CN101801465A - 具有可伸展的面罩主体的过滤式面具呼吸器 - Google Patents

具有可伸展的面罩主体的过滤式面具呼吸器 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种过滤式面具呼吸器10，包括面罩主体12和带具14。所述面罩主体12包括通过支承结构16保持在所述面罩主体12上的适当位置的过滤结构18，所述支承结构16包括可纵向移动的、中央分隔的横向延伸构件26，所述横向延伸构件26从所述结构16的第一侧面22延伸至第二侧面24，并且未通过阻碍所述横向延伸构件26纵向运动的任何纵向延伸构件接合到一起。所述横向延伸构件在所述面罩主体12的各侧面22、24朝彼此会聚。一种此构造的过滤式面具呼吸器10，可允许所述面罩主体12容易地适应人的颌部运动。使用此过滤式面具呼吸器的工人可以发现在工作时与他人交谈将容易得多。单个面罩尺寸还能够恰当地贴合多种尺寸的面部。

Description

具有可伸展的面罩主体的过滤式面具呼吸器
本发明涉及具有支承结构的过滤式面具呼吸器，所述支承结构包括可纵向移动的横向延伸构件。这些活动式支承构件使呼吸器面罩主体能够更好地适应呼吸器佩戴者说话时发生的颌部运动。活动式支承构件还使得面罩主体能够更好地适应更广泛的面部尺寸和几何形状。
背景技术
呼吸器通常佩戴于人的呼吸通道上，用于实现以下两个常见目的中的至少一个：(1)防止杂质或污染物进入佩戴者的呼吸道；以及(2)保护其他人或物不暴露于佩戴者呼出的病原体和其他污染物。在第一种情况下，在空气中存在对佩戴者有害的颗粒的环境中佩戴呼吸器，例如汽车车身修理店。在第二种情况下，在对其他人或物可能造成污染的环境中佩戴呼吸器，例如手术室或洁净室。
一些呼吸器被归类为“过滤式面具”，因为面罩主体自身用作过滤机构。与结合可连接的滤筒(参见，例如授予Yuschak等人的美国专利RE39,493)或嵌件成型过滤元件(参见，例如授予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，过滤式面具呼吸器具有构成整个面罩主体大部分的过滤介质，使得没有必要安装或更换滤筒。因此，过滤式面具呼吸器重量相对较轻并且易于使用。
过滤式面具呼吸器通常属于以下两类呼吸器的一类，即折叠放平呼吸器和成型呼吸器。折叠放平呼吸器以平坦状存放，但包括允许面罩打开成杯状构型以供使用的接缝、褶绉和/或折叠。在授予Bostock等人的美国专利6,568,392和6,484,722以及授予Chen的美国专利6,394,090中示出了折叠放平过滤式面具呼吸器的例子。
相比之下，成型呼吸器或多或少地被永久成型为所需的面部贴合构型，并且通常在存放和使用期间也保持该构型。成型的过滤式面具呼吸器通常包括模制的支承外壳结构(通常被称为“成形层”)，其通常由热粘合纤维或多孔塑料网制成。成形层主要被设计成为过滤层提供支承。相对于过滤层，成形层可存在于面罩的内部上(靠近佩戴者的面部)，或者可存在于面罩的外部上，或同时存在于内部和外部上。公开了支承过滤层的成形层的专利例子包括授予Berg的美国专利4,536,440、授予Dyrud等人的美国专利4,807,619和授予Skov的美国专利4,850,347。
在构造用于成型呼吸器的面罩主体时，通常将过滤层相对于成形层并置，并让组装层接受模制操作，方法是将组装层放置在加热的阳模部件和阴模部件之间(参见，例如授予Berg的美国专利4,536,440)，或使叠加关系的层通过加热工位并随后将叠加层冷塑成面罩的形状(参见授予Kronzer等人的美国专利5,307,796和授予Skov的美国专利4,850,347)。
在已知的成型过滤式面具呼吸器中，无论是通过上述哪一种技术组装成面罩主体，过滤层一般都通过缠结在层之间界面处的纤维或通过将纤维粘合到成形层而连接到成形层。作为另外一种选择，可以使用合适的粘合剂(参见授予Angadjivand等人的美国专利6,923,182和6,041,782)将过滤层粘合到成形层外壳的整个内表面上。还可以在面罩主体的周边焊接已知的过滤式面具呼吸器，以将组装层结合到一起。
发明内容
如上所述，设计过滤式面具呼吸器领域的技术人员已开发了在预成型面罩主体中支承过滤层的多种方法。然而，目前设计的面罩主体通常为无法适应佩戴者颌部运动的非动态结构。呼吸器佩戴者在工作时通常需要与其同事交谈。在交谈时发生的颌部运动会导致面罩主体在佩戴者面部上发生位移。当呼吸器在佩戴者面部上从其所需位置发生位移时，可能为污染空气未经过滤地进入面罩内部创造机会。此外，张开颌部往往会把面罩主体向下拉，从而夹紧鼻部。因此，常规呼吸器的非动态结构可能会对佩戴者产生不舒适感。
本发明解决了以下需求：提供一种可适应佩戴者颌部运动的过滤式面具呼吸器，使得呼吸器在交谈中可保持对佩戴者面部相称而舒适的贴合。为此，本发明提供一种过滤式面具呼吸器，其包括：(a)带具，和(b)面罩主体，面罩主体具有：(i)包括过滤层的过滤结构；和(ii)包括多个中央分隔的可纵向移动的横向延伸构件的支承结构，横向延伸构件从第一侧面延伸至第二侧面，并且在第一和第二侧面处均朝彼此会聚，其中存在至少一个下述可纵向移动的横向延伸构件，其从第一侧面延伸至第二侧面而未由任何阻碍该横向延伸构件纵向运动的纵向延伸构件接合到一起。
如上所述，常规过滤式面具呼吸器的面罩主体通常使用包括热粘合纤维的非织造纤维网或多孔塑料网的支承结构来支承过滤层。这些常规支承结构无法动态响应佩戴者的颌部运动。通过提供在各侧会聚的横向延伸构件，结合至少一个可纵向移动的横向延伸构件，可使支承结构纵向伸展以更好地适应人的颌部运动。根据本发明适应佩戴者颌部运动的能力可使面罩主体能在使用时在佩戴者面部上更好地保持其所需位置。支承结构的可伸展性还可以允许单个呼吸器适应更广泛的面部尺寸，并可以缓解鼻部上的夹紧作用。
术语表
下文示出的术语具有如下所定义的含义：
“对分”是指划分成两个基本相等的部分；
“中心线”是指从正面观察时垂直对分面罩的线(图7)；
“中央分隔的”是指从正面观察时沿垂直对分面罩主体的线或平面彼此分离；
“包含”是指其在专利术语中的标准定义，是一个通常与“包括”、“具有”或“含有”的意义大致相同的开放式术语。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，但本发明还可以使用较封闭的术语来适当描述，例如“基本由…组成”，其为半开放式术语，因为其仅排除在用于其要达到的功能时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”是指已滤除了污染物的一定体积的大气环境空气；
“污染物”是指颗粒(包括粉尘、薄雾和烟雾)和/或通常不会被视为颗粒但可悬浮在空气(包括呼出气流中的气体)中的其他物质(例如有机蒸气等)；
“横跨维度”为当从正面观察呼吸器时，在整个呼吸器上从一侧到另一侧横向延伸的维度；
“外部气体空间”是指呼出的气体在穿过且离开面罩主体和/或呼气阀后进入的环境大气空间；
