CN102018299B - 具有结构性焊接图案的平折过滤式面罩呼吸器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种平折过滤式面罩呼吸器(10)，所述呼吸器包括面罩主体(12)，所述面罩主体(12)包括横向延伸的分界线(22)和纵向轴线(34)。第一焊接图案(32a)和第二焊接图案(32b)分别在所述纵向轴线的两侧设置在所述分界线上方并且不穿越所述分界线。第三焊接图案(32c)和第四焊接图案(32d)分别在所述纵向轴线的两侧设置在所述分界线下方并且不穿越所述分界线。所述第一焊接图案(32a)、所述第二焊接图案(32b)、所述第三焊接图案(32c)和所述第四焊接图案(32d)均为二维封闭图案。这种组合的焊接图案可以提供呈现抗压性的面罩主体，并且不需要可能导致过滤结构压降更大的附加层或更重层。

Description

具有结构性焊接图案的平折过滤式面罩呼吸器
技术领域
本发明涉及在其前表面上具有结构性焊接图案的平折过滤式面罩呼吸器，该结构性焊接图案有助于为面罩主体提供防塌缩结构。
背景技术
呼吸器通常佩戴在人们的呼吸通道的上方，用于两个常见用途中的至少一个：(1)防止杂质或污染物进入佩戴者的呼吸道；(2)保护其它人或物使其不暴露于由佩戴者呼出的病原体和其它污染物。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，例如在汽车车身修理店中。在第二种情况下，在对其它人或物而言存在污染风险的环境中佩戴呼吸器，例如在手术室或洁净室中。
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构。不同于与可附接的滤筒(参见例如授予Yuschak等人的美国再审专利RE39,493)或嵌件成型滤芯(参见例如授予Braun的美国专利4,790,306)相结合地使用橡胶或弹性体面罩主体的呼吸器，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很大一部分，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造之一：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纤维网(web)或透孔塑料网，以便向面罩主体提供杯形构造。模制的呼吸器在使用和储存期间往往会保持相同的形状。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)、4,850,347(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。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公开了平折式呼吸器的实例。
在使用期间，过滤式面罩呼吸器应该保持其预期的杯形构造。在佩戴多次并且经受佩戴者呼出的大量水分之后，再加上面罩在佩戴于人面部上时被撞到其它物体上，公知的面罩可能容易塌缩或者存在压入壳体中的凹陷部。佩戴者可以通过从其面部取下面罩并且从面罩内侧按压凹陷部来消除凹陷部。为了避免面罩在使用期间塌缩，已经将另外的层添加到面罩主体中以增强其结构完整性。例如授予Angadjivand等人的美国专利6,923,182使用位于过滤层与第一和第二成形层之间的第一和第二粘合剂来提供抗压的模制过滤式面罩。为了保持平折呼吸器的结构完整性，授予Chen的美国专利6,394,090在面罩主体上提供第一和第二分界线以辅助避免使用期间的塌缩。
发明内容
本发明提供一种新型的平折过滤式面罩呼吸器构造，该构造有助于防止面罩在使用过程中塌缩。本发明的呼吸器包括面罩主体和带具。所述面罩主体具有横向延伸的分界线、纵向轴线以及分别在所述纵向轴线的两侧设置在所述分界线上方并且不穿越所述分界线的第一焊接图案和第二焊接图案。分别在所述纵向轴线的两侧在所述分界线下方设置不穿越所述分界线的第三焊接图案和第四焊接图案。所述第一焊接图案、所述第二焊接图案、所述第三焊接图案和所述第四焊接图案均为二维封闭图案。
本发明旨在提供一种具有抗挤压特性的平折过滤式面罩呼吸器，其使因为使用时间延长或粗暴搬移而产生的面罩形状变形量最小。对于该呼吸器恶言，因为微粒集载和/或水分积聚而丧失结构完整性的可能性更小。因为该过滤式面罩呼吸器在使用过程中塌缩的可能性更小，因此可以获得改善佩戴者的舒适性和便利性的益处。此外，为了提供抗塌缩性而增采用附加层或更重层的需要也降低了。使用附加层可能导致增加呼吸阻力并提高成本。因此，本发明获得如下益处：保持面罩主体在使用中的预期形状，同时还改进佩戴者的舒适性，并且不因为提供附加层或更重层而增加成本。
术语表
下文所述术语具有如下限定的含义：
“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；
“清洁空气”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它物质(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侧向地延伸的维度；
“杯形构造”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)的主要用途；
“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以及期望的其它层的构造；
“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；
“装备”意指佩戴、摘除和调节面罩主体位置中的任一动作或组合；
“凸缘”意指具有足以被人抓握的表面面积的突出部件；
“正面地”意指当面罩主体处于折叠状态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；
