6,047,698。具有此类构造的悬臂阀有时称为“瓣式”呼气阀。
单向阀组件，例如上述那些，通常使用密封到刚性阀座上的偏置或预加载荷的弹性膜片。然而，使阀瓣偏置，会产生永久变形或者蠕变。蠕变(由于随着时间发生变形而出现的永久变形)在要较长时间(例如多年)存贮的呼吸面罩的阀中可能更为显著。虽然很多设计用于工业用途的呼吸面罩会在其制成之后相对短的时间内得以使用，但是一些呼吸面罩在购买后可能会存贮较长的时间。例如，呼吸面罩可能会在购买后存贮以供急救人员(有时称为“第一出动人员”)使用。为这样的第一出动人员购买的呼吸面罩在使用之前可能会被存贮多年。如果这种呼吸面罩中的阀瓣偏置，则蠕变会使阀瓣施加在阀的密封表面上的力减小。
如美国专利申请公开US 2004/0255947中所讨论，某些呼吸面罩的阀可包括回弹性密封表面，从而提高它密封阀开口的能力(甚至当用于非偏置的阀瓣时也是如此)。在另一种与呼吸面罩结合使用的阀中，美国专利申请公开No.2005/0061327描述了多层阀瓣，所述阀瓣在面对阀密封表面的阀瓣表面上结合有回弹性材料，从而提高了阀的关闭能力。然而，如果存贮时间很长(第一出动人员使用的呼吸面罩就可能出现这种情况)，用在那些呼吸面罩的阀座和阀瓣上的回弹性材料会硬化，以至于失去回弹力。如果呼吸面罩存贮在比较恶劣的条件下，例如在救急车辆中等等，其中的温度变化可能超过受控程度更好的环境(例如有人居住的建筑物)中通常经历的温度变化，则那种硬化或者弹性丧失情况会加速。那种硬化会降低阀使用时的密封能力。
发明内容
本发明提供一种新的过滤面罩，简单概括而言，其包括：(a)面罩主体，其适于至少与佩戴者的鼻和嘴贴合，以在佩戴时形成内部气体空间；以及(b)呼气阀，该呼气阀与所述内部气体空间流体连通。所述呼气阀包括：(i)包括刚性密封表面和孔的阀座，呼出的气体可以通过所述孔离开内部气体空间；以及(ii)柔性阀瓣，该阀瓣装配于阀座上，使得在阀处于关闭位置时所述阀瓣和密封表面接触，并且使得所述阀瓣在呼气时可以挠曲离开所述密封表面，以允许呼出的气体通过所述孔。所述阀瓣在处于其关闭位置时是非偏置的，并且可以优选显示具有约0.0050或者更小的悬臂弯曲率。
本发明的过滤面罩不同于已知的呼吸面罩，不同之处是给其呼气阀提供有与刚性阀座组合的、相对硬挺的非偏置阀瓣。该阀瓣的硬挺性有利地防止阀瓣在(例如)重力作用下坠离阀座和发生渗漏。与具有由相同材料制成的、朝着阀座偏置的阀瓣的阀相比，因为本发明的阀瓣是非偏置的，所以有利地减小了启动力，即在呼气时打开阀所需的力。
在悬臂、瓣式阀的某些实施例中，可以选择悬臂距离，用以降低打开阀所需的启动力。例如，可以选择悬臂边缘(沿该边缘支承着阀瓣)和阀座中的孔之间的距离，用以增加流体压力打开阀时的杠杆臂。流体压力的降低可以减少佩戴者呼吸时打开阀所需的努力，从而潜在地减少佩戴者的疲劳。
新呼气阀的结构和优点也可适用于通过阀的流动方式同样为单向的吸气阀。
在一个方面，本发明可以提供一种过滤面罩，该面罩包括过滤面罩主体，其适于至少与佩戴者的鼻和口贴合，以在佩戴时形成内部气体空间。所述过滤面罩还包括与所述内部气体空间流体连通的呼气阀。该呼气阀包括具有密封表面和孔的阀座，呼出的空气通过所述孔离开内部气体空间，其中所述密封表面显示具有0.05Gpa或更高的硬度。所述呼气阀还可以包括单层柔性阀瓣，该阀瓣装配于阀座上，使得当阀处于关闭位置时，阀瓣的第一主表面接触密封表面，并且使得在呼气时阀瓣可以挠曲离开密封表面，以让呼出空气通过所述孔，最终进入外部气体空间，其中，在处于 关闭位置时，所述柔性阀瓣是非偏置的，并且其中，所述柔性阀瓣显示出具有0.0050或者更小的悬臂弯曲率。
在另一个方面，本发明可以提供一种包括过滤面罩主体的过滤面罩，所述面罩主体适于至少与佩戴者的鼻和口贴合，以在佩戴时形成内部气体空间。所述过滤面罩还包括和所述内部气体空间流体连通的呼气阀。所述呼气阀包括阀座和阀瓣。所述阀座有刚性密封表面和孔，呼出的气体可以通过所述孔离开内部气体空间。柔性阀瓣装配在阀座上，使得当阀处于其关闭位置时，阀瓣的第一主表面和密封表面接触，并且使得所述阀瓣在呼气时可以挠曲离开刚性密封表面，以让呼出的气体通过所述孔而最终进入外部气体空间，其中，柔性阀瓣是单层结构的形式并且处于关闭位置时是非偏置的，并且，其中柔性阀瓣显示具有0.0050或者更小的悬臂弯曲率。
术语表
用于描述本发明的术语有以下意义：
“悬臂弯曲率”是指挠度与悬臂长度的比率，按本文描述的悬臂弯曲率测试定义；
“洁净空气”是指已过滤除去污染物或通过其它方式处理从而可安全吸入的一定体积的空气或氧气。
“关闭位置”是指柔性阀瓣和密封表面完全接触时的位置；
“污染物”是指微粒和/或通常不视为微粒但可以在空气中悬浮的其它物质(例如有机蒸气等)；
“呼出的空气”是指过滤面罩佩戴者呼出的空气；
“呼出气流”是指在呼气时通过呼气阀孔的空气流；
“呼气阀”是指可以打开以让流体离开过滤面罩内部气体空间的阀；
“外部气体空间”是指呼出气体通过呼气阀逸出后进入的周围环境气体空间；
“过滤面罩”是指至少能罩住佩戴者的鼻和嘴、并能为佩戴者提供洁净空气的呼吸保护装置(包括半面罩、全面罩和防护头罩)；
“柔性阀瓣”是指一种片状制品，所述制品能响应流动流体施加的力而弯曲或挠曲，对于呼气阀来说，这种流动流体是呼出气流，而对于吸气阀来说，这种流动流体是吸入气流；
“挠曲模量”是指在弯曲模式下加有载荷的材料的应力和应变之比；
“吸气过滤元件”是指一种流体可渗透结构，空气在被过滤面罩佩戴者吸入之前通过该结构从而可将污染物和/或微粒从空气中清除；
“吸入气流”是指在吸气时通过吸气阀孔的空气流或氧气流；
“吸气阀”是指可以打开以让流体进入过滤面罩内部气体空间的阀；
“内部气体空间”是指面罩主体与人的面部之间的空间；
