CN103313759A - 符合人体工程学的保护性空气过滤装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种符合人体工程学的保护性空气过滤装置及其制造方法。一种符合人体工程学的保护性空气过滤装置(10)，包括空气可渗透材料的至少两个层(14)的堆叠体，该堆叠体形成本体(16)、周边部(20)以及背部(18)；从周边部(20)延伸并且延伸到层(14)的堆叠体中的多个相交的三维V形褶(22)，由此装置(10)的背部(18)限定了适合于覆盖佩戴者的口和鼻的呼吸室(17)；以及与装置(10)的本体(16)接合以使装置(10)固定到佩戴者的面部并且形成呼吸室(17)的保持机构(24)。符合人体工程学的保护性空气过滤装置(10)提供保护以免受污染的液滴、流体飞溅物、固体颗粒、病原性微生物或气溶胶空气污染物的危害。

Description

符合人体工程学的保护性空气过滤装置及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及2011年11月5日提交的美国临时申请第61/410,678号并且要求其优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本公开的实施方案涉及用于呼吸保护的个人保护性装置领域。更具体地，本公开的实施方案涉及符合人体工程学的保护性装置及其制造方法。

背景技术

本领域中已知各种根据认可的标准和应用领域来调整其设计和性能特性的空气过滤和保护性装置。这些通常被称为面罩、外科口罩、程序性口罩或个人呼吸器的保护性装置被构造成不同的尺寸和形状，由不同类型的可渗透材料制成，设置有不同类型的穿戴(donning)或附件，以及形成有一个或若干个过滤层以实现特定的保护级别。

在医疗和卫生保健领域，外科口罩通常用于保护佩戴者和他们周围环境免受分散在周围空气中的或由佩戴者散发的微生物、体液、颗粒材料和其它污染物的传递转移。

在工业环境中、在建筑工地、在现代农业和食品加工厂中也佩戴粉尘过滤口罩和专业呼吸器口罩，以防止工人吸入粉末物质、气溶胶和空气中的颗粒。

现有口罩和呼吸器普遍存在的缺点是存在对于自然呼吸循环和面部咬合的强加约束和限制，这可能会妨碍佩戴者自然地并且清楚地说话，或者最重要的是，在长时间使用的情况下可能令人讨厌和不舒服。此外，某些保护性口罩甚至在面部肌肉轻微运动的情况下也可能会破坏口罩对佩戴者的面部的密封性。

高阻挡口罩和呼吸器的其它普遍存在的缺点包括：在口罩的呼吸室中产生热、对于佩戴者通过口罩过滤介质轻松地吸气和呼气的固有的困难、以及当佩戴呼吸器时限制向下的视野。该装置的配戴者通常不能将装置正确地附加到他们的面部以避免限制空气流过保护性装置，从而产生了巨大的潜在的暴露于空气中的污染物的危害。

虽然存在若干种被设计用于特定应用领域的呼吸器和防护性口罩，但是大多数口罩和呼吸器存在一个或更多个所描述的缺点。因此，在本领域中，存在对于符合人体工程学的呼吸器和防护性面罩的改进的设计和构造的持续需要。

虽然现有的面罩可以有效地阻挡飞溅物、大液滴和颗粒，但是它们通常松散地配合到面部，从而未能提供完全的保护以免受细菌和其它污染物。另外，在正确配合时，最常见的北美的N-5呼吸器(N-95呼吸器是根据国家职业安全与健康研究所(NIOSH)测试能够过滤空气中的至少95％的颗粒的七种颗粒过滤面罩呼吸器之一)超过了常规面罩的保护级别，但是同时也对于正常呼吸产生显著的阻力且抑制自然的面部运动。

发明内容

本文公开了符合人体工程学的保护性空气过滤装置及其制造方法。

根据本文示出的方面，提供了符合人体工程学的保护性空气过滤装置，该装置包括空气可渗透材料的至少两个层的布置，该布置具有周边部、内侧和外侧；从周边部延伸并且延伸到层的布置中以形成凸出体的多个三维V形褶；以及与装置的凸出体接合以使装置固定到佩戴者的面部并且在装置的内侧形成呼吸室的保持机构。