“标记”意指(一个或多个)识别标志、(一个或多个)图案、(一个或多个)图像、(一个或多个)开口、(一个或多个)纹理、或它们的组合。
“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；
“侧向地”意指当面罩主体处于折叠状态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”意指折叠线、接缝、焊线、粘结线、缝线、铰合线和/或其任意组合；
“纵向轴线”意指垂直于横跨维度对分面罩主体的线。
“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(包括降其多个层或部件结合在一起的接缝部和粘结部)；
“鼻夹”意指如下机械装置(不同于鼻部泡沫)，该装置适于在面罩主体上使用，以改进至少在佩戴者的鼻部周围的密封；
“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进行设置；
“褶绉”意指设计为在自身上或在自身上往回折叠的部分；
“聚合物的”和“塑料的”意指主要包含一种或多种聚合物并且也可以包含其它成分的材料；
“多个”意指两个或更多个；
“呼吸器”意指人所佩戴的为佩戴者提供用于呼吸的清洁空气的空气过滤装置；
“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”意指基本上在横跨维度上延伸。
附图说明
图1为根据本发明的平折过滤式面罩呼吸器10的透视图；
图2为图1所示平折过滤式面罩呼吸器10的前视图；
图3为图1所示平折过滤式面罩呼吸器10在折叠状态下的俯视图；
图4为沿着图2的线4-4截取的焊接图案32b中的焊接线32′的剖视图；
图5为沿着图3的线5-5截取的呼吸器面罩主体12的剖视图；以及
图6为沿着图5的线6-6截取的过滤结构16的剖视图。
具体实施方式
在实施本发明时，提供平折过滤式面罩呼吸器，该平折过滤式面罩呼吸器具有设置在面罩主体上的焊接图案以帮助提高抗塌缩性。
图1示出在佩戴者的面部处于展开状态的平折过滤式面罩呼吸器10的实例。可以根据本发明使用该呼吸器10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包括上部18和下部20。上部18和下部20被分界线22分开。在该具体实施例中，分界线22是在整个面罩主体的中部横向延伸的褶绉。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。鼻夹30可以在面罩主体12的外表面上或者在覆盖纤维网之下设置在面罩主体12的上部18上。
图2示出平折呼吸器10具有设置在分界线22上方并且不穿越分界线22的第一焊接图案32a和第二焊接图案32b。第一焊接图案32a和第二焊接图案32b位于纵向轴线34的两侧。第三焊接图案32c和第四焊接图案32d设置在分界线22下方并且不穿越分界线22。焊接图案32c和32d也位于纵向轴线34的两侧。第一焊接图案32a、第二焊接图案32b、第三焊接图案32c和第四焊接图案32d包含限定二维封闭图案的焊接线32′。每个焊接图案可以呈现例如包括较大三角形的桁架式几何图形，该较大三角形具有修圆的角部并且具有位于内部的一对三角形36和38。三角形36和38均嵌置于较大三角形32a至32d内部，从而每个三角形36和38的两条边也形成各个三角形32a至32d的边的一部分。修圆的角部通常具有约0.5毫米(mm)的最小半径。如图2所示，焊接图案32a至32d设置在面罩主体12上，从而在纵向轴线34的各侧是对称的，或者在分界线22以及纵向轴线34的各侧是对称的。尽管在附图中示出本发明是位于三角形内的三角形图案，但是二维封闭图案可以呈现其它桁架形式，包括焊接在面罩主体中的矩形、梯形、菱形等四边形。每个二维封闭焊接图案可以占据的表面积为约5至30平方厘米(cm2)，更典型地为约10至16cm2。
图3示出处于水平平折状态的面罩主体12，该状态对于运输和离开面部的储存而言是尤其有益的。面罩主体12可以沿着水平分界线22折叠。呼吸器可以包括附接于第一拉袢28a和第二拉袢28b的一个或多个带子26，可以在各个拉袢28a、28b上设置标记39以指示佩戴者在佩戴、摘除和调节期间可以在何处抓握面罩主体。可以在各个凸缘上设置的标记39在发明名称为“Filtering Face-PieceRespirator Having Grasping Feature Indicator(具有抓握特征指示器的过滤式面罩呼吸器)”的共同提交的专利申请(代理人案卷号65657US002)中有进一步的描述。
图4示出焊接图案32b中的焊接线32′的剖视图。焊接图案32a、32c和32d中的焊接线可以具有类似的横截面构造。焊接线32′压缩过滤结构中的纤维从而使这些纤维变密实而基本上成为无孔实心型粘结物。焊接线32′的宽度可以为约2至7mm，更典型地为约4至5mm。如果过滤结构16包括多于一个层，这些层实质上在焊接线32′的底部39处融合在一起。
图5示出用于根据本发明的面罩主体12的褶绉构造的实例。如图所示，面罩主体12包括褶绉22，上文已参照图1至图3进行了描述。面罩主体12的上部或上面板18还包括褶绉40和42。面罩主体12的下部或下面板20包括褶绉44、46、48和50。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还包括沿其周边固定到面罩主体的周边纤维网54。周边纤维网54可以在周边24a、24b处折叠到面罩主体的上方。周边纤维网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30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和周边纤维网54之间的周边24a相邻。鼻夹30可以由柔性极软金属或塑料制成，并且能够由佩戴者手动调整以贴合佩戴者的鼻部的轮廓。鼻夹可以由铝制成并且可以如图3所示为线型，或者当从上往下看时可以具有其它形状，例如授予Castiglione的美国专利5,558,089和Des.412,573中示出的m形鼻夹。