“并置的”是指并排放置但不一定相互接触；
“面罩主体”是指至少能与人的鼻和口贴合、并且有助于限定与外部气体空间隔离的内部气体空间的结构体；
“弹性模量”是指应力/应变曲线的直线部分的应力和应变之比，该应力/应变曲线的获得方法是：使用拉伸测试机对试件施加轴向载荷同时测量载荷和变形；
“单层”用于阀瓣，表示阀瓣结构在其整个体积中基本上具有一致的组成，也就是说，阀瓣不包含表现出不同物理特性的两层或更多层；
“微粒”是指任何能够悬浮于空气中的流体和/或固体物质，例如，病原体、细菌、病毒、粘液、唾液、血液等；
“回弹性”是指，如果响应挠曲力而变形时能够恢复形状，并且具有小于约15兆帕(MPa)的拉伸模量；
“刚性”用来描述密封表面，指硬度大于0.02千兆帕斯卡(GPa)的密封表面；
“密封表面”是指阀处于关闭位置时与柔性阀瓣接触的表面；
“硬挺或硬挺性”是指阀瓣在作为悬臂由其自身水平支承而没有其它结构件的支承、并受到重力作用时，抵抗挠曲的能力。较硬挺的阀瓣不会像不硬挺的阀瓣那样容易因重力而变形；
“单向流体阀”是指允许流体沿某一方向通过但不能沿其他方向通过的阀；
“非偏置的”用于阀瓣，指阀瓣没有由施加在柔性阀瓣上的机械力或内应力压向或压在密封表面上。
附图说明
图1是可以结合本发明使用的过滤面罩10的正视图。
图2是图1中面罩主体12的部分截面。
图3是沿图1的线3-3截取的呼气阀14的剖视图。
图4是可以结合本发明使用的阀座20的正视图。
图5是可以用来保护呼气阀的阀罩50的透视图。
本发明示例性实施例的描述
在本发明的实施中，提供了一种新型过滤面罩，其可以改善佩戴者的舒适度并同时让佩戴者更加能在污染的环境中连续配戴其面罩。因此，本发明可以改善工人的安全状况并对工人及其他佩戴个人呼吸保护装置的人员提供长期的有益健康的效果。
图1示出了可以结合本发明使用的过滤面罩10的一个实例。过滤面罩10具有杯形面罩主体12，面罩主体12上连接有呼气阀14。该阀可以用任何适用的技术连接在面罩主体上，例如，授予Williams等人的美国专利6,125,849或Curran等人的WO 01/28634中所述的技术。呼气阀14响应面罩10内增加的压力而打开，这种压力增加出现在佩戴者呼气时。优选的是，呼气阀14在呼吸之间和吸气期间保持关闭。图1示出移除了阀罩50(参见图5)的阀14。
面罩主体12适合与人的鼻和口贴合，贴合时与佩戴者的面部留有空间，以在佩戴者的脸和面罩主体内表面之间形成内部气体空间或空隙。面罩主体12是流体可渗透的，并且通常有开口(未示出)，所述开口位于呼气阀14连接到面罩主体12的位置处，以使得呼出空气能通过阀14离开内部气体空间，而不必穿过面罩主体12。开口在面罩主体12上的优选位置为：佩戴面罩时，佩戴者的嘴部位置的正前方。通过在此位置处设置开口以及配套的呼气阀14，使得阀在面罩10的佩戴者所产生的呼气压 力的作用下更易于打开。对于图1所示类型的面罩主体12，基本上，面罩主体12的整个外露表面对于吸入空气都是流体可渗透的。
面罩主体12上可以布置包括极软的柔韧性金属(例如铝)带的鼻夹16，以允许其成形为使面罩在佩戴者鼻子上保持期望的贴合关系。适用的鼻夹的实例在美国专利5,558,089和Des.412,573(Castiglione)中示出。
面罩主体12可以呈弯曲的半球形状，如图1所示(还可参见授予Dyrud等人的美国专利4,807,619)，或者，它还可以采取期望的其它形状。例如，面罩主体可以是杯形面罩，具有类似于美国专利4,827,924(Japuntich)中所公开的面罩结构。面罩还可以具有三褶构型，当未使用时，可以折成平的，但在佩戴时，可以打开为杯形构型-参见美国专利6,123,077(授予Bostock等人)和美国专利Des.431,647(授予Henderson等人)、Des.424,688(授予Bryant等人)。本发明的面罩还可以采用多种其它构型，例如授予Chen的美国专利Des.443,927中所公开的平面双褶面罩。所述面罩主体也可以是流体不可渗透的并具有与其连接的滤筒，类似于授予Burns和Reischel的美国专利5,062,421中所示的面罩。此外，所述面罩主体还可以经过改造，用于正压空气吸入，这与刚才所述的负压面罩相反。正压面罩的实例在美国专利5,924,420(授予Grannis等人)和4,790,306(授予Braun等人)中示出。所述过滤面罩的面罩主体也可以和自备式呼吸器连接，所述自备式呼吸器可为佩戴者供给洁净空气，例如，如美国专利5,035,239和4,971,052中所公开。所述面罩主体可以被构造为不但能罩住佩戴者的鼻和嘴(称为“半面罩”)，还可以罩住佩戴者的眼睛(称为“全面罩”)，以对佩戴者的视力和佩戴者的呼吸系统提供保护-参见(例如)授予Reischel等人的美国专利5,924,420。面罩主体既可与佩戴者面部有一定间隔，也可与其紧贴或接近。在任一种情况中，所述面罩有助于限定内部气体空间，呼出空气在通过呼气阀离开面罩内部之前会经过所述内部气体空间。面罩主体也可以在其周边具有热致变色的贴合性指示密封物，以使佩戴者易于确定是否形成了良好的贴合-参见授予Springett等人的美国专利5,617,849。
为了使面罩在佩戴者面部保持很好的贴合，面罩主体可以装有带具，例如带子15、绑带或任何其他合适的装置，用以支承佩戴者面部上的面罩。适用的面罩带具的实例在授予Brostrom等人的美国专利5,394,568和6,062,221和授予Byram的美国专利5,464,010中示出。