“过滤式面具”是指面罩主体自身被设计成过滤通过其的空气；不存在连接到面罩主体上或模制成面罩主体来实现此目的的独立可识别的滤筒或嵌件成型过滤元件；
“过滤器”或“过滤层”是指一个或多个透气材料层，所述层主要适用于从通过其的空气流中除去污染物(例如颗粒)；
“过滤结构”是指设计成主要用于过滤空气的构造；
“第一侧面”是指面罩主体的一个区域，该区域在横向上远离垂直对分呼吸器的平面，并当戴上呼吸器时，将位于佩戴者的颊和/或颌区域；
“带具”是指帮助将面罩主体支承在佩戴者面部上的结构或部件组合；
“整体的”是指所考虑的部件以单个部件同时制成，而不是两个单独的随后被接合在一起的部件；
“阻碍运动”是指当暴露于在正常使用条件下存在的力时，会妨碍、限制或阻止运动；
“内部气体空间”是指面罩主体与人面部之间的空间；
“分界线”是指折线、接缝、焊线、粘结线、缝线、枢纽线和/或其任意组合；
“活动枢纽”是指一种机构，它允许从其延伸的构件通常可轻易地以旋转方式绕其枢转，使得在正常使用下不会对构件或对枢纽关节产生损伤；
“可纵向移动的”和“纵向移动”是指能够响应单纯的指压而纵向移动；
“面罩主体”是指透气的结构，其被设计成贴合在人的鼻部和嘴部上，并有助于限定与外部气体空间分离的内部气体空间；
“构件”在涉及支承结构时是指可单独地和容易地识别的固体部件，其尺寸应显著有利于支承结构的总体构造和构型；
“周边”是指面罩主体的外边缘，当某人戴上呼吸器时，该外边缘将通常紧邻佩戴者的面部设置；
“褶绉”是指被设计成自身向后折叠的部分；
“打褶的”是指自身被向后折叠；
“聚合物”和“塑料”均表示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”是指两个或更多个；
“呼吸器”是指由人员佩戴从而为佩戴者提供清洁空气以供呼吸的空气过滤装置；
“第二侧面”是指面罩主体的一个区域，该区域远离垂直对分面罩的平面线(第二侧面与第一侧面相对)，并当戴上呼吸器时，将位于佩戴者的颊和/或颌区域；
“支承结构”表示一种构造，其被设计成在正常处理下具有足够的结构完整性以保持其所需的形状，并且有助于保持被其支承的过滤结构的预期形状；
“间隔”表示物理分离，或在其间具有可测距离；
“横向延伸”表示通常在横跨维度上延伸；
附图说明
图1示出了佩戴在人面部上的根据本发明的过滤式面具呼吸器10的正面透视图；
图2a示出了根据本发明的面罩主体12的侧视图，其中可纵向移动的横向延伸构件26以非伸展状态位于构件28附近；
图2b示出了面罩主体12，其中可纵向移动的横向延伸构件26与构件28分离，以使面罩主体处于开放式伸展构型；
图3为沿图2b的线3-3截取的过滤结构18的剖视图；
图4为过滤结构18的透视图；
图5为活动枢纽64a、64b的可供选择的实施例的侧视图，活动枢纽可用于支承结构16’中以允许构件26、28、40、46、48和50发生转动；
图5E为图5的虚线圈5E的内部区域的放大视图；
图6a和图6b为呼吸器10″的另一个实施例的侧视图，该呼吸器具有不同的支承结构16″并包括鼻夹72和呼气阀74；
图7为面罩主体12的前视图，示出了可被固定到面罩主体上的薄膜带76，以在测试过程中协助面罩主体12在纵向维度上伸展；
图8为坯料的平面图，该坯料用于形成根据本发明的多层过滤结构18(图4)；
图9为本发明的过滤式面具呼吸器和Moldex 2200过滤式面具呼吸器的拉伸应变与负荷的曲线图；以及
图10为分离本发明的呼吸器中两个相邻的横向延伸构件所需的力与纵向距离的曲线图。
具体实施方式
在实施本发明时，提供了过滤式面具呼吸器，其在一个或多个位置能够以类似于手风琴的方式发挥功能，使得面罩主体可配合人颌部的运动而伸展和收缩。在工作中，工人时常需要彼此交流。然而，常规的过滤式面具呼吸器未使用能够配合佩戴者的颌部运动而发生明显动态运动的面罩主体。因此，当佩戴者说话时，常规呼吸器可能会在佩戴者面部上发生位移。当颌朝下移动时，还会将呼吸器的鼻部向下拉，从而压紧在佩戴者的鼻上。本发明通过提供一个或多个可纵向移动的横向延伸构件解决了这些弊端，根据具体情况，当呼吸器佩戴者张开和闭上他们的嘴时，这些构件可彼此相背或相向移动。
图1示出了佩戴在人的鼻和嘴上的呼吸器10。呼吸器10包括面罩主体12和带具14。面罩主体12具有支承结构16和过滤结构18。支承结构16包括周边20、第一侧面22以及相对的第二侧面24。当戴上呼吸器10时，支承结构16的周边20可以(但不必定)接触佩戴者的面部。周边20可以具有围绕(并靠近)面罩主体12的周边连续延伸360°的构件(或构件的组合)。周边还可以为分割的或不连续的一般来讲，佩戴者的面部将仅接触过滤结构18的内表面或周边(或附加的面部密封材料的内表面)，从而实现舒适的佩戴效果。因此，过滤结构18的周边边缘可以稍稍延伸出支承结构16的周边20。支承结构16还包括可纵向移动的横向延伸构件26。此可纵向移动的横向延伸构件26从面罩主体12的第一侧面22延伸到第二侧面24，而未通过可能阻碍横向延伸构件26纵向运动的任何纵向延伸构件连接在侧面22与24之间。也就是说，不存在将构件26连接到构件28的结构件，当佩戴者张开颌部或嘴部时，若存在这种结构件会限制构件26远离构件28。有利地根据图示实施例实现的纵向运动沿中心线29尤为突出。从中心线29移向支承结构16的各侧22或24，横向延伸构件26、28朝彼此会聚。当从正面观察投影在平面上的呼吸器时(图7)，横向尺寸在通用“x”度上跨越整个呼吸器，纵向尺寸在通用“y”维度上在呼吸器10的底部和顶部之间延伸。当通过此类平面投影观察时，横向延伸构件26可在通用“y”轴方向上移向和离开构件28。如此一来，对于构件26移向和离开构件28的距离而言，沿着中心线29比在横向延伸构件合并到一起的第一侧面22和第二侧面24处更大。带具14包括可通过一个或多个带扣34调节长度的第一皮带30和第二皮带32。带具14可以在第一侧面22和第二侧面24的带具固定凸缘构件35a、35b处固定到面罩主体12上。可以通过包括缝合、粘结剂粘结、焊接等在内的多种方法在凸缘构件35a、35b处将带扣34固定到面罩主体12上。也可将带扣整体模制到支承结构16中；参见与本专利申请同日提交的名称为“Filtering Face-PieceRespirator Having Integral Harness Buckles”(具有整体式带具扣的过滤式面具呼吸器)的美国专利申请No.60/974,031(代理人档案号63355US002)。面罩主体12还包括其中设置有开口38的任选框架36。框架36提供将呼气阀(未示出)固定到面罩主体12的位置或基座。虽然横向延伸构件28和40通过框架36上的纵向延伸构件37接合到一起，但是面罩主体12仍可通过构件26和28与其他并未这样彼此接合的构件之间的相对自由的运动而伸展。因此，虽然本发明设想一个或多个构件(2、3、4、5个等)能够在纵向上彼此相向或相背运动，但是并非所有横向延伸构件都需要相对于各相邻构件表现出此类行为来实现根据本发明的目的。