图6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。当佩戴者呼气时，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)，以允许呼出的空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一侧具有舒适感。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、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。过滤结构还可以具有与层58、60和62中的至少一者或多者并置(通常与外覆盖纤维网60外表面并置)的结构结网或网片。此类网片的使用在发明名称为“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中有所描述。
结合本发明使用的面罩主体可以采用多种不同的形状和构造。一般来讲，过滤结构的形状和构造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器。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/或多个层之间。还可以将单独的颗粒过滤层结合吸附性的层使用，从而实现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造的增强层。过滤结构还可具有有助于其结构完整性的一条或多条水平和/或竖直分界线。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增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。过滤结构也可以是防止液体从过滤层的一侧转移到另一侧的阻挡层，以例如防止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来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使用的过滤器一般来讲处于低压降(例如在13.8厘米/秒的面速度下压降小于约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。颗粒捕集型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例如熔吹等工艺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。可以适应于多种构造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，过滤层将从穿过其中的气流中移除高百分比的颗粒和/或其它污染物。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纤维网，或可以为波纹状从而得到伸展的表面积，例如参见授予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接剂或任何其它方法接合在一起的多个过滤层。已知的(或今后开发的)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SuperfineThermoplastic Fibers，48 Indus.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(例如参见授予Kubik等人的美国专利No.4,215,682)。这些熔吹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 MechanicalEngineers，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RE31,285中教导的带电荷的形成原纤维的膜的纤维也是合适的，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，特别是微薄膜形式的上述网也是合适的。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，可以让纤维接触水来将电荷赋予纤维。可以如授予Klasse等人的美国专利4,588,537所公开的那样通过电晕充电，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，来将电荷赋予纤维。另外，在纤维中可包含添加剂，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)。特别地，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至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，并且如在授予Jones等人的专利中提到的包括氟原子时，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来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来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实质的有益过滤效果，但当设置在过滤层的外部(或上游)时可充当预过滤器。