根据本文示出的方面，提供了符合人体工程学的保护性空气过滤装置，该装置包括空气可渗透材料的至少两个层的堆叠体，该堆叠体形成本体、周边部以及背部；从周边部延伸并且延伸到层的堆叠体中的多个相交的三维V形褶，因此装置的背部限定了适合于覆盖佩戴者的口和鼻的呼吸室；以及与装置的本体接合以使装置固定到佩戴者的面部并且形成呼吸室的保持机构。

根据本文示出的方面，提供了用于构造符合人体工程学的保护性空气过滤装置的方法，该方法包括将每层由空气可渗透材料制成的至少两个层堆叠成形成本体、周边部和背部的堆叠体；使用层的堆叠体形成从周边部延伸的多个三维V形褶，使得装置的背部限定适合于覆盖佩戴者的鼻和口的呼吸室；在装置的周边部处以及在遍及层的堆叠体的多个特定位置处将堆叠体的层与褶连接；以及向装置的周边部附接保持机构，以将装置保持到佩戴者的面部并且形成呼吸室。

附图说明

参照附图，通过阅读对仅出于例证目的而给出的以下实施方案的非限制性描述，本公开的实施方案的其它目的、优点和特征将变得更加清楚，其中：

图1是本公开的实施方案的装置的右侧视图。

图2是图1的装置的前视图。

图3是图1的装置的后视图。

图4是图1的装置的顶视图。

图5是图1的装置的底视图。

图6是示出了三维V形褶的结构的图1的装置的立体后视图。

图7A是根据本公开的实施方案的处于其完成的组装形状的装置的前视图。

图7B是根据本公开的实施方案的处于其完成的组装形状的装置的立体图。

图7C是根据本公开的实施方案的处于其完成的组装形状的装置的右侧视图。

图8A是用于形成用于医疗和卫生保健应用的符合人体工程学的装置的实施方案的前体面板的构造以及熔喷和纺粘织物的布置的示意图。

图8B是用于形成用于洁净室应用的符合人体工程学的装置的实施方案的前体面板的构造以及熔喷和纺粘织物的布置的示意图。

图8C是用于形成用于一般工业应用的符合人体工程学的装置的实施方案的前体面板的构造以及熔喷和纺粘织物的布置的示意图。

图8D是用于形成用于增强的保护以防止病原性微生物的符合人体工程学的装置的实施方案的前体面板的构造以及熔喷和纺粘织物的布置(所选择的装置的层使用生物活性剂来处理)的示意图。

图8E是用于形成用于重型工业和焊接应用的符合人体工程学的装置的实施方案的前体面板的构造以及熔喷和纺粘织物的布置(装置的外层是耐焊接火花的)的示意图。

图9A示出了单个颈环穿戴选项的实施例。

图9B示出了两个耳环(earloop)穿戴选项的实施例。

图9C示出了四个系绳(tie-on string)穿戴选项的实施例。

图10示出了用于装置尺寸小(S)、中(M)和大(L)的织物的层的尺寸。

图11是多模块装置组装线的示意图。

应当理解，本公开内容以示出和非限制性的方式来呈现说明性实施方案。本领域技术人员可以设计出落在本公开的实施方案的原理的范围和精神内的各种其它变型和实施方案。在下面的描述中，附图中的类似的附图特征已经用类似的附图标记给出。为了保持清晰，如果某些元件在前面的图中已经被标识，则其在一些图中可能不会被标识。

详细说明

符合人体工程学的保护性装置(如在本公开的实施方案中所描述的符合人体工程学的保护性装置)可以为许多应用领域提供最佳解决方案。为了满足符合人体工程学产品的标准并且符合现有标准，符合人体工程学的保护性装置组合了轻质且柔软的织物材料、穿戴弹性环、三维V形褶皱的特殊设计和定位、以及最佳用于高速塑料接合操作中的焊接技术的使用。得到的产品是紧密安装到具有不同表面解剖的面部轮廓并且有效俘获超过99％的亚微米颗粒和生物物体的符合人体工程学的保护性装置。此外，与现有的面罩和呼吸器模型相比，佩戴者在同一水平的呼吸保护下感受到显著降低的空气阻力。