可在框架36处被固定到支承结构16上的呼气阀可以具有类似于在以下专利中所述的单向阀构造：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7,117,868、6,854,463、6,843,248和5,325,892；授予Mittelstadt等人的6,883,518；以及授予Bowers的RE37,974。可以通过多种方法将呼气阀固定到框架36上，这些方法包括超声波焊接、粘结剂粘结、机械夹持等。阀座可被设计成包括穿过开口38并且本身被向后折叠成与框架36呈夹持关系的圆柱体，参见(例如)授予Curran等人的美国专利7,069,931、7,007,695、6,959,709和6,604,524以及授予Williams等人的EP1,030,721。还可将阀盖连接到阀座上以保护阀瓣和/或将呼出的空气向下导离佩戴者的眼镜。阀盖设计的例子示于授予Japuntich等人的美国专利Des.347,298和授予Bryant等人的美国专利DES.347,299。
图2a示出了面罩主体12的侧视图，其中横向延伸构件26和28被设置成彼此相邻，使得过滤结构18在可起褶区42中于这两者间形成褶绉。面罩主体12的支承结构16还可以在活动式横向延伸构件26与构件28相遇的区域中包括活动枢纽44。活动枢纽44的优点在于允许横向延伸构件26和28可更容易地彼此相向或相背运动。如图所示，活动枢纽44可以具有陷凹形。当面罩12如图2a和图2b所示以竖式构型取向时，活动枢纽44还优选地在“y”维度上位于上部带具连接凸缘35a与下部带具连接凸缘35b之间。在带具14(图1)对面罩主体12施力的位点(此情况下位于凸缘35a和35b处)之间可以设置一个、两个、三个或更多个活动枢纽。如图2a所示，还存在其他横向延伸构件46、48、49和50，在各侧面22或24之外的区域它们之间不存在纵向延伸构件。因此，虽然横向延伸构件46和48(例如)能够在纵向维度上移动以允许面罩主体12伸展或收缩，但是这些构件不可以像构件26那样自由移动，因为前者不具有褶绉和位于它们在第一侧面部分22和第二侧面部分24结合处的陷凹形活动枢纽。因此，虽然在横向延伸构件26、28、46、48、49和50的各端仅示出了一个此类活动枢纽44，但本发明的确也设想了在附加的横向延伸构件之间使用此类附加的活动枢纽。活动枢纽可用在横向延伸构件相遇的地方。然而，旨在在纵向上彼此相向或相背运动的构件之间不应存在任何纵向延伸构件。如图所示，横向延伸构件26、28、40、46、48、49和50的每一个都以远离中心线29朝向各侧面22、24的方向朝彼此会聚(图1和图7)。在各侧面，周边内的横向延伸构件(即构件26、28、40、46和48)可以朝彼此会聚，使得从侧面观察时，所有构件彼此相距在35mm内或更小；然而，同样的构件在中心线29处总的中心间隔可以为约50至100mm(图1)。
图2b示出了可起褶区42处于伸展构型的面罩主体12。在此构型中，横向延伸构件26和28在中央处以接近最大的距离彼此间隔开。对图2a的面罩主体构型与图2b的构型进行比较，显然，本发明的面罩主体12在可起褶区42具有以类似于手风琴的方式发挥作用的能力。如上所述，该能力尤其有利于适应各种尺寸面部的颌运动。可将过滤结构18在一个或多个接触点连接到面罩主体12的支承结构16上。靠近和沿着支承结构的周边20和/或在横向延伸构件26、28、40、46、48、49以及50与过滤结构18相遇的各个位置可以形成此连接。可通过多种方法将支承结构16和过滤结构18固定到一起，这些方法包括粘结剂粘结、焊接、包覆成型等。还可以使用一种临时性接合机构，其允许当过滤结构18已达到其使用寿命时可再次使用支承结构16。在此情况下，佩戴者可以更换过滤结构18而保留支承结构16，以使得过滤器已达到其使用寿命时只需要丢弃过滤结构18。横向延伸构件中的一个或多个优选地能够响应单纯来自人手指的压力而纵向移动。也就是说，仅通过纵向推动横向延伸构件，就可以轻易将其偏斜。下文所述的横向延伸构件移动测试(TEMMT)将进一步证明横向延伸构件可被如此轻易偏斜的能力。在此测试下，当经受仅为0.2N的力时，横向延伸构件中的一个或多个就可发生5mm以上的移动。更优选地，在TEMMT下，当经受仅为0.3的力时，一个或多个横向延伸构件可发生至少10mm的移动。可纵向移动的横向延伸构件沿中心线29(图1和图7)移动的距离比在面罩主体的侧面22和24处移动的距离更大。通常，当以仅为约0.7N或更小的力接受横向延伸构件移动测试时，中央分隔的横向延伸构件中的至少一个可在中心线29处纵向移动约5、10、15、20或甚至35mm的距离，而不会对横向延伸构件造成显著的结构损伤。一般来讲，当在下文所述的呼吸器伸展测试(RET)下测试呼吸器时，整个面罩主体可伸展最多约20至35mm，而不会对其造成损伤。
可通过诸如注射成型的已知技术来制造支承结构。可以使用已知的塑料来制造支承结构，例如烯烃，包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚甲基(戊烯)；塑性体；热塑性塑料；热塑性弹性体；热固性塑料；以及它们的共混物或组合。还可以将诸如颜料、UV稳定剂、防结块剂、成核剂、杀真菌剂以及杀菌剂的添加剂添加到形成支承结构的组合物中。所用的塑料优选地能够表现出弹性、形状记忆性以及抗弯曲疲劳性，以使得支承结构可被多次变形(即大于100次)，尤其是在任何枢纽点处，并能回到其初始位置。所选的塑料应能经受无数次的变形，使得支承结构具有比过滤结构更长的使用寿命。支承结构选用的材料优选地为弯曲挺度为约75至300兆帕(MPa)、更典型地为约100至250MPa以及还典型地为约175至225MPa的塑料。弯曲挺度可根据下文所述的弯曲挺度测试测定。虽然可使用金属或陶瓷材料代替塑料来构造支承结构，但是出于处理/成本的原因可优选塑料。支承结构是与过滤结构并非一个整体(即，分别制造)的部件或组件。支承结构件的尺寸应大于过滤结构所用的纤维或细丝。以横截面观察时，构件可以为矩形、圆形、三角形、椭圆形、梯形等，并可具有为约2至12mm2或更典型地为约4至8mm2的横截面积。
图3示出了过滤结构18的横截面。如图所示，过滤结构18可以包括一个或多个覆盖网51a和51b以及过滤层52。覆盖网51a和51b可位于过滤层52的相对侧上，以捕集任何可能从过滤层上松掉的纤维。一般来讲，覆盖网51a和51b由精选的具有舒适感(尤其是在过滤结构18与佩戴者面部接触的一侧上)的纤维制成。可结合本发明的支承结构使用的多种过滤层和覆盖网的构造将在下文中更详细地描述。