图2示出，面罩主体12可以包含多层，例如内部的成形层17和外部的过滤层18。成形层17为面罩主体12提供结构并支承过滤层18。成形层17可位于过滤层18的内面和/或外面(或在内外两面)，并且可以用例如模制为杯形构型的热粘结纤维的非织造纤维网制成-参见授予Dyrud等人的美国专利4,807,619和授予Berg的美国专利4,536,440。它还可以从多孔层或“鱼网”型的柔性透孔塑料网制成，类似授予Skov的美国专利4,850,347中所公开的成形层。所述成形层可以根据已知的工序进行模制，例如Skov描述的或授予Kronzer等人的美国专利5,307,796中描述的那些。虽然设计成形层17的主要目的是为面罩提供结构和为过滤层提供支承，但成形层17也可以发挥过滤器的作用，其通常用于捕捉较大的微粒。层17和层18共同作为吸气过滤元件而工作。
佩戴者吸气时，空气通过面罩主体吸入，而空气中的微粒则被捕集到纤维(特别是过滤层18中的纤维)间的空隙中。在图2所示的面罩中，过滤层18和面罩主体12为一体式-也就是说，它形成所述面罩主体的一部分，而不是类似滤筒那样是随后连接到所述面罩主体(或从中移除)的物件。
经常用于负压半面罩呼吸器-类似于图1所示的面罩10-的过滤材料常常含有带电微纤维(尤其是熔喷微纤维(BMF))的缠结纤维网。微纤维典型的平均有效纤维直径为约20微米(μm)或者更小，但通常为约1到约15μm，更常见的直径为约3到10μm。有效纤维直径可以如Davies，C.N.，The Separation of Airborne Dust and Particles，Institution of Mechanical Engineers，London，Proceedings 1B.1952中描述的方法计算。BMF纤维网可以如下述文章中所述的方法进行成形：Wente，Van A.，Superfine Thermoplastic Fibers in IndustrialEngineering Chemi stry，vol.48，pages 1342et seq.(1956)；或者Naval Research Laboratories的Report No.4364，出版于1954年5 月25日，Wente，Van A.、Boone，C.D.和Fluharty，E.L.著，题为Manufacture of Superfine Organic Fibers。当无规缠结为纤维网时，BMF纤维网有足够的整体性，可作为垫来处理。可使用各种技术将电荷赋予纤维网，例如，在授予Angadjivand等人的美国专利5,496,507、授予Kubik等人的美国专利4,215,682和授予Nakao等人的美国专利4,592,815中描述的技术。
可以在面罩主体中用作过滤器的纤维材料的实例公开在授予Baumann等人的美国专利No.5,706,804、授予Peterson的美国专利No.4,419,993、授予Mayhew的美国再颁专利No.Re 28,102、授予Jones等人的美国专利5,472,481和5,411,576以及授予Rousseau等人的美国专利5,908,598中。所述纤维可以包含聚合物，例如聚丙烯和/或聚-4-甲基-1-戊烯(参见授予Jones等人的美国专利4,874,399和授予Dyrud等人的美国专利6,057,256)，还可以包含氟原子和/或其它添加剂，以增强过滤性能-参见美国专利申请09/109,497，名称为FluorinatedElectret(氟化驻极体)(还公布为PCT WO 00/01737)，和授予Crater等人的美国专利5,025,052和5,099,026；并且还可以有低含量的可提取的碳氢化合物以改善性能，例如，参见授予Rousseau等人的美国专利6,213,122。纤维网也可以加工成具有增强的抗油雾性，如授予Reed等人的美国专利4,874,399和均是授予Rousseau等人的美国专利6,238,466和6,068,799中所述。
面罩主体12也可以包含内覆盖织网和/或外覆盖织网(未示出)，所述覆盖织网可以使过滤层18不受研磨力损坏，并可保留从过滤层18和/或成形层17松开的任何纤维。覆盖织网还可以有过滤能力(尽管通常无法和过滤层18相比)，和/或可以起到使面罩的佩戴更为舒适的作用。覆盖织网可以由非织造纤维材料制成，例如包含(例如)聚烯烃和聚酯的纺粘纤维(参见，例如授予Angadjivand等人的美国专利6,041,782、授予Dyrud等人的美国专利4,807,619和授予Berg的美国专利4,536,440)。
图3显示，柔性阀瓣22在该阀瓣关闭时停留在密封表面24上，并且还以悬臂方式被支撑于阀座20的阀瓣固定表面25上。呼气过程中，当内 部气体空间达到有效的压力时，阀瓣22的自由端26从密封表面24抬起。密封表面24可以在一个平面内，以使得在中性条件下-也就是说，佩戴者既不吸气，又不呼气时，平坦的柔性阀瓣22可以停留在平面形式的密封表面24上，而不朝着密封表面24偏置。
过滤面罩10的佩戴者呼气时，呼出的气体通常要通过面罩主体和呼气阀14这两者。当最高百分比的呼出空气通过呼气阀14，而不是面罩主体中的过滤介质和/或成形层和覆盖层时，将获得最佳的舒适度。通过呼出空气将柔性阀瓣22从密封表面24抬起，呼出空气通过阀14中的孔28从内部气体空间排出。在呼气过程中，和阀瓣22的固定或静止部分30相连的阀瓣22的周部或周边边缘保持基本静止，而柔性阀瓣22的其余自由周部边缘在呼气过程中从阀座20抬起。
柔性阀瓣22的静止部分30被固定在阀座20的阀瓣固定表面25上，相对于孔28，表面25为非中心设置的，并可以用销轴36来帮助将阀瓣22装配和定位在阀座20上。柔性阀瓣22可以用声波焊接、粘合剂和机械夹紧等方法固定到面25上。阀瓣夹板21帮助将阀瓣22锚定在表面25上以及限定阀瓣22的静止部分30。阀座20还具有凸缘38，该凸缘从阀座20基部侧向延伸，以提供可以让呼气阀14固定到面罩主体12上的表面。