本文中公开了符合人体工程学的保护性空气过滤装置及其制造方法。根据一个方面，提供了符合人体工程学的保护性装置，该装置被形成为舒适地配合到佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下巴的前部和鼻唇沟后面的线之上，该装置包括：

-空气可渗透材料的至少两个层在其中堆叠体在一起的布置，该布置形成本体、周边部和背部；

-从布置的周边部延伸并且延伸到限制装置本体的凸出结构中的多个三维V形褶，以及

-固定到装置的本体以使装置固定到佩戴者的面部并且形成由装置的后(内)侧、佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下巴的前面部分以及鼻唇沟后面的线来界定的呼吸室的保持机构。

根据另一实施方案，提供了如上文所限定的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中该装置的周边部包括底部边缘、右侧边缘和左侧边缘，其中底部边缘包括位于底部边缘的右侧上的底部右侧褶和位于底部边缘的左侧上的底部左侧褶。底部右侧褶与右侧边缘上的相应的褶互锁，并且底部左侧褶与左侧边缘的相应的褶互锁。

根据另一实施方案，提供了如上文所限定的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中该装置还包括第二底部左侧褶和第二底部右侧褶，第二底部右侧褶与右侧边缘上的相应的第二褶互锁，并且第二底部左侧褶与左侧边缘的相应的第二褶互锁。该装置还可以包括更多组互锁的三维V形褶或者位于以上述方式布置的装置的周边部上的褶的阵列。

根据另一实施方案，提供了如上文所限定的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中互锁的底部侧褶和侧褶在它们的交叉点处形成特定角。

根据另一实施方案，提供了如上文所限定的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中堆叠体层的布置包括由纺粘织物制成的外层、由熔喷织物制成的过滤层、以及由纺粘织物制成的内层，每个所述织物是空气可渗透的。

根据另一实施方案，提供给了用于构造如上文所限定的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，该装置舒适地配合到佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下巴的前部和鼻唇沟后面的线之上。该方法包括以下步骤：

a)向前体面板中预先布置每层由可渗透材料制成的至少两个层，该布置形成本体、周边部和背部；

b)通过折叠从布置的周边部延伸并且延伸到限定该装置的本体的凸出结构中的多个三维V形褶来形成层的布置，使得该装置的背部形成适合于覆盖佩戴者的鼻、嘴唇和口、下巴和面部颊部分的呼吸室。

c)在该装置的周边部处以及在遍及层的布置的多个特定位置处将布置的层与所述褶连接；以及

d)使用保持该装置的器件将该装置的周边部固定到佩戴者的面部，从而形成由装置的后(内)侧、佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下巴的前面部分以及鼻唇沟后面的线来界定的呼吸室。

根据另一实施方案，提供了如上文所限定的方法，其中该方法的步骤c)还包括以下子步骤：

i)折叠右侧上的底部褶并且折叠右侧上的褶，使得底部右侧褶与右侧上的褶互锁；以及

ii)折叠左侧上的底部褶并且折叠左侧上的褶，使得左侧上的底部褶与左侧上的褶互锁。

术语左、右、底部和顶部不应该用于限制本公开的实施方案的范围。这些术语意在指示装置在人佩戴时的通常方向。对于“装置的背部”，指的是面对佩戴者的鼻、口、面部颊和下巴的装置的后(内)表面。

根据另一实施方案，提供了用于构造如本文所限定的符合人体工程学的保护性装置以提供特定保护以防止污染的液滴、流体飞溅物、固体颗粒、病原性微生物或气溶胶空气污染物或者防止装置材料着火的方法，其中：