图4示出了过滤结构18的透视图，该结构可以包括横向延伸的第一分界线53a和第二分界线53b。这些分界线可以在过滤结构18的中部彼此充分隔开，但以侧面54和56的方向横向移动时可以朝彼此会聚。分界线53a、53b可以包括折线、焊线、缝合线、粘结线、枢纽线或它们的组合。一般来讲，第一分界线53a和第二分界线53b对应于支承结构上某些横向延伸构件的位置。当第一分界线53a和第二分界线53b限定可在其间形成的褶绉58时，优选地将第一分界线53a和第二分界线53b固定到可纵向移动的横向延伸构件26和28(图2a和图2b)上，从而允许过滤结构以类似于手风琴的方式在位于其间的褶绉58周围打开和关闭。过滤结构18还包括通常垂直的分界线60，其可位于过滤结构的鼻区，远离周边61向下和向中央延伸。此垂直取向的分界线60由制造过滤结构18的方法产生。一般来讲，此类分界线60用于除去多余材料，否则在制造过程中多余材料将会堆积在鼻区。过滤结构18的下巴部分62也可以包括类似的通常垂直的分界线。虽然所示的过滤结构18仅具有限定单个褶绉58的两条横向延伸分界线53a、53b，但是过滤结构18在横跨维度上可以包括两个或更多个此类褶绉。因此，可以存在多个褶绉(3、4、5个等)，其中过滤结构可伸展以适应支承结构16的伴随伸展(图2a和图2b)。在此类情况下，支承结构可以具有多个活动枢纽。为改善配合度和佩戴者的舒适度，可将弹性体面部密封件固定到过滤结构18的周边61。当戴上呼吸器时，此类面部密封件可向内径向延伸以接触佩戴者的面部。面部密封件可由热塑性弹性体制成。面部密封件的例子在授予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。可结合活动式支承结构使用的褶绉过滤结构的进一步说明可见于与本专利申请同日提交的名称为“Respirator Having Dynamic SupportStructure And Pleated Filtering Structure”(具有动态支承结构和褶绉过滤结构的呼吸器)的美国专利申请No.60/974,022(代理人档案号63166US002)。
过滤结构可采用多种不同的形状和构型。优选地，调整过滤结构使其妥当地贴合在支承结构上或支承结构内。一般来讲，过滤结构的形状和构型对应于支承结构的轮廓形状。过滤结构可从支承结构向内径向设置，其还可以从支承结构向外径向设置，或其可以设置在构成支承结构的多个构件之间。虽然所示的本发明的过滤结构18具有包括过滤层52和覆盖网51a、51b在内的多层，但过滤结构可以仅具有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，可将诸如活性炭的吸附材料设置在构成过滤结构的纤维和/或多层之间。而且，还可将单独的微粒过滤层结合吸附层使用，以提供对微粒和蒸汽的过滤。下文提供了有关可存在于过滤结构中的过滤层的进一步详述。
图5示出了具有多个活动枢纽64a和64b的支承结构16’的实施例。活动枢纽64a具有类似的构造，并可提供相对容易的绕枢纽中心点的旋转。如图所示，活动枢纽64a具有最小的宽度，并具有横向延伸构件26、28、46和50，这些构件在它们与各枢纽64a相遇的点彼此相隔不远。因此，横向延伸构件26、28、46和50能够通过最小的力彼此相向或相背运动。当根据下文所述的呼吸器伸展测试进行试验时，结合本发明使用的活动枢纽优选地使呼吸器面罩主体显示出在30％的拉伸伸展下具有小于约8牛顿(N)、7N以及甚至小于6N的最大负荷。当在相同测试下试验时，本发明的呼吸器还表现出小于9％、8％以及甚至小于7％的滞后。如图所示的活动枢纽64b往往比枢纽64a更宽，并在横向延伸构件28、40、48和49之间具有更大的间隔。因此，这些枢纽虽然能够提供横向延伸构件的转动，但需要相对更大的力才能使横向延伸构件28、40、48和49彼此分开。由于佩戴者的颌部运动对呼吸器下半部的影响通常比对上半部的影响更大，因此活动枢纽的位置优选地应使得横向延伸构件设置在面罩的下半部上以提供更容易的运动。支承结构的横向延伸构件的厚度可以为约0.25至5mm，更典型地为约1至3mm。带具凸缘35a、35b的厚度通常可以为约2至3mm。
图5E为图5的环形区域5E的扩展视图。如图5E所示，活动枢纽可以为U形，并可以包括顶点63和基部65。顶点63和基部65之间的最短距离以宽度W表示。顶点63通常由具有约0.1至10mm(更典型地约1至4mm)半径的曲率限定。活动枢纽的宽度W通常为约0.3至5mm，更典型地为约0.5至2.5mm。活动枢纽还可以为S形或W形，或可以具有其他形状，如在与本专利申请同日提交的名称为“Filtering Face-PieceRespirator Support Structure That Has Living Hinges”(具有活动枢纽的过滤式面具呼吸器支承结构)的美国专利申请No.60/974,017(代理人档案号63167US002)中所示。
图6a和图6b示出了呼吸面罩10″的另一个实施例。如本实施例所示，鼻部66可以具有更开放的构型，以使佩戴者面部区域中佩戴起来更为凉爽。因此，支承结构16″在该区域中并非完全为实心的，而是具有由横向延伸构件68和70限定的开口67。开口67使鼻夹72对于使用者可见，并可容易地调整，以使面罩主体16″适应佩戴者鼻子的尺寸和形状。鼻夹72可由延展性金属条制成，例如在授予Castiglione的美国专利5,558,089和Des.412,573中所述。鼻夹还可以采取弹簧支承夹的形式，如授予Xue等人的美国专利公布2007-0044803A1中所述，或可以为延展性塑料，如授予Kalatoor等人的美国专利公布2007-0068529A1中所述。图6a和图6b中所示的实施例还示出了设置在面罩主体上构件28和40之间的呼气阀74。
用于本发明面罩主体的支承结构还可以通过较少数量的横向延伸构件来构造，并且如果不需要呼气阀，则可以不使用框架(36，图1)。优选地，存在至少一个能够相对于另一个横向延伸构件纵向移动的横向延伸构件，包括限定支承结构周边的横向延伸构件。虽然本发明在其各个实施例中示为具有包括多个横向延伸构件的支承结构，但可以将面罩设计成使得支承结构仅包括周边横向延伸构件49或70和50。在此类实施例中，可能有利的是将过滤结构设计成使得能够维持其杯状构型而不需要另外的横向延伸构件来支承。在此类实施例中，过滤结构可以包括使此类杯状构型得以维持的一个或多个硬化层。作为另外一种选择，过滤结构可以具有有助于其结构完整性的一条或多条水平和/或垂直分界线来协助维持杯状构型。