图3显示了处于关闭位置的柔性阀瓣22停留在密封表面24上，并且用虚线22a画出了处于打开位置的柔性阀瓣。流体沿箭头34表明的总体方向通过阀14。如果阀14用于过滤面罩以从面罩内部清除呼出空气，则流体流34表示呼出的气流。如果阀14用作吸气阀，则流体流34表示吸入的气流。通过孔28的流体对柔性阀瓣22施加力，导致阀瓣22的自由端26从密封表面24上抬起，使阀14打开。当阀14用作呼气阀时，该阀在面罩10上的取向优选使得当面罩10如图1所示竖直设置时，柔性阀瓣22的自由端26位于固定端下方。这能使呼出的空气向下偏转，以防止湿气凝结在佩戴者的眼镜上。
本发明的阀的特征在于它们的悬臂特征。阀瓣22保持连接在阀座20的表面25上的固定或静止部分30(在所描绘的实施例中由阀瓣夹板21保持在其位置上)可以限定悬臂边缘40(还可参见图1)，越过所述悬臂 边缘，阀瓣22能够挠曲离开阀的密封表面24，如图3所示。悬臂边缘40可以优选为直线的形状，以减少打开阀瓣22所需的力(与弯曲形状的悬臂边缘相比)。例如，如果使用销轴36将阀瓣22固定在阀座20上，则悬臂边缘40可以由夹板21的边缘限定，如图1和图3所示。将阀瓣22连接到阀座20上的其它技术可能导致悬臂边缘40相对于阀座20位于不同位置。
柔性阀瓣22有大致垂直于悬臂边缘40延伸的梁长L。沿梁长L的处于近侧边缘27和悬臂边缘40之间的距离小于沿梁长L的处于远侧边缘29和悬臂边缘40之间的距离。
可优选的是，沿梁长L的处于近侧边缘27和悬臂边缘40之间的距离与沿梁长L的处于远侧边缘29和悬臂边缘40之间的距离之比为1∶5或者更大，在某些实施例中为2∶5或者更大。随着悬臂边缘40与近侧边缘27之间的距离和悬臂边缘40与远侧边缘29之间的距离之比增加，打开阀瓣22所需的流体压力可能会由于杠杆臂更大而降低。流体压力的这种降低可以使佩戴者呼吸时打开阀更省力，从而可能减少佩戴者的疲劳。
图4显示了其上未连接阀瓣的阀座20的前视图。阀孔28布置于密封表面24的径向内侧，并可具有十字形构件35，该构件可以稳定密封表面24并最终稳定阀14。十字形构件35还能防止阀瓣22(图3)在吸气时进到孔28中。十字形构件35上积聚的水分可能妨碍阀瓣22的打开。因此，从侧面看，十字形构件35面朝阀瓣的表面优选稍稍凹陷而在密封表面24以下，从而不阻碍阀打开。
密封表面24限制或围绕孔28，以避免不希望的污染物从该孔通过。从前面看时，密封表面24和阀孔28实际上可以呈任意形状。例如，密封表面24和阀孔28可以是正方形、长方形、圆形、椭圆形等，或是这些形状的组合，参见(例如)美国专利5,325,892和5,509,436(Japuntich等人)以及序列号为09/888,943和09/888,732的美国专利申请(Mittelstadt等人)中所述的形状。密封表面24的形状不必与孔28的形状一致，反之亦然。例如，孔28可以为圆形而密封表面24 可以为长方形。然而优选的是，当对着流体流的方向观看时，密封表面24和孔28具有圆形的横截面。
阀座20可优选地由相对轻的塑料制成，该塑料被模制成整体的一体式主体。阀座20可采用注塑成型技术制造。与柔性阀瓣22接触的密封表面24优选被制成基本上均匀的平滑表面，以确保可形成良好的密封，密封表面24可存在于密封脊的顶部。接触表面24优选具有足够的宽度来与柔性阀瓣22形成密封，但是不能宽到由凝结的水分产生的粘合力使得柔性阀瓣22明显难以打开。密封表面或接触表面的宽度优选至少为0.2mm，并且优选为约0.25mm至0.5mm。图1、图3和图4所示的阀14及其阀座20在美国专利5,509,436和5,325,892(Japuntich等人)中进行了更详细地描述。
与本发明的过滤面罩中的阀结合使用的密封表面优选是刚性的，也就是说，其优选具有高于0.02GPa的硬度。可优选的是，构成刚性密封表面的材料表现出0.05GPa或更高的硬度。硬度可根据本文提到的“纳米压痕技术”测定。刚性密封表面可形成为阀座的一体部分。作为选择，满足本文讨论的硬度要求的刚性阀座基本上可以使用任何适用的技术连接到阀座上，例如粘合、粘结、焊接、摩擦接合等等。密封表面可以是涂层、薄膜、环等形式。
可优选的是，阀座20和密封表面24由相对轻的塑料通过(例如)注塑成型方法模制成整体的一体式主体，从而形成为一体式单元，并且回弹性密封表面可与其接合。与柔性阀瓣22接触的密封表面24优选制成基本上均匀的平滑表面，以确保形成良好的密封。密封表面24可存在于密封脊29的顶部，或者它可以与阀座本身在平面上对齐。密封表面24的接触区域优选具有足够的宽度来与柔性阀瓣22形成密封，但是不能宽到粘合力-由凝结的水分或排出的唾液产生-使得柔性阀瓣22明显难以打开。密封表面24可优选以凹陷的方式弯曲，这样，阀瓣与密封表面接触，有利于阀瓣与密封表面的整个周边相接触。
图5显示了可适用于其它附图中示出的呼气阀的阀罩50。阀罩50限定了内室，在其中，柔性阀瓣可从关闭位置移动到打开位置。阀罩50可保护柔性阀瓣不受损坏，并有助于使呼出的气体向下而远离佩戴者的眼 镜。如图所示，阀罩50可具有多个开口52，以允许呼出的空气从阀罩界定的内室中逸出。通过开口52离开内室的空气进入外部气体空间，并以向下的方式远离佩戴者的眼镜。
除了用作呼气阀外，本发明同样适用于与吸气阀联用。类似于呼气阀，吸气阀也是一种用于在外部气体空间和内部气体空间之间传送流体的单向流体阀。然而，不同于呼气阀，吸气阀允许气体进入面罩主体的内部。因此，在吸气时，吸气阀允许空气从外部气体空间进入内部气体空间。