-在纤维形成过程中使用特殊试剂对装置的所选择的层或所有层进行处理、或者将其施加到织物表面以产生期望的功能效果；

-除表面张力调节剂之外，还将生物活性剂或生物活性剂的混合物施加到装置的一层或所选择的层，从而提供增强的保护以免受分散在液滴或气溶胶中的有害微生物的危害；

-在纤维形成过程中使用低分子量聚合物材料对所选择的层或所有层进行处理、或者将其施加到织物表面以改变或增强已处理的织物的表面张力；或者

-在纤维形成过程中施加阻燃剂或阻燃剂的混合物、或者将其浸渍到织物(装置的第一吸入织物层或更多层)中以防止由生活火花(life spark)引起燃烧。

本公开的装置是轻质的符合人体工程学的保护性装置，该装置对佩戴者吸入的空气进行过滤并且提供较少限制的透气性，同时还感觉到佩戴舒适。此外，这种装置不会干扰佩戴者的嘴唇和鼻孔，不会限制面部咬合，并且提供不受限制的向下视野。此外，该装置由低成本的材料制成并且可以以高产量和大体积来制造。

参照图1至图6、图7A至图7C以及图9A至图9C，示出了符合人体工程学的装置10。装置10形成为配合在佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇、口、下巴的前部和鼻唇沟后面的线之上。装置10包括每层(如图8A至图8E所示)由可渗透的材料制成的堆叠体层14的布置12。布置12具有设置有装置的背部18和周边部20的本体16(如图3所示)。多个三维V形褶22从周边部20的左侧、右侧和底侧延伸并且在装置本体16的特定位置处互锁(如图1、图2和图5所示)。三维V形褶22的背部与布置12的保持展开的部分一起限定覆盖佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇、口、下巴的前部和鼻唇沟后面的线呼吸室17(如图6所示)。该装置还包括固定到本体16以使装置10固定到佩戴者的面部上并且形成呼吸室的保留装置24(如图3所示)。在佩戴装置10时，呼吸室由装置的背部的至少部分以及由佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇、口、下巴的前部和鼻唇沟后面的线限定。

在被折叠成为由三维V形褶来表征的三维结构之前，布置12的层14可以具有梯形、三角形或矩形形状。在一个优选实施方案中，采用梯形前体面板，如图8A至图8E以及图10所示。

装置10的周边部20包括底部边缘26、右侧边缘28和左侧边缘30(如图2所示)。在一个实施方案中，底部边缘26包括位于底部边缘的右侧的底部右侧褶32和位于底部边缘的左侧的底部左侧褶34。底部右侧褶32和底部左侧褶34各自形成在装置的背部向内折叠的、朝着装置的中心部分的三维V形褶。底部右侧褶32与右侧边缘28上的相应的褶36互锁，并且底部左侧褶34与左侧边缘30上的相应的褶38互锁。在一个优选实施方案中，底部右侧褶32和底部左侧褶34形成箱形褶40，箱形褶40在装置10的本体16的正面侧凸出(如图5所示)。对于箱形褶，是指通过折叠在褶的任一侧下方的织物而得到的平坦的双层褶。

装置10还可以包括第二底部右侧褶和第二底部左侧褶，第二底部右侧褶44与右侧边缘28上的相应的第二褶48互锁，并且第二底部左侧褶46与左侧边缘30的相应的第二褶50互锁。以类似的方式，装置10还可以包括与装置的左侧和右侧的相应的第三褶互锁的第三对底部褶。在一个实施方案中，底部边缘26可以容纳至多十二个褶，并且右侧边缘28和左侧边缘30可以各自容纳至多十个褶。

如图2、图5和图6所示，底部褶32、34、44和46与侧褶36、38、48和50互锁以在它们各自的交叉点处形成特定的角52。这些角通过以三维结构折叠织物来形成，这些角在约45度至75度的范围内变化。在一个优选实施方案中，通过以三维结构折叠织物而形成的角为60度。在除了三维V形互锁褶设计之外的替代折叠模式中，这些角可以在约30度至120度的范围内变化。这些角可以改进装置的功能性并且促进具有扩大的过滤表面的呼吸室的形成。此外，这些角还可以有助于确保在吸气呼气循环期间维持装置的结构完整性并且防止装置塌缩在佩戴者的口上。