用于本发明面罩主体的过滤结构可为颗粒捕集型过滤器或气体和蒸汽型过滤器的结构。过滤结构也可以为防止液体从过滤层的一侧转移到另一侧的阻挡层，以防止(例如)液体气溶胶或液体飞溅渗透过滤层。根据应用需求，可以使用多层类似或者不类似的过滤介质，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具有低压降(例如在13.8厘米每秒的面速度下小于约195至295帕斯卡)，以最小化面罩佩戴者的呼吸工作量。另外，过滤层为柔性的并具有足够的抗剪强度，使得它们在预期使用条件下通常可以保持其结构。颗粒捕集过滤器的例子包括一个或多个精细无机纤维(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通过例如熔吹法制成的驻极体充电的聚合物微纤维。由已充电的聚丙烯形成的聚烯烃微纤维尤其适用于颗粒捕集应用。替代的过滤层可以具有用于从呼吸空气中除去危害性或有味气体的吸附剂组分。吸附剂可以包括通过粘接剂、粘合剂或纤维结构粘结在过滤层中的粉末或颗粒，参见授予Springett等人的美国专利6,102,039和授予Braun的美国专利3,971,373。吸附剂层可以通过涂覆基底比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粒子。可适应于各种构造的吸附性过滤结构的例子在授予Senkus等人的美国专利6,391,429中有所描述。
过滤层通常经过选择以实现所需的过滤效果，并且一般来讲，从由其经过的气流中除去高比例的颗粒和/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使得在模制操作中它们不会变得粘合在一起。如上所述，过滤层可以呈多种形状和形式，并且通常具有为约0.2毫米(mm)至1厘米(cm)(更典型地为约0.3mm至0.5cm)的厚度，其可以为大致成平面的网，或者可以为波纹状以提供增大的表面积，参见(例如)授予Braun等人的美国专利5,804,295和5,656,368。过滤层还可以包括通过粘合剂或任何其他方法接合到一起的多个过滤层。已知(或后来开发)用于形成过滤层的基本上所有合适的材料均可用于本发明的过滤材料。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，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)。这些熔吹纤维可以为有效纤维直径小于约20微米(μm)(称为BMF，即“吹塑微纤维”的简称)，典型地为约1-12μm的微纤维。可以根据Davies，C.N.，“The SeparationOf Airborne Dust Particles”，Institution Of MechanicalEngineers，London，Proceedings 1B，1952(Davies，C.N.，空浮尘粒的分离，Institution Of Mechanical Engineers，London，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的美国专利Re.31,285中所教导，带电荷的原纤化薄膜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，特别是以微缩胶卷的形式。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。正如授予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，或者正如授予Braun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。此外，可以将添加剂包含在纤维中，以便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上，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过滤层的典型基重为约10-100克/平方米。当根据(例如)’507专利中所述的技术充电时，以及当包括在授予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以及约10至30g/m2。
可以使用内覆盖纤维网，从而得到接触佩戴者面部的平滑表面，并且可以使用外覆盖纤维网，以收集面罩主体中的松散纤维或获得美观效果。虽然覆盖网通常不会对过滤结构提供任何实质的过滤有益效果，但是当设置在过滤层的外部(或上游)时，其可用作预过滤器。为了获得适当程度的舒适性，内覆盖网优选地具有相对较低的基重，并由相对精细的纤维形成。更具体地讲，可以将覆盖纤维网形成为具有约5至50g/m2(通常10至30g/m2)的基重，并且纤维的纤度小于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大约5微米至24微米的平均纤维直径，通常约7微米至18微米，更通常约8微米至12微米。覆盖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％)，并且可塑性变形。
用于覆盖网的适当材料为吹塑微纤维(BMF)材料，尤其是聚烯烃BMF材料，比如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯混合物，并且也包括聚丙烯和聚乙烯的混合物)。制造用于覆盖网的BMF材料的适当工艺见述于授予Sabee等人的美国专利4,013,816。可以通过将纤维收集在光滑表面(典型地为表面光滑的滚筒上)形成网。还可使用纺粘纤维。
典型的覆盖网可以通过聚丙烯或包含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给佩戴者提供高程度的柔软性和舒适性，并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牢固地维持在过滤材料上。适用于覆盖网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。用于覆盖网的纤维的一个例子是由得自Exxon Corporation的聚丙烯树脂“Escorene 3505G”制成的聚丙烯BMF，其提供约25g/m2的基重和在0.2至3.1范围内的纤度(在100根纤维上测量的平均值约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“Escorene 3505G”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)。
用于本发明的覆盖网优选地在处理后具有极少的纤维从纤维网表面突出，因此具有光滑的外表面。可用于本发明的覆盖网的例子在(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以及授予Bostock等人的WO 96/28216A中有所公开。
实例
测试方法
1.弯曲挺度测试(SFT)
根据ASTM D 5342-97第12.1节至12.7节测量用于制造支承结构的材料的弯曲挺度。为此，从坯料膜切取六个试件，成为约25.4mm宽×约70mm长的矩形件。根据下文所述制备试件。在Taber挺度单位设置成10-100的150-E型Taber V-5挺度测试仪(得自Taber Corporation，455Bryant Street，North Tonawanda，New York，14120)中测量试件。在测试结束时通过设备显示器记录Taber挺度读数，并使用以下公式计算弯曲模量：
