CN101909697A - 具有设置在面罩主体上的凸缘的平折式呼吸器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了平折式过滤面罩呼吸器(10)，该平折式过滤面罩呼吸器具有带具(14)、面罩主体(12)、第一凸缘(30a)和第二凸缘(30b)。面罩主体(12)能够折叠成扁平状以用于储存，并且可打开成杯形构型以供使用。面罩主体(12)包括过滤结构(16)，并且具有第一凸缘(30a)和第二凸缘(30)，第一凸缘(30a)和第二凸缘(30)分别设置在面罩主体的第一侧面和第二侧面上。第一凸缘(30a)和第二凸缘(30b)从面罩主体(12)横向地(x方向)和正面地(y方向)均伸出。在呼吸器的每一侧上设置凸缘有益于轻松戴上、摘除和调整面罩，并且有益于贴合面部以及使面罩主体保持打开形状或构型。

Description

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；
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。
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/m2(通常为10至30g/m2)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。
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。当这些并入的文件中的公开内容与上述说明书之间存在冲突或差异时，应以上述说明书为准。

Claims (19)

1.一种平折式过滤面罩呼吸器，包括：
(a)带具；
(b)面罩主体，所述面罩主体能够折叠成扁平状以用于储存并打开成杯形构型以供使用，并且包括过滤结构；以及
(c)第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘和所述第二凸缘设置在所述面罩主体的第一侧面和第二侧面，并且从所述面罩主体横向地和正面地伸出。
2.根据权利要求1所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述带具包括带子，所述带子具有分别附接到第一拉袢和第二拉袢的第一末端和第二末端，所述第一拉袢和所述第二拉袢分别与所述第一凸缘和所述第二凸缘是一体的。
3.根据权利要求1所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述面罩主体包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分在第一分界线和第二分界线处相遇，所述第一分界线和所述第二分界线位于所述面罩主体的第一侧面和第二侧面上，所述第一凸缘和所述第二凸缘也在所述第一分界线和所述第二分界线处被接合到所述面罩主体。
4.根据权利要求3所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一分界线和所述第二分界线与特定线成30度至45度的角度α错开，在折叠状况下俯视所述面罩主体时，所述特定线垂直于所述面罩主体的所述周边而延伸。
5.根据权利要求3所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述面罩主体处于折叠状况时具有第一面板和第二面板，并且所述第一面板和所述第二面板中的至少一个包括从所述第一分界线延伸到所述第二分界线的一个或多个褶绉。
6.根据权利要求1所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘是与所述面罩主体一体的。
7.根据权利要求6所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘各具有用于增强凸缘硬度的装置。
8.根据权利要求7所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中用于增强凸缘硬度的所述装置包括焊接图案。
9.根据权利要求6所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述凸缘各占约2平方厘米至12平方厘米的表面积。
10.根据权利要求9所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述凸缘各占约5平方厘米至10平方厘米的表面积。
11.根据权利要求9所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述凸缘各远离所述面罩主体而延伸至少2毫米。
12.根据权利要求11所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘各远离所述面罩主体而延伸至少5毫米。
13.根据权利要求12所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘各远离所述面罩主体而延伸至少1厘米。
14.根据权利要求6所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘各包括用于将凸缘的主表面固定到所述面罩主体的装置。
15.根据权利要求14所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中用于将凸缘的主表面固定到所述面罩主体的所述装置包括粘合剂。
16.根据权利要求15所述的平折式过滤面罩呼吸器，还包括脱离衬片，所述脱离衬片覆盖所述粘合剂到使用时为止。
17.根据权利要求1所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述面罩主体能够通过以下方式达到平折式状况：抓住所述第一凸缘和所述第二凸缘，并在没有进一步手动操作的情况下，以远离对分所述面罩主体的平面的相反方向手动拉动所述第一凸缘和所述第二凸缘。
18.根据权利要求1所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中当使用弯曲硬度测试沿着所述第一凸缘和所述第二凸缘的主表面弯曲时，所述第一凸缘和所述第二凸缘各具有至少10MPa的挠曲模量。
19.根据权利要求18所述的平折式过滤面罩呼吸器，其中所述第一凸缘和所述第二凸缘各具有至少20MPa的挠曲模量。
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