在一个实施方案中，该装置还包括上部右侧边缘褶54和上部左侧边缘褶56，以更好的容纳佩戴者的鼻。

参照图8A至图8E，在一个实施方案中，层14的布置12包括由非织造织物制成的空气可渗透材料的至少两个层。本文中所使用的术语“空气可渗透材料”是指允许空气渗透通过材料而基本上没有阻力的任意多孔或松散的结构材料。在个人空气过滤装置的情况下，空气优选以相对低的压力流过过滤介质以确保每一个吸气呼气循环的必需体积的空气。除特别制成的非织造织物之外，一些松散的编织织物材料和开孔泡沫可以具有合适的渗透性。通常，渗透性与材料的厚度直接相关，并且根据工业标准设定为特定范围。在图8A的实施方案中，对于卫生保健和医疗应用的设计，该布置可以包括由熔喷织物制成的过滤层58和由纺粘织物制成的内部层60，这些织物中的每一个织物是空气可渗透的。在一些实施方案中，该布置还包括由同样是空气可渗透的纺粘织物制成的外层。

纺粘织物的重量在约每平方米7克至约每平方米75克的范围内变化，两个前面层(空气入口)和背部(口)层的优选重量分别为约每平方米33克、约每平方米22克以及约每平方米20克。熔喷织物的重量可以在约每平方米2克至约每平方米150克的范围内变化，熔喷织物的优选重量为每平方米25克。

在一些实施方案中，层14的布置12由第一外层62形成，第一外层62被制造并且处理用于与受污染的周围空气接触并且由聚丙烯制成。与外层62相邻的是第二层64，第二层64被处理或未被处理并且也由聚丙烯制成。被设计成用作过滤层的第三层58由熔喷织物制成。最终，被设计成与佩戴者的面部接触的第四层60由聚丙烯和聚乙烯制成并且可以包含用于调节织物特性的特殊添加剂。

在一个实施方案中，第一外层62由约每平方米33克的聚丙烯织物制成，第二层64由约每平方米22克的聚丙烯织物制成，第三层58由约每平方米23克的熔喷织物制成，第四层60由约每平方米22克的聚丙烯/聚乙烯织物制成。

根据装置佩戴的应用领域，可以对层14的数目和它们的具体特性进行调节。图8B至图8E示出了装置10的层14的其它实施例，即对于洁净室的应用、对于工业或重型应用而言，该装置提供高度保护以防止灰尘和细颗粒，并且对于焊接应用而言，该装置的前面层可以接合耐火织物。也可以考虑层14的数目、用于层14的材料的类型、以及施加到层14的覆层或浸渍的类型的其它变型。

更具体地，图8A中的装置的构造包括在第一外层62中使用的、可以使用耐流体剂进行处理的特殊的非织造织物。下一层64由可以未经处理或使用表面改性剂进行处理的非织造织物制成。这种经特殊处理的前面层的顺序导致疏水-亲水类型的阻挡，这有效地阻止了飞溅并且俘获了气溶胶污染物。

在一个实施方案中，该装置可以从佩戴者的呼吸中俘获污染物，如图8B所示。这在工作环境必须是被保护的(如具有洁净室和电子组装基地)的情况下是理想的。如图8B所示，该装置的内侧使用去掉并且俘获气溶胶颗粒和微生物的经处理或未经处理的层64(纺粘织物)和层58(熔喷织物)进行加强。

在一个实施方案中，该装置可以被构造成N-95呼吸器并且提供高级别的颗粒保护，如图8C所示。如图8C所示出的，该装置的本体组装有一个纺粘层62、一个经处理或未经处理的层64、可以包含用于增强特殊污染物俘获的特定试剂的两层熔喷织物、以及提供舒适性并且减少装置与佩戴者面部的摩擦的柔软的纺粘织物的一个层60。

在一个实施方案中，该装置层用生物活性剂进行处理，以获得增强的保护以防止病原性微生物，如图8D所示。如图8D所示出的，层64用一个或更多个试剂进行处理，以除了机械地俘获有害细菌和病毒之外提供杀灭微生物的效力。该装置还可以用熔喷层58的特殊处理来构造。内部层由柔软且柔性的织物60制成，以获得舒适且密闭的面部密封。