Figure GPA00001062891100161
Taber挺度＝记录的根据ASTM D5342-97第12.1节至12.7节测量的材料抗弯强度。
宽度＝以cm表示的膜试件宽度，其为2.54cm。
厚度＝使用标准数显卡尺沿着材料的长度在五个等距隔开的位置测量的以cm表示的试件平均厚度。
将六个样品的弯曲挺度求平均值以得到材料的弯曲挺度。
2.呼吸器伸展测试(RET)
通过该测试测量30％拉伸伸展下呼吸器的最大负荷和滞后。这些参数表征呼吸器支承结构的动态性能。30％拉伸伸展下的最大负荷度量动态伸展下纵向维度上支承结构的柔韧性(或抗伸展性)。最大负荷值越低表明呼吸器伸展越容易。滞后是当导致形状或状态变化的力已撤去时支承结构不能回到其初始形状或状态的量度。因此，对于本发明来说，较低的滞后是所需的。使用Instron 4302万能材料测试仪(得自Instron Corporation，100 Royall Street，Canton，Massachusetts，02021)测量30％拉伸伸展滞后下的最大负荷。在该测试中，使用Instron Merlin数据采集软件(也得自Instron Corporation)每1秒采集一次数据。在Instron测试设备中设定“标距”，使其等于面罩主体在松弛或无应力状态下的纵向长度(D，图7)。对于本发明的呼吸器，标距设定为114mm。对于市售的Moldex 2200N 95呼吸器，标距设定为127mm。将对各试件的三个循环测试设定为在254mm每分钟的十字头速度下30％的伸展。对于各循环，数据采集软件生成最大负荷和滞后数据，以及拉伸应变(％)与负荷的关系。
如图7所示，在测试前，将51mm长、25.4mm宽、0.76mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)薄膜带76(得自Loose Plastic Inc，3132West Dale Road，Beaverton，MI，48612)缝合到面罩主体12的顶部和底部中央。将HDPE薄膜76连接到面罩主体12，使得保持呼吸器的形状。通过在内部放置一片薄膜以及在外部放置一片薄膜，沿对分线29将两片HDPE薄膜76连接到呼吸器的顶部和底部中央，以使得所施的力通过面罩主体12更均匀地分布(而不是仅施加到内部或外部)。使用得自Stanley Bostitch，EastGreenwich，RI 02818的厚料STANLEY缝线78(12.7mm)将HDPE薄膜76缝到成品呼吸器上。通过在呼吸器上以“y”轴方向拉动凸片76实现拉伸伸展。为实现30％的伸展，将拉伸应变从呼吸器静止状态时的距离D增至1.3D。
3.横向延伸构件移动测试(TEMMT)
通过在横向延伸构件上施加拉伸应变来测量移动横向延伸构件所需的最大力。使用在上文的模量测试方法中所述的Instron 4302万能材料测试仪完成该测试。Instron测试设备的两个气动把手之间的标距设定为114mm。首先，将两个横向延伸构件设定在它们的松弛间隔距离下，在这种情况下其为5mm。然后，将两个横向延伸构件被拉开以在其上施加拉伸应变。在构件上施加拉伸应变，直到它们距基线起点最多约3.5cm。沿中心线测量伸展的距离。以254mm每分钟的十字头速度施加拉伸应变。将初始静止状态的5mm间隙设定为本测试的零基准点。然后，通过打开和关闭两构件之间的间隙对各试件测试三次。收集各循环的力与距离的关系数据。
样品制备
1.弯曲挺度测试
使用被混合到一起用于制造呼吸器支承结构的相同复合聚合物成分制备弯曲挺度测试的试件。参见表2，获取用于支承结构的聚合物组成。使用四十(40)克化合物制备半径为114mm、厚为0.51至0.64mm的圆形膜。将第一批40克复合材料倒入双螺杆辊刃6型BRABENDER密炼机(得自C.W.Brabender instruments Inc.，50East Wesley Street，P.O.Box 2127，South Hackensack，NJ，07606)。以75转每分钟(RPM)的速度和185℃的温度运行密炼机。将熔化的化合物混合约10分钟后，以44.5千牛(KN)的力挤压混合物以制成直径为114mm、厚为0.51至0.64mm的平坦圆形膜。使用设定为149℃的热压板进行压缩。热压板为得自WABASH Equipments1569Morris Street，P.O.Box 298，Wabash，IN 46992的Genesis 30吨压缩成型机。在测试弯曲模量前，将膜切成25.4mm宽、70mm长的所需试件。
2.呼吸器支承结构制造
使用标准注射成型方法制备呼吸器支承结构的样品。在工具制造商处制造单腔阳模和阴模，使其匹配图1-2所示的框架的几何形状。在松弛状态下，或当支承结构还在模具上时，经测量支承结构的顶部到底部为114mm，一侧到另一侧为120mm。在呼吸器处于无应力状态时，分别沿着周边上最高点和最低点之间的直线以及两个活动枢纽点之间的直线进行测量。构成支承结构的构件的目标厚度为2.5毫米。横向延伸构件具有梯形横截面，以允许支承结构更容易地从模具上移除。横向延伸构件的横截面积范围为约7.5至12mm2。
以表1所示的条件和设定点，在注射成型过程中使用110吨ToshibaVIS-6模压机制造支承结构：
表1
呼吸器支承结构注射成型条件
 工艺条件   设定点   单位
 循环时间   40   秒
 注射时间   3   秒
 填充时间   0.86   秒
 充电时间   1-2   秒
 冷却时间   12   秒
 工艺条件   设定点   单位
 注射压力   276   MPa
 料筒温度(喷嘴，前部、中部和后部)   204   摄氏度
以指定重量百分比将列于下表2的聚合物混合，以获取支承结构的所需物理特性。
表2
支承结构组合物
  重量％  商品名   材料类型   供应商
  39.72％  Engage 8490   聚烯烃弹性体：乙烯-辛烯共聚物   Dupont Dow ElastomersL.L.C.，Bellvue ParkCorporate Center，300Bellevue Parkway，Wilmington，DE 19809
  39.72％  HypelPELLD 20   线性低密度聚乙烯   Entec Polymers L.L.C.，2301 Maitland CenterParkway，Suite 240，Maitland，FL 32751
Figure GPA00001062891100201
*占总组合物的含量低于1重量％。
3.呼吸器过滤结构制造
呼吸器过滤结构由两层254mm宽的非织造纤维驻极体过滤材料形成，它们层合在相同宽度的一个50克每平方米(gsm)的白色非织造纤维纺粘材料外层和一个22gsm的白色非织造纤维纺粘材料内层之间。两层非织造纤维纺粘材料均由聚丙烯制成。驻极体过滤材料为用于3M 8511N95呼吸器的标准过滤材料。将层合的纤维网坯料切成254mm长的片材以形成方块，然后形成具有在整个过滤结构中横向延伸的三维(3D)褶绉的杯状形式。