吸气阀通常与连接有滤筒的过滤面罩联用。该阀可位于滤筒或面罩主体的后面。在任何情况下，吸气阀优选设置在吸入流路中，在该吸入流路下游气体已经得以过滤，或换句话讲已处理为安全的呼吸气体。市售的包括吸气阀的面罩实例为3M Company出售的5000TM和6000TM系列呼吸器。已获专利权的使用吸气阀的过滤面罩实例在美国专利5,062,421(Burns和Reischel)、美国专利6,216,693(Rekow等人)和美国专利5,924,420(Reischel等人)中公开，还可参见美国专利6,158,429、6,055,983和5,579,761。吸气阀可采取例如按钮式阀的形式，作为选择，还可以为类似于图1、图3、图4和图5中所示的瓣式阀。要将这些附图中所示的阀用作吸气阀，仅需要以反向的方式将其安装到面罩主体上，这样，在吸气时而不是在呼气时，柔性阀瓣22从密封表面24上抬起。因此，阀瓣22会在呼气时而不是在吸气时压在密封表面24上。通过减少呼吸时操纵吸气阀所需的力，本发明的吸气阀可同样改善佩戴者的舒适度。
如本文所讨论的，被构造成在本发明的流体阀中使用的柔性阀瓣包括适于连接到流体阀的阀座上的薄片。柔性阀瓣可响应来自移动气流的力而动态地弯曲，并且可在该力移除时容易地返回其初始位置。
可优选的是，本发明的柔性阀瓣至少部分是平片形式，以使得跨越密封表面的阀瓣的主表面也是平的。本文所用术语“平片”不包括具有在阀瓣主表面的其余部分上面延伸的结构特征(例如，凸出的肋)的阀瓣。更优选地，整个阀瓣构造成平的材料片，包括位于密封表面外侧的阀瓣部分。
如本文所讨论的，根据本发明的阀的柔性阀瓣是非偏置的，也就是说，阀瓣没有由施加在柔性阀瓣上的任何机械力或内应力压向或压在密封表面上。因为阀瓣在中性条件下(也就是说，在没有流体流经阀或阀瓣也没有受到外力作用时)没有朝着密封表面偏置，因此在呼气时，与阀瓣偏置在密封表面上的阀相比，本发明的阀更容易打开。非偏置的阀瓣有利地在较长的存贮时间后没有经历蠕变。
为了有助于在呼气过程中未受到流体压力时将阀瓣保持在关闭位置(也就是说，靠在密封表面上)，本发明的柔性阀瓣优选由比偏置阀通常所用材料更硬挺的材料构成。得到的更硬挺的(但仍然是柔性的)阀瓣优选在阀瓣的重力作用下(并且没有流体压力来打开阀瓣)不会明显地松垂而偏离密封表面。因此，该单向阀可在阀瓣不朝密封表面偏置的情况下，使得在任何方向阀瓣都能与密封表面良好接触，包括佩戴者朝着地面向下低头时。因此，不管阀处于任何方位，本发明的柔性阀瓣都能在没有显著的朝着阀座密封表面的预应力或偏置作用的条件下与密封表面密封接触。阀瓣上没有受到显著的预定应力或力，可使得在呼气时能更容易打开阀瓣，因此可减小呼吸时操纵阀所需的力。
用于制造本发明的阀瓣的材料优选为具有硬挺性并且在柔性阀瓣的启动范围可弹性变形的材料。阀瓣为单层结构形式，其中整个阀瓣结构的组成基本上是一致的，也就是说，阀瓣不包括表现出不同物理特性的两层或多层。单层阀瓣可只用一种材料构成，使得阀瓣基本上仅由一种材料构成。作为选择，阀瓣可包含两种或多种不同的分散于阀瓣结构本体中的材料，使得阀瓣的组成是均匀的(除了由于制造的原因有较小的组成变化)。这种单层阀瓣可不同于(例如)美国专利申请公开No.US2005/0061327所描述的多层阀瓣结构。
用于柔性阀瓣的材料的弹性模量可能是设计根据本发明的柔性阀瓣的一个因素。如上指出的，“弹性模量”是应力-应变曲线的直线部分的应力和应变之比，该曲线通过向试件施加轴向载荷并同时测量载荷与变形而得到。通常，对试件施加单轴载荷并测量载荷和应变，这是以步进方式或以连续方式进行的。本发明中采用的材料的弹性模量可以利用标准化ASTM试验测得。用于测量弹性模量或杨氏模量的ASTM试验由要在标准条件下 分析的材料的类型或类别确定。用于结构材料的通用试验由ASTM E111-97所涵盖，该试验可用于下述结构材料：其中与施加载荷后立即产生的应变相比以及与弹性性能相比，蠕变可忽略。用于测量塑料的拉伸特性的标准试验方法在ASTM D638-01中有所描述，可用于评估未增强和增强塑料。如果选择经硫化处理的热固性橡胶或热塑性弹性体用于本发明，则可采用标准试验方法ASTM D412-98a，该方法涵盖了用于评估这些材料的拉伸特性的过程。
挠曲模量是另一种性能，可用于限定柔性阀瓣的层所用的材料。对于塑料，挠曲模量可根据标准化试验ASTM D747-99确定。
模量值传达固有的材料特性和不能精确比较的组成特性。当阀瓣使用不同类别的材料时尤其如此。如果阀瓣采用不同类别的材料，则技术人员需要选择最适合于这种材料组合的试验。例如，如果阀瓣含有在聚合物(连续相或基质)中的陶瓷粉(不连续相)，则在阀瓣的塑料部分是连续相的情况下，塑料的ASTM试验可能是更适合的测试方法。
柔性阀瓣可优选由具有以下弹性模量的材料制造：该弹性模量优选为约0.7MPa或更高，更优选为约0.8MPa或者更高，并且可更优选为约0.9MPa或更高。就弹性模量范围的上限而言，可优选的是，用于阀瓣的材料的弹性模量为约20MPa或更低，更优选为约15MPa或更低，可能更优选为约13MPa或更低。
柔性阀瓣的整体厚度通常可为约250微米(μm)或更厚，更优选为约500μm或更厚，并且可更优选为约600μm或更厚。就厚度范围的上限而言，可能优选的是，阀瓣厚度为约3500μm或更薄，更优选为约3000μm或更薄，并且更优选为约2800μm或更薄。
阀瓣的弹性模量及其厚度的组合可以优选地提供用于本发明的阀瓣，其具有相对低的悬臂弯曲率(参见本文中关于悬臂弯曲率试验的论述)。可优选的是，本发明的阀瓣尽管是柔性的，但显示出的悬臂弯曲率为约0.0050或更小，优选约0.004或更小，更优选约0.0025或更小，并且可更优选约0.0015或更小。
美国专利5,325,892和5,509,436(Japuntich等人)中描述的呼气阀据信是市售的、用于过滤面罩的非常好的呼气阀。然而，本发明的阀 能超越关于漏率、阀开口压降和阀在各种流量下的压降的可接受的性能标准。这些参数可使用下面所描述的漏率试验和压降测试进行测量。