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(典型地为10至30g/m2)的基重，并且纤维纤度可以小于3.5旦尼尔(典型地小于2旦尼尔，更典型地小于1旦尼尔但大于0.1旦尼尔)。在覆盖纤维网中使用的纤维的平均纤维直径通常为约5微米至24微米，典型地为约7微米至18微米，更典型地为约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(断裂时通常为但非必须为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重量百分比50％或更多聚丙烯的聚丙烯/聚烯烃共混物制成。已经发现这些材料能够为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，能够保持固定到过滤材料上，而在层之间不需要粘接剂。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、两种聚丙烯的共混物、聚丙烯与聚乙烯的共混物、聚丙烯与聚(4-甲基-1-戊烯)的共混物和/或聚丙烯与聚丁烯的共混物。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旦尼尔的范围内(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“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的基重和具有约0.8旦尼尔的平均纤度。合适的纺粘材料可以商品名“Corosoft Plus 20”、“CorosoftClassic 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Anga djivand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WO96/28216A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。带子优选地可伸展到大于其总长度的两倍，并且可恢复其松弛状态。带子也可增长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，这些部分可用其它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。例如参见授予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RE37,974。提供合适压降并可适当地固定到面罩主体上的基本上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。
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，而是仅受到以下权利要求书及其任何等同物提及的限制。
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施。
以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术部分中的那些，均以全文引用得方式并入本文。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。
实例
一般面罩制造步骤
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纤维网材料和鼻夹的步骤。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增强凸缘材料两者、切割最终形状以及附接头带。
预成型件制备阶段
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，形成层的各个材料按如下顺序依次组装：
1.外稀松布
2.过滤材料
3.内覆盖纤维网
外稀松布(图6中60所示)为17g/m2(gsm)的聚丙烯纺粘非织造物，可得自中国济南山东康洁非织造布有限公司(ShandongKangjie Nonwovens Co.Ltd.，Jinan，China)。内覆盖纤维网与外稀松布的材料相同。预成型件中使用的过滤材料(如图6中的62所示)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6中的58所示)与外稀松布的材料相同。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。增强焊接图案如所期望的那样形成于预成型件的主体中。将本发明的面罩的焊接图案相对于横向延伸的分界线和纵向轴线取向。使用得自Branson(Danbury，Connecticut)的2000X型超声焊接设备进行超声焊接来形成图案，焊接设备的冲压力为448kPa，焊头振幅、频率和保压时间分别为100％、20kHz和0.5秒。靠着具有预定图案并具有指定接触表面积的砧操作超声焊头。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超声焊头，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，冲切力为15吨并使用刀模。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，将周边纤维网带BBA Nonwovens(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，焊接设备的冲压力为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焊头，以产生8.5MPa的接触压力，以粘结预成型件的材料。用于粘结周边纤维网材料的砧的区域被构造为平顶方形栓，其中各个栓都具有1.6平方毫米的表面积。焊机的平面焊头靠着砧操作，从而将周边纤维网固定到预成型件上。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纤维网之间。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。