如图8所示，其中虚线代表折线，而实线代表焊线(或图4中的分界线53a和53b)，通过超声焊接两条相同曲率半径(258.5mm的半径)的曲线53a、53b形成复杂3D褶绉(42，图2a和图2b)。各曲线上最高点之间的距离为40mm，曲线的两端在左右端点(相距约202mm)相遇。在距层合纤维网的一条边缘至少76mm处沿第一折线80折叠层合的过滤介质，形成第一曲线53b。通过在第二折线82处(其距第一折线80 62mm)折叠层合的纤维网并通过沿着第二曲线焊接形成第二曲线53a。在形成了构成3D褶绉的两条曲线后，除去曲线外部的多余材料。然后，沿垂直中心线84折叠层状材料并焊接分界线60(图4)，如图8所示，该分界线从距离第二曲线的中心51mm处开始。此步骤除去任何多余的材料并形成恰当贴合在呼吸器支承结构内的杯形。使用超声焊接法进行焊接。以峰值功率模式、100％的振幅和483MPa的气压使用Branson 2000ae超声焊接设备和电源。
4.其他呼吸器组件
面部密封件：标准3M 4000系列呼吸器面部密封件。
鼻夹：标准3M 8210 Plus N 95呼吸器鼻夹。
头带：标准3M 8210 Plus N 95呼吸器头带材料，但为白色。去掉了3M 8210 Plus呼吸器头带的黄色颜料。
带扣：与背包带扣相似的带扣，具有允许对头带材料进行舒适调节的挠性节。
5.呼吸器组件
将面部密封件材料切成约140mm×180mm的片材。然后，使用冲切工具在面部密封件中央形成125mm×70mm的椭圆形开口。将具有中央切口的面部密封件连接到如上所述制备的呼吸器过滤结构上。将用于超声焊接过滤元件结构的相同设备用于在类似的工艺条件下将面部密封件固定到过滤结构上。焊砧具有约168mm宽、114mm长的椭圆形形状。在将面部密封件接合到过滤结构后，除去焊线以外的多余材料。将鼻夹横跨鼻区贴附到组装好的过滤结构的外部。然后，将预组装的过滤元件以其所需的取向插入支承结构。策略性地将复杂3D褶绉设置在图2a和图2b所示的横向延伸构件26和28之间。以100％的输出和1.0秒的焊接时间使用手持式Branson E-150超声焊接设备，沿各横向延伸构件以20至25mm的间隔在支承结构和过滤结构之间产生接合点。在活动枢纽44的上方和下方，使用12.7mm厚料STANLEY缝线在支承结构的两侧上将四个头带带扣缝到带具凸缘35上。将450mm长的编织头带材料穿过带扣，从而完成呼吸器的组装过程。
为进行比较，还根据上述呼吸器伸展测试对五个可从Moldex MetricInc.，10111W.Jefferson Boulevard，Culver City，CA 90232商购获得的Moldex 2200 N 95呼吸器样本进行了测试。Moldex 2200系列呼吸器具有Dura-MeshTM外壳，该外壳经设计为能在湿热条件下抗伸缩。使用多孔柔性塑料层作为外壳的Moldex面罩在Moldex的美国专利4,850,347(Skov)中有所描述。
测试结果
1.弯曲挺度
选择表2中所列的复合成分，以匹配支承结构所需的结构性质和柔韧性。计算的支承结构的材料的弯曲挺度列于下表3中：
表3
呼吸器支承结构的材料弯曲挺度
  样品   厚度(cm)   Taber挺度(g·cm)   弯曲挺度(MPa)
  1   0.0627   14.5   173
  2   0.0594   16.9   230
  3   0.0561   11.9   199
  4   0.0508   9.3   209
  5   0.0546   11.3   205
  6   0.0541   10.7   196
  平均值   0.0563   12.4   202
  标准偏差   0.042   2.8   18.7
表3中所列的数据表明支承结构的材料的弯曲挺度为约200MPa。
2.成品的物理性能
在成品呼吸器面罩上使用上述呼吸器伸展测试，测量使面罩主体发生30％纵向伸展所需的最大力以及支承结构的滞后。
i.各循环的最大负荷
通过记录各循环所用的最大力，测量伸展呼吸器所需的最大负荷。
表4
30％纵向伸展下的最大力数据
Figure GPA00001062891100221
Figure GPA00001062891100231
表4中所示的数据表明，与Moldex 2200呼吸器相比，实现本发明面罩主体在纵向维度上30％的拉伸伸展所需的力要小得多。
ii.30％纵向伸展后的滞后
表5
滞后数据
Figure GPA00001062891100232
表5中的数据示出，与市售的Mo1dex 2200呼吸器相比，本发明的呼吸器表现出明显更小的滞后。即，具有包括可纵向移动的横向延伸构件的支承结构的呼吸器表现出在纵向伸展力终止时明显更大的返回到其初始状态的能力。
iii.拉伸应变百分比与负荷的关系
将“拉伸应变(％)与负荷的关系”数据绘于曲线图上。绘制的数据示于图9。从绘制的数据中可以明显看出，对于将呼吸器拉伸30％而言，本发明的呼吸器所需的负荷明显更小。
iv.横向延伸构件移动测量
根据上文样本制备章节所述，制备五个呼吸器支承结构。为消除来自支承结构其余部分的干扰，使用得自Stanley Bostitch的12.7mm厚料STANLEY缝线将上述24.5mm宽、76mm长的HDPE膜连接到横向延伸构件(26和28，图1、图2a、图2b)上。
使用上述测试方法测量在垂直中心处纵向移动支承结构的横向延伸构件26和28所需的力。下表6中所列的力代表在纵向上拉伸横向延伸构件所需的力。
表6
TEMMT数据
  距中性静止位置的纵向伸展距离(mm)   第一循环的力(N)   第二循环的力(N)   第三循环的力(N)
  5   0.3   0.2   0.2
  10   0.3   0.3   0.3
  15   0.4   0.4   0.3
  20   0.5   0.4   0.4
  25   0.5   0.5   0.5
  30   0.6   0.6   0.6
  35   0.7   0.7   0.6
表6中所列的数据示出了在纵向上分离相邻的横向延伸构件仅需极小的力。图10示出了该数据的曲线图。
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方案，而是受以下权利要求书及其任何等同物提出的限制的控制。
本发明还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施。
以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术章节中的那些，均以全文引用方式并入本文。如果在并入文件中的公开内容与上述说明书之间存在冲突或不符，以上述说明书为准。

Claims (23)

1.一种过滤式面具呼吸器，包括：