漏率是衡量阀在中性条件下保持关闭的能力的参数。下面将详细描述漏率试验，但是该试验总体上测量在空气压力差为1英寸水柱(249Pa)下可通过阀的空气量。在249Pa压力下，漏率的范围为0至30立方厘米/分钟(cm3/min)，数值越低表示密封性越好。使用本发明的过滤面罩，根据本发明可达到漏率低于或等于30cm3/min。优选地，还可达到漏率低于10cm3/min。
一些可能适用于制造密封表面的材料的实例包括诸如陶瓷、金刚石、玻璃、氧化锆等高度结晶的材料；由诸如硼、黄铜、镁合金、镍合金、不锈钢、钢、钛和钨等材料制成的金属/箔。可能合适的聚合材料包括热塑性塑料，例如共聚酯醚、乙烯-丙烯酸甲酯聚合物、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、高密度聚乙烯、高抗冲聚苯乙烯、线性低密度聚乙烯、聚碳酸酯、液晶聚合物、低密度聚乙烯、三聚氰胺树脂、尼龙、聚丙烯酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏氟乙烯。源于天然的纤维素材料，例如芦苇、纸、以及诸如山毛榉、雪松、枫树、云杉之类的木材也可使用。也可使用这些材料的共混物、混和物和复合物。
一些市售的、可适用于密封表面的材料的实例可包括：
表1
  聚合物类型   来源  产品标号   公布的弹性  模量(MPa)
  尼龙11   Elf Atochem(Philadelphia，  PA)  Besno P40 TL   320
  尼龙11   Elf Atochem(Philadelphia，  PA)  Besno TL   1300
  共聚酯醚   Eastman Chemical Co.  (Kingsport，TN)  Ecdel 9966   110
  乙烯-丙烯酸甲酯共  聚物   Eastman Chemical Co.  (Kingsport，TN)  EMAC SP2220
  聚碳酸酯   Bayer AG(Pittsburgh，PA)  Makrolon 3108   2413
  聚对苯二甲酸乙二醇  酯   E.I.Dupont Co.  (Wilmington，DE)  Mylar 50 CL   3790
  聚丙烯   Atofina(Deerpark，TX)  聚丙烯3576
可优选的是，柔性阀瓣由回弹性聚合材料制成。本文用作形容词的术语“聚合”是指包含聚合物，所述的聚合物是包含有规或无规排列的重复单元的分子。所述的聚合物可以是天然的或者是合成的，优选为有机的。回弹性聚合材料可包括弹性体、热固性塑料和热塑性塑料、塑性体或是它们的共混物。柔性阀瓣使用的聚合材料的全部或者一部分可以是经取向的，或者未经取向。
弹性体可以是热塑性弹性体或交联橡胶，可包括橡胶材料，例如，聚异戊二烯、聚(苯乙烯-丁二烯)橡胶、聚丁二烯、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚丙烯酸酯弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶、含氟弹性体、硅橡胶、聚氨酯、氯醚橡胶、环氧丙烷橡胶、聚硫橡胶、聚磷嗪橡胶、胶乳橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物弹性体、超低密度聚乙烯弹性体、共聚酯醚弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯弹性体和聚α-烯烃弹性体。这些材料的共混物或混合物也可以使用。可以与上面讨论的材料共混的材料可包括(例如)聚合物、填充剂、添加剂、稳定剂等等。
一些市售的、可适用于本发明的柔性阀瓣的弹性体聚合材料的实例有：
表2
  聚合物类型   来源  产品标号   公布的弹性模  量(MPa)
  丁腈橡胶   Rubber Industries，  Inc.(Shakopee，MN)  4904 Nitrile Black
  乙烯-醋酸乙烯共聚物   E.I.Dupont Co.  (Wilmington，DE)  Elvax 260
  乙烯-丙烯酸甲酯共聚物   Eastman Chemical Co.  (Kingsport，TN)  EMAC SP2220
  聚乙烯   Dupont/Dow Elastomers  (Wilmington，DE)   Engage 8200   100％伸长率  时为2.76
  聚乙烯   Dupont/Dow Elastomers  (Wilmington，DE)   Engage 8550
  苯乙烯-丁二烯-苯乙烯  嵌段共聚物   Atofina(Houston，TX)   Finaprene 502
  苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙  烯嵌段共聚物   Kraton Elastomers  (Belpre，Ohio)   Kraton G1657   300％伸长率  时为2.41
  热塑性弹性体   QST Inc.(St.Albans，  VT)   Monprene 1504   300％伸长率  时为2.76
  热塑性弹性体   Advanced Elastomers  (Akron，Ohio)   Santoprene  121-58W175   100％伸长率  时为2.1
  离聚物树脂   E.I.Dupont Co.  (Wilmington，DE)   Surlyn 1650
  热塑性弹性体   Advanced Elastomers  (Akron，Ohio)   Vistaflex 641   100％伸长率  时为1.6