在一个实施方案中，该装置可以是耐火性的，如图8E所示。该装置包括层62和层64，并且可以组装有两层特殊熔喷织物58以满足对于N-99呼吸器的标准。

该装置可以在不同的应用领域中使用，如在手术室中、一般的程序、专门的卫生保健和牙科。它也可以用在长期和家庭护理设施中，在流行病和减轻呼吸道感染期间作为公众生物安全性的安全措施的一部分。该装置可以在具有升高的水平的颗粒或气溶胶空气污染物的任何环境下(如工业厂房、建筑工地、养殖场)提供长时间可靠的保护。该装置也可以在普通活动(如家务或园艺)时佩戴用于健康预防。

根据具有的应用领域，无论是所选择的层14还是所有的织物层14都可以包括特殊试剂以产生所期望的功能效果。可以将生物活性剂或生物活性剂的组合物应用于一个层或所选择的层，从而提供增强的保护以防止临床病原体或传染性病毒。在一个实施方案中，该装置构造有经生物活性处理的层，如图8D所示。合适的生物活性剂包括但不限于本领域中已知的可以以可控的排放速率释放金属离子的无机材料。典型的具有已证实的杀菌活性的离子是银、铜、锌或其它金属离子，这些离子适合于合并在特定的聚合物纤维中(如聚烯烃)。示例性无机生物活性剂包括但不限于银锌玻璃的化合物、磷酸锆载银化合物、银铜沸石的化合物或纳米银化合物、纳米铜化合物和纳米铬化合物。最常见的，这些材料是陶瓷型无机化合物或不溶于水且能够以可预测的速率排放金属离子的无机化合物。其它合适的抗菌剂是有机化合物，如季铵盐、硅烷季铵化合物或有机银化合物。一般而言，以其有效浓度来使用合适的生物活性剂对特定病原性微生物具有杀菌或生物稳定(biostaic)效果，但不会引起任何健康或其它对人体有害的问题。

每个织物的具体类型、其重量、密度和其它具体性质可以被适配用于每种预期用途。因此，在一个实施方案中，该装置具有包括功能剂的至少一个层。合适的功能剂的实施例包括但不限于表面张力调节剂，如以具有两亲性结构低分子量的聚烯烃共聚物为基础的非离子型表面活性剂。有效的表面改性剂包括但不限于具有直链烷基磷酸盐和聚有机硅氧烷嵌段、或者两亲性嵌段共聚物的组合物的有机亲水性化合物。列举非限制性的实施例，合适的功能试剂可以由低分子量的支链和直链的磺基聚酯、或者具有其它有机亲水性化合物的磺基聚酯(sulfopolyestes)的混合物制备。被构造为具有经表面张力调节剂处理的层的装置的说明在图8A、图8B和图8D中示出，其中层64被处理。此外，在一些实施例中，层中的至少一个层还设置有生物活性剂和功能试剂。

为了提高舒适性并且适当地将装置10保持在佩戴者的面部，装置10还设置有鼻夹66，鼻夹66位于装置10的周边部的上部边缘68上(如图2所示)。在一个实施方案中，鼻夹66是嵌入在层14的装置12的顶部折叠中的柔性铝条，但也可以使用特种塑料和其它类型的鼻夹。

在一个实施方案中，布置12的层14在周边部处和遍及层的布置的特定位置处彼此接合。该接合可以包括例如由热丝印刷机、脉冲热封机、高频(RF)焊接、超声焊接(US)或有利于高速塑料接合操作的其它接合技术形成的双线。

如图2、图5和图7C所示，在一些实施方案中，当从前方观看时，装置10的形状在某种程度上是具有直边以及底部的左和右两半的三角形。如图6、图7A和图7B所示，在一些实施方案中，当从右侧或左侧观看时，装置10的形状有些不规则。

图7A、图7B和图7C示出了该装置的完成的组装形状并示出了该装置的独特的形状，该装置是在适合于高速批量生产的特殊的折叠和焊接固定装置上制造的。该装置的前体面板和周边部的尺寸被特别设计，以在左边缘和右边缘上形成直线并且在底部边缘上形成对称的V形线。这种设计允许在一个焊接工艺步骤中固定所有的三维V形褶。此外，这种特殊的设计模式使得整个装置能够被平坦折叠以用于紧凑封装。