面罩整理操作
在面罩整理操作中，沿着图5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并且形成增强凸缘(图2的28a和28b)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，焊接设备的冲压力为483kPa，焊头振幅、频率和保压时间分别为100％、20kHz和2.0秒。焊头靠着具有22.4平方厘米的接触表面积的砧操作，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1的28a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，所得结合物图案如图1的28a所示。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。
头模
使用适于测量呼吸器在经受模拟呼吸负荷时的塌缩量的头模有助于设计对于具有不同形体尺寸的各类佩戴者而言具有良好贴合性和最高舒适度的平折呼吸器。该方法模拟了呼吸器与头模之间的相互作用。头带力、头模形状、面罩定位、呼吸周期量以及速率在确定平折呼吸器的抗塌缩性能方面起着重要作用。
在本测试方法中使用的头模被修改为具有位于头模面部上的呼吸开口和接触负荷垫。在表1中列出头模的形体特征尺寸；这些特征是在美国职业安全与健康研究所(NIOSH)于2004年5月的名称为“A HEAD-AND-FACE ANTHROPOMETRICSURVEY OF U.S.RESPIRATOR USERS(美国呼吸器使用者的头部面部形体调查)”的文献中所述的对呼吸器性能分析中的代表性头部面部尺寸所总结的特征。模拟呼吸开口在头模的面部上具有13mm直径的圆形出口，位于模拟人体的Menton位置——正中矢状面中下颚骨的最下点(下颚的底部)——上方15.9mm的并且居中。接触负荷垫的接触启动阈值为6.9KPa，为位于模拟呼吸开口周围的椭圆环的形状。接触负荷垫从模拟呼吸开口的边缘径向延伸并且具有5mm的厚度。接触负荷垫的取向为使椭圆的长轴横向于头模，长轴的长度为66mm，短轴的长度为48mm。在测试过程中，当面罩与接触负荷垫之间进行接触时，光将照亮，从而指示面罩塌缩。
利用两条弹性带将评价用的面罩装备在头模上，一条头带在耳朵上方基本上遵循耳珠间鼻下弧长大致到达头模后部，第二条头带在耳朵上方横越头模后部。施加在从四个附接点中的各个点延伸的柱上的力标称为2牛顿(N)。面罩置于头模上，从而中心折叠横向延伸分界线与纵向轴线的交点与呼吸开口的中心对准。将面罩适当定位以进行评价，起动测试设备的呼吸循环。
表1
  形体特征   尺寸(mm)
  下颌角间宽   116
  耳珠间下颚弧长   375
  耳珠间头顶弧长   297
  耳珠间鼻下弧长   122
  颧点间宽   134
  头宽   159
  头围   592
  头长   122
  瞳孔间距   68
  唇长(传感器垫)   66
  额骨最大宽   69
  鼻根点-颏下点长度   122
  鼻根宽   17
  鼻宽   34
  鼻高   27
  鼻下-颏下点长度   53
  面宽   132
模拟呼吸装置和抗塌缩测试
结合上面所述的头模使用Dynamic Breathing Machine，WarwickTechnology Limited，Warwick，United Kingdom来模拟人对呼吸器进行的呼吸。该测试装置构造成使空气经由长3cm、内径2.54cm的软管从呼吸机引导至头模后部。呼吸机提供正弦波形的呼吸，以升/分钟(l/min)为单位的流量在测试期间是变化的。呼吸机以20个循环/分钟的呼吸频率和1升的潮流气在温度为25℃和相对湿度为50％的室内条件下工作。
通过如上在“头模”部分所述将呼吸器放在头模上并以20l/min的流量起动呼吸机来对呼吸器进行评价。以每3分钟5l/min的增量逐渐增加流量，直到测压元件被触发。测压元件的触发表示呼吸器的塌缩，并且测试结束。将呼吸器塌缩时的流量记录为抗塌缩性测量结果，并且以l/m为单位记录。
实例1
利用如下增强焊接图案通过在“一般面罩制造步骤”中所述的步骤构造呼吸器，该增强焊接图案为等腰三角形形式，两个嵌置的等腰三角形位于与较大三角形的等长边相对的角部，大致如图2和图3中的32a、32b、32c和32d所示。每个较小三角形与较大三角形共用等长边以及剩余边。较大三角形的等长边为52mm，嵌置三角形的等长边为17mm。将图案置于呼吸器表面上由横向延伸的分界线和纵向轴线限定的四个象限中。横向延伸的分界线位于面罩顶部往下93.5mm位置处，纵向轴线沿着面罩的中心线设置。象限1、2、3和4分别由如下顺时针位置来限定：9:00至12:00、12:00至3:00、3:00至6:00和6:00至9:00。较大三角形的几何中心在各个象限中居中，并且从横向延伸的分界线与纵向轴线的交点沿着径向直线置于44m处。象限1和2中的较大三角形的顶点朝向面罩的上部，并且底部与横向延伸的分界线平行。象限3和4中的较大三角形的顶点朝向面罩的下部，并且底部也与横向延伸的分界线平行。增强图案的焊接宽度为3mm，在每个象限中覆盖651mm2面积。焊接穿透所有层使预成型件熔合。