选择伸长率百分比以与给定材料的应力-应变曲线的平坦部分最佳匹配。
用于本发明的柔性阀瓣可使用任何适当的工艺制成，例如，挤出、电镀、注塑成型、浇铸、溶剂涂覆、气相沉积等。
选择下列实例在此进行描述仅为了进一步说明本发明的具体特征和细节。然而，应该清楚地理解，尽管实例用于此目的，但是具体细节、成分和其它特征不应理解为不当地限制本发明的范围。
测试装置、测试方法和实例
流量测试装置：
借助于流量测试装置对阀进行压降测试。流量测试装置以规定的流量通过铝安装板和附连的风室向阀提供空气。测试时安装板容纳阀座并牢固地保持该阀座。铝安装板在容纳阀基部的顶部表面有较浅的凹槽。凹槽的中心有19.3毫米(mm)的圆形开口，空气可以通过该开口流入阀中。经粘合剂覆面的泡沫材料可以连接到凹槽内的凸缘，以在阀和安装板之间形成气密密封。已加载荷的夹具用于夹住阀座的左右边缘并将其固定在铝安装板上。将空气通过半球形的风室提供给安装板。安装板固定在风室的半球顶部或顶点上，以模拟呼吸面罩的腔体形状和体积。半球形风室的深度为约30mm，基部直径为80mm。将来自供气管的空气接到风室的基部，并 调节以提供所需的流量经过流量测试装置流入阀。对于建立的空气流，测量风室内的空气压力以确定所测试阀的压降。
悬臂弯曲率：
通过测量试样在其自身重量下的弯曲长度，悬臂弯曲测试可用于表明材料薄带的硬挺性。切下0.794cm宽、约5cm长的材料薄带，制成试样。使试样沿平行于其长度的方向滑过水平面的90°边缘。在1.5cm(伸出的长度)的材料超出边缘后，测量试样带末端的最低边缘至水平面的竖向距离，即为试样的挠度。试样的挠度除以其伸出的长度得到悬臂弯曲率。与趋近为零的悬臂弯曲率相比，悬臂弯曲率趋近于一(1)表明柔性程度更大。
漏率测试
呼气阀的漏率测试通常按42CFR§82.204中的描述进行。这种漏率测试适用于在阀座上安装有柔性阀瓣的阀。进行漏率测试时，将阀座密封于两个有孔气室的开口之间。两个气室被构造为导入下室的压缩空气通过阀向上流入上室。下气室的配置使其内压在测试时可被监控。连接到上室出口的气流计用来测定通过气室的气流量。测试时，将阀密封于两个气室之间，使阀处于水平方向，阀瓣面朝下室。供气管向下室加压，以在两个气室之间产生249Pa(25mm H2O；1英寸H2O)的压力差。整个测试过程中都保持这一压力差。从上室流出的空气量记录为测试阀的漏率。漏率记录为流速，以升/分钟为单位，在将249Pa的空气压力差施加于阀时得出该结果。
硬度测量：
采用纳米压痕技术测定阀座中所用材料的硬度。采用纳米压痕技术既可以测试用于阀座应用的原料样品，也可以测试组装为阀组件一部分时的阀座。此测试使用可得自MTS Systems Corp.(Nano InstrumentsInnovation Center 1001 Larson Drive，Oak Ridge TN，37839)的微压痕装置MTS Nano XP Micromechanical Tester进行。使用这种装置，测量具有65度半锥角的Berkovich锥体金刚石压头的穿透深度随所施加的力的变化情况，直到达到最大载荷。标称加载速率为10纳米/秒(nm/s)，表面接近灵敏度为40％，并且空间漂移给定值设置为0.8nm/s (最大)。对所有测试均使用恒定应变速率实验至深度为5,000nm，但熔融硅石校准用标准物除外，在这种例外情况下，采用恒定应变速率至最终载荷为100,000微牛顿。应变速率、谐波位移和泊松比的目标值分别为0.05秒-1、45Hertz和0.4。将试样固定于固定器中后，通过测试设备的视频屏幕从顶部朝下的视图方向确定要测试的目标表面的位置。采用测试设备的100X视频放大倍率来局部选择测试区域，以确保测试区域对于所需样品材料而言具有代表性，即，没有空隙、内含物或碎片。在试验过程中，对每一轮实验进行一次熔融石英标准物测试，作为“证明”。测试前，通过迭代过程对显微镜光轴和压头轴之间的轴对齐进行检查和校准，在迭代过程中，在熔融石英标准物中产生测试压痕，由测试设备中的软件进行误差校正。测试系统在连续刚度测量(CSM)模式下工作。以兆帕(MPa)为单位记录的硬度定义为：试样开始塑性流动的接触应力阈值，并由下式给出：
Figure S2006800474995D00201
H＝硬度
P＝载荷
A＝接触面积
实例1
用丁腈橡胶(1.969mm厚，肖氏A硬度为60)，通过对该橡胶片进行冲切以产生具有半圆端的矩形部分而形成柔性阀瓣(参见图1、物件22)。冲切的阀瓣总长(包括半圆端)为约3.1cm，阀瓣的宽度为约2.3cm。在平面截面中，阀瓣的半圆端的半径为1.27cm。
当根据本文描述的悬臂弯曲率测试进行测量时，该阀瓣显示具有25.4微米的挠度(d)，伸出的长度(L)为2.14cm，d/L比值为0.0011。
为了评估组装了该阀瓣的阀的漏率性能，用阀瓣夹板将所述阀瓣的矩形端固定到阀主体中的阀座上，所述阀瓣夹板的长度为0.955cm，宽度与阀瓣宽度共延。所述阀主体具有从侧面看来是平坦的或平面的阀座。
阀座的构型为授予Japuntich等人的美国专利5,325,892和5,509,436中所大致描述的阀座的改进形式。它类似于一种市售面罩Model 8511所采用的阀主体所用的那种阀座，所述面罩可得自3MCompany(St.Paul，MN)，不同的是，从侧面观察时，本发明的阀座是平坦的，不是弯曲的。阀主体具有设置在阀座内的3.0平方厘米(cm2)的圆孔，开口面积为2.64cm2。要装配用于评估的阀，使用阀瓣夹板将所述阀瓣夹在约5.65毫米(mm)长的阀瓣固定面上，所述阀瓣夹板从阀瓣后部向其自由端延伸0.955cm的距离，并且横越阀座达到约25mm的距离。弯曲的密封脊的宽度为约0.51mm。无论阀如何取向，柔性阀瓣在中性条件下均和密封脊保持抵靠关系。没有阀罩连接到阀座上。