可以使用几种类型的保持(穿戴)器件24来将装置10保持在佩戴者的面部上。保持机构可以包括单个颈环、两个颈环、两个耳环，可系上的绳、嵌入周边部的弹性绳或不同穿戴器件的合适的组合。在一个实施方案中，保持机构24包括一个或更多个弹性带(如图9A和图9B所示)。

在一个实施方案中，保持机构24可以包括单个颈环。为了形成单个颈环，将带状物的一端固定到该装置的右下角并且将带状物的另一端固定到左下角以形成围绕佩戴者的脖子的环(如图9A所示)。

在一个实施方案中，保持机构24可以包括耳环。为了形成耳环，保持机构24包括两个弹性带，第一条带的一端固定到装置的右下角，另一端固定到顶部周边部角的右侧，第二带的一端固定到装置的左下角，另一端固定到装置的顶部周边部角的左侧(如图9B所示)。

在一个实施方案中，保持机构24可以包括四个纺粘可系上的带。为了形成四个纺粘可系上的带，将长度为30cm的每个带附接至该装置的顶部和底部的四个相应角之一(图9C所示)。

在该装置的另一实施方案中，保持机构24是围绕该装置的周边部的右侧、底部和左侧固定并且延伸的弹性带。换句话说，弹性带围绕装置的右侧、底部和左侧，并且不需要用于在合适的位置保持机构的环(无环型式)。因此，围绕的弹性带和鼻夹的组合操作使该装置固定在佩戴者的面部上。

在一个实施方案中，该装置的中等尺寸的一个型式可以构造如下：所有织物的四个层被预先切割成具有底边长为28cm、顶边长度为8cm，侧边长为21cm、高为18.5cm的梯形形状的面板前体。其它尺寸如小尺寸和大尺寸可以以成比例的尺寸进行切割，如图10所示。为了将装置正确地配合到佩戴者的面部，将优选地长约5.5cm宽约0.3cm的柔性铝带嵌入面板前体的顶部折叠中。该装置的每一侧包含四个褶，每个褶的深度为1cm。在下巴下面该装置的形状是由集中于底部边缘的中间部分中的一个双层折叠形成的，褶的深度为约1.0cm。底部边缘包括在底部边缘的左侧和右侧每侧的另外的两个褶，褶的深度为约1cm。第一颈环通过在各角中折叠而被连接到装置的底部角，因此，在鼻唇沟和下颌骨的交叉处创建2cm×2cm增强的三角形块。第二颈环连接到鼻块的包含物附近的上侧折叠。

本发明还提供一种用于构造上述装置的方法。该方法的第一步骤即步骤a)包括预先布置每层由可渗透的材料制成的层14以形成本体。布置12的本体16包括该装置的背部18以及周边部20。该方法的第二步骤即步骤b)包括形成从周边部20的左侧、右侧和底侧延伸并且在装置本体16的特定位置处互锁(如图2和图5所示)的多个褶22。一旦形成了褶22，该装置的背部18就限定了覆盖佩戴者的鼻、口、下巴和面部颊部的呼吸室。第三步骤即步骤c)包括在装置10的周边部20处将褶22和布置12的层14的未折叠部分进行连接。最后，在步骤d)中，在装置10的周边部处固定保持机构24以将该装置保持到佩戴者的面部，从而形成由装置的背部以及佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下颌的前部和鼻唇沟后面的线所限定的呼吸室。

在一个实施方案中，步骤c)包括以下子步骤i)折叠右侧的底部褶34并且折叠右侧的褶38，使得底部右侧褶34与右侧的褶38互锁；以及ii)折叠左侧的底部褶32并且折叠左侧的褶36，使得底部左侧褶32与左侧的褶36互锁。