(a)带具；和
(b)面罩主体，所述面罩主体包括：
(i)过滤结构，所述过滤结构包括过滤层；和
(ii)支承结构，所述支承结构包括多个中央分隔的、可纵向移动的横向延伸构件，所述横向延伸构件从第一侧面延伸至第二侧面并且在所述第一侧面和所述第二侧面处均朝彼此会聚，其中存在至少一个如下的可纵向移动的横向延伸构件：所述可纵向移动的横向延伸构件从第一侧面延伸至第二侧面，并且未通过阻碍所述横向延伸构件纵向运动的任何纵向延伸构件接合到一起。
2.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中未通过阻碍纵向运动的纵向延伸构件接合到一起的所述至少一个可纵向移动的横向延伸构件能在所述中心线处纵向移动至少5mm，而不会对所述可纵向移动的横向延伸构件产生显著的结构损伤。
3.根据权利要求2所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构包括多个如下的可纵向移动的横向延伸构件：所述可纵向移动的横向延伸构件可在所述中心线处纵向地彼此相向或相背运动至少10mm，而不会对任何可纵向移动的横向延伸构件产生显著的结构损伤。
4.根据权利要求2所述的过滤式面具呼吸器，其中未通过阻碍纵向运动的纵向延伸构件接合到一起的所述至少一个可纵向移动的横向延伸构件可移动至少10mm，而不会对所述可纵向移动的横向延伸构件产生显著的结构损伤。
5.根据权利要求2所述的过滤式面具呼吸器，其中未通过阻碍纵向运动的纵向延伸构件接合到一起的所述至少一个可纵向移动的横向延伸构件可移动至少20mm，而不会对所述可纵向移动的横向延伸构件产生显著的结构损伤。
6.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构包括周边，所述周边包括一个或多个围绕并靠近所述面罩主体的周边连续延伸的构件。
7.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述周边包括第一横向延伸构件和第二横向延伸构件，所述第一横向延伸构件和所述第二横向延伸构件均能够在所述面罩主体的中心线处纵向运动至少10毫米的距离而不会对所述第一横向延伸构件和所述第二横向延伸构件产生损伤。
8.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构包括分别在所述支承结构的第一侧面和第二侧面上的第一凸缘构件和第二凸缘构件。
9.根据权利要求8所述的过滤式面具呼吸器，其中所述带具被固定到所述面罩主体的各侧上的所述第一凸缘构件和所述第二凸缘构件。
10.根据权利要求9所述的过滤式面具呼吸器，其中当从所述侧面观察所述面罩主体时，所述至少一个可纵向移动的横向延伸构件至少部分地设置在所述带具连接到所述第一凸缘构件和所述第二凸缘构件上的位置之间。
11.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述过滤结构在所述至少一个横向延伸构件与所述过滤结构相遇的多个位置处被固定到所述支承结构上。
12.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中当以仅为0.3牛顿的力接受横向延伸构件移动测试时，未通过阻碍纵向运动的纵向延伸构件接合到一起的所述至少一个横向延伸构件可移动至少10毫米。
13.根据权利要求12所述的过滤式面具呼吸器，其中未通过阻碍纵向运动的纵向延伸构件接合到一起的所述至少一个横向延伸构件沿中心线移动的距离比在所述面罩主体的所述第一侧面和所述第二侧面处移动的距离更大。
14.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中当以仅为约0.7牛顿或更小的力接受横向延伸构件移动测试时，未通过阻碍纵向运动的纵向延伸构件接合到一起的所述至少一个可纵向移动的横向延伸构件可在所述中心线处纵向移动约5至35毫米的距离，而不会对所述横向延伸构件产生显著的结构损伤。
15.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中当接受呼吸器伸展测试时，整个所述面罩主体可被伸展最多20至35毫米，而不会对所述面罩主体产生损伤。
16.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构由塑料制成并能表现出足够的弹性、形状记忆性以及抗弯曲疲劳性，使得所述支承结构可变形许多次并回到其初始位置。
17.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构的材料包括表现出约75至300兆帕的弯曲挺度的塑料。
18.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构的材料包括表现出约100至250兆帕的弯曲挺度的塑料。
19.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构的材料包括表现出约175至225兆帕的弯曲挺度的塑料。
20.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述支承结构仅包括周边横向延伸构件，并且所述周边横向延伸构件使所述面罩主体在呼吸器伸展测试下能够在所述纵向维度上伸展至少2cm。
21.一种过滤式面具呼吸器，包括：
(a)带具；和
(b)面罩主体，所述面罩主体包括：
(i)过滤结构；和
(ii)支承结构，所述支承结构包括(1)包括一个或多个构件的周边，和(2)至少一个可纵向移动的横向延伸构件，所述可纵向移动的横向延伸构件从所述支承结构的第一侧面延伸至第二侧面，并且当从正面观察所述面罩主体时所述可纵向移动的横向延伸构件设置在所述周边内，其中在一个或多个位置将所述过滤结构固定到所述支承结构，并且所述过滤结构和所述支承结构适于使所述面罩主体根据呼吸器伸展测试在10牛顿或更小的力下能够纵向伸展30％。
22.根据权利要求21所述的过滤式面具呼吸器，其中以7牛顿或更小的力即可实现所述30％的伸展。
23.一种制造过滤式面具呼吸器的方法，所述方法包括：
(a)提供支承结构，所述支承结构具有：
(i)包括一个或多个构件的周边，和
(ii)至少一个可纵向移动的横向延伸构件，所述可纵向移动的横向延伸构件从所述支承结构的第一侧面延伸至第二侧面，并且当从正面观察所述面罩时所述可纵向移动的横向延伸构件设置在所述周边内；
(b)在一个或多个位置将过滤结构接合到所述支承结构以形成面罩主体，将所述过滤结构和所述支承结构接合到一起并进行调整，使得当在呼吸器伸展测试下暴露于10牛顿或更小的负荷时，所述面罩主体在所述纵向维度上可表现出30％的拉伸伸展；以及
(c)将带具固定到所述面罩主体上。
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