比较例1
除了不使用增强图案之外，按照实例1中所述的方法形成和测试面罩。测试结果列在表2中。
实例2
除了在预成型件制备阶段使用可得自中国济南山东康洁非织造布有限公司(Shandong Kangjie Nonwovens Co.Ltd.，Jinan，China)的34gsm聚丙烯纺粘非织造物的内覆盖纤维网和外稀松布之外，按照实例1中所述的方法形成和测试面罩。测试结果列在表2中。
比较例2
除了在预成型件制备阶段使用34gsm内覆盖纤维网和外稀松布之外，按照比较例1中所述的方法形成和测试面罩。测试结果列在表2中。
按照“模拟呼吸装置和抗塌缩性测试(Simulated BreathingApparatus and Collapse Resistance Test)”方法测试上述面罩。在表2中列出测试结果和测试参数。
表2
测试结果表明，形成有焊接增强图案的面罩的抗塌缩性在轻质构造上比重构造上的效果更好。相对于没有焊接图案的面罩构造而言，桁架式焊接图案为轻质面罩构造提供抗塌缩性上的改进。
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，而是仅受到以下权利要求书及其任何等同物提及的限制。
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施。
以上引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术部分中的那些，均以全文引用得方式并入本文。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 (17)

1.一种平折过滤式面罩呼吸器，包括：
(a)带具，以及
(b)面罩主体，所述带具固定于所述面罩主体，所述面罩主体具有横向延伸的分界线，
其特征在于，所述面罩主体还包括纵向轴线、分别在所述纵向轴线的两侧设置在所述分界线上方并且不穿越所述分界线的第一焊接图案和第二焊接图案、以及分别在所述纵向轴线的两侧设置在所述分界线下方并且不穿越所述分界线的第三焊接图案和第四焊接图案，所述第一焊接图案、所述第二焊接图案、所述第三焊接图案和所述第四焊接图案均为二维封闭图案。
2.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案均具有桁架式几何形状。
3.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案均包括一个或多个三角形。
4.根据权利要求3所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案的每个三角形均包括修圆的角部。
5.根据权利要求4所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案均包括嵌置在三角形内部的三角形。
6.根据权利要求5所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述焊接图案均包括嵌置在较大三角形内部的第一三角形和第二三角形。
7.根据权利要求6所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述第一三角形和所述第二三角形位于所述较大三角形的角部并且与所述较大三角形共用焊接线。
8.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述第一焊接图案、所述第二焊接图案、所述第三焊接图案和所述第四焊接图案均占据5至30cm2的面积。
9.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述第一焊接图案、所述第二焊接图案、所述第三焊接图案和所述第四焊接图案均占据10至16cm2的面积。
10.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案包括四边形。
11.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案中的每条焊接线包括2至7mm宽的单线。
12.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
每个焊接图案中的每条焊接线包括4至5mm宽的单线。
13.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述面罩主体包括上部和下部，所述上部和所述下部被所述分界线分隔开。
14.根据权利要求13所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述分界线是穿过所述面罩主体的中部横向延伸的褶绉。
15.根据权利要求13所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述面罩主体包括多条褶绉，至少一条褶绉位于所述分界线上方，至少一条褶绉位于所述分界线下方。
16.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述面罩主体包括过滤结构，所述过滤结构包括过滤层和一个或多个覆盖纤维网层，在所述第一焊接图案、所述第二焊接图案、所述第三焊接图案和所述第四焊接图案处，所述过滤层和所述一个或多个覆盖纤维网层被焊接在一起。
17.根据权利要求1所述的平折过滤式面罩呼吸器，其中，
所述带具包括一根或多根带子，所述面罩主体包括过滤结构，所述过滤结构包括过滤层和一个或多个覆盖纤维网，在所述第一焊接图案、所述第二焊接图案、所述第三焊接图案和所述第四焊接图案处，所述过滤层和所述一个或多个覆盖纤维网被焊接起来。
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