根据本文所述的漏率测试进行测试时，所述阀显示具有7.5立方厘米/分钟(cc/min)的漏率。
以上引用的所有专利、专利申请和其它文献，包括背景技术部分中引用的那些，全部以引用方式并入本文。
可以合适地在缺少未在本文中具体描述的任何元件的情况下实践本发明。

Claims (23)

1.一种过滤面罩，包括：
(a)过滤面罩主体，所述过滤面罩主体适于贴合到至少佩戴者的鼻和嘴上，以在佩戴时形成内部气体空间；以及
(b)与所述内部气体空间流体连通的呼气阀，所述呼气阀包括：
(i)阀座，所述阀座包括密封表面和孔，呼出的空气可以通过所述孔离开所述内部气体空间，其中所述密封表面显示具有0.05Gpa或更高的硬度；以及
(ii)单层柔性阀瓣，所述柔性阀瓣装配于所述阀座上，使得当所述阀处于关闭位置时，所述阀瓣的第一主表面接触所述密封表面，并使得所述阀瓣在呼气时可以挠曲离开所述密封表面，以让呼出的空气通过所述孔而最终进入外部气体空间，其中，当处于关闭位置时所述柔性阀瓣是非偏置的，并且，其中，所述柔性阀瓣显示具有0.0050或更小的悬臂弯曲率。
2.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣显示具有0.004或更小的悬臂弯曲率。
3.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣沿着悬臂边缘连接到所述阀座上，所述柔性阀瓣有大致垂直于所述悬臂边缘延伸的梁长，并且其中所述孔包括位置沿着所述梁长的远侧边缘和近侧边缘，其中，沿所述梁长的处于所述近侧边缘和所述悬臂边缘之间的第一距离小于沿所述梁长的处于所述远侧边缘和所述悬臂边缘之间的第二距离。
4.根据权利要求3所述的过滤面罩，其中所述第一距离与所述第二距离之比为1∶5或更大。
5.根据权利要求4所述的过滤面罩，其中所述的第一距离和第二距离之比为2∶5或更大。
6.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣由一种材料组成。 
7.根据权利要求6所述的过滤面罩，其中所述材料的弹性模量为0.7到20兆帕。
8.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣位于所述密封表面和所述孔上方的部分为平片的形式。
9.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中，所述呼气阀装配在所述面罩主体上。
10.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中所述过滤面罩是负压半面罩，其包括流体可渗透的面罩主体，所述面罩主体包括过滤材料层。
11.根据权利要求1所述的过滤面罩，其中所述密封表面包括平的密封表面。
12.一种过滤面罩，包括：
(a)过滤面罩主体，所述过滤面罩主体适于贴合到至少佩戴者的鼻和口上，以在佩戴时形成内部气体空间；以及
(b)与所述内部气体空间流体连通的呼气阀，所述呼气阀包括：
(i)阀座，所述阀座包括刚性密封表面和孔，呼出的空气可以通过所述孔离开所述内部气体空间；以及
(ii)柔性阀瓣，所述柔性阀瓣装配于所述阀座上，使得当所述阀处于关闭位置时，所述阀瓣的第一主表面接触所述密封表面，并且使得所述阀瓣在呼气时可以挠曲离开所述刚性密封表面，以让呼出的空气通过所述孔而最终进入外部气体空间，其中，所述柔性阀瓣为单层结构的形式并且当处于关闭位置时是非偏置的，并且，其中，所述柔性阀瓣显示具有0.0050或更小的悬臂弯曲率。
13.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣显示具有0.004或更小的悬臂弯曲率。
14.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述密封表面显示具有0.05Gpa或更高的硬度。
15.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣沿着悬臂边缘连接到所述阀座上，所述柔性阀瓣具有大致垂直于所述悬臂边缘延伸的梁长，并且其中所述孔包括位置沿着所述梁长的远侧边缘和 近侧边缘，其中，沿所述梁长的处于所述近侧边缘和所述悬臂边缘之间的第一距离小于沿所述梁长的处于所述远侧边缘和所述悬臂边缘之间的第二距离。
16.根据权利要求15所述的过滤面罩，其中所述第一距离和所述第二距离的比值为1∶5或更大。
17.根据权利要求16所述的过滤面罩，其中所述第一距离和所述第二距离的比值为2∶5或更大。
18.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣由一种材料组成。
19.根据权利要求18所述的过滤面罩，其中所述材料的弹性模量为0.7到20兆帕。
20.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述柔性阀瓣位于所述密封表面和所述孔上方的部分为平片的形式。
21.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述呼气阀装配到所述面罩主体上。
22.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述过滤面罩是负压半面罩，其包括流体可渗透的面罩主体，所述面罩主体包括过滤材料层。
23.根据权利要求12所述的过滤面罩，其中所述密封表面包括平的密封表面。 
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