在一个实施方案中，装置10被设计用于大批量生产，如图11所示，并且用纺粘织物和熔喷织物的预先切割平面布置12(或面板前体)来构造。在一个实施方案中，第一外层62(进气口)是由一块每平方米33克(gsm)的PP纺粘织物(SAL-33G)制成的。第二层64是由一块22gsm的PP纺粘织物(SAL-22G)制成的。接着，过滤层58或第三层包括23gsm的熔喷织物(SAL-23M)。最后，第四层60包括一块22gsm的纺粘双组分PP-PE织物(SAL-22H)，该层直接与佩戴者的面部皮肤接触。

实施例1

在一个实施方案中，该装置可以如下所述手工地构造。

预先布置层

沿着特定的方向展开四个织物，以根据设计规范来匹配非织造织物的“前”或“后”侧。通过以特定角度定位切割装置来将梯形前体面板切割成预定尺寸。如果该程序是自动的，则面板中的一些或全部面板可以被顺序地切割以减少织物的浪费(如图11所示)。

构造顶侧

通过在周边部20处并且在遍及层的布置的特定位置处将层接合到另一层(如通过使用热带脉冲热封机、通过双线(如相距约0.5cm的线))来使前体面板的每一侧或层的布置被部分地重叠。然后将鼻夹66定位在梯形面板的顶部处形成的1cm折叠的内部。在一个实施方案中，鼻夹66可以是铝带。使用热丝印刷机、脉冲热封机、高频(RF)焊接、超声焊接或有利于高速塑料接合操作的其它接合技术来密封折叠的整个边缘。在该密封线下面，也使用脉冲热封机标记与第一线相距约0.5cm的第二条线以形成双密封。接着，形状为1.5cm×1.5cm的三角形的梯形顶部两个角被向前折叠并且被密封至装置10的前方以产生用于穿戴器件24的附接的加固位置。

在底部边缘上构造褶

从底部边缘26的中心沿着每个方向形成深度为1.0cm的两个褶。这将产生中央双折叠，这通过边缘的点焊来确保。在此过程的自动型式中，使用无线电频率(也称RF技术)来实现焊接。在中心双折叠的每侧形成深度为1.0cm的两个附加褶。在底部边缘的右侧，第一附加褶位于距离中心右侧折叠为约1cm处，第二附加褶位于距离第一附加褶为约1.5cm处。以类似的方式形成左褶。

构造左侧褶和右侧褶

形成位于距离装置的顶部角约3cm并且深度为约1cm的右侧褶，并且对其进行就地密封。在距离第一右侧褶为2.5cm处形成深度为1cm的第二右侧褶，并且对其进行就地密封。第二侧褶与形成在装置的底部处的相应的中心折叠在装置本体的中间部分相交。在距离第二右侧褶为2cm处形成深度为约1cm的第三褶，并且对其进行就地密封。第三侧褶与形成在装置的底部边缘上的相应的第二折叠互锁。在距离第三侧褶为1cm处形成深度为约1cm的第四右侧褶。第四侧褶与形成在装置的底部边缘上的相应的第三褶互锁。组合的褶结构产生了阶梯式金字塔形状。左侧褶以对称的方式组装。在自动的组装方法中，同时形成左侧和右侧两者。

保持机构

各种保持选项之一可以附接到该装置以适应特定的应用或客户喜好。为了固定颈环，该装置的底部角向外折叠以形成两个2cm×2cm的三角形，并且对其进行就地热封。长度约26cm的弹性带被热密封并且附接到三角形的中间附近。通过向外折叠该装置的顶部角以形成两个1.5cm×1.5cm的三角形来添加顶部颈环，在适当的位置处就地密封顶部角，并且通过热封或超声焊接技术将约30cm长的弹性带固定到顶部三角形的中间附近。

由于该装置固有地紧密配合至具有不同表面解剖的人的面部，所以该装置可以通过具有特定刚度的鼻块和固定到装置的底部的仅一个颈环来附接到面部，如图9A所示。

在一个实施方案中，保持机构24可以包括两个耳环，每个耳环包括固定到该装置的下部角的一端和附接到由装置的顶褶形成的折叠边缘的另一端，如图9B所示。这样的穿戴型式对于由必须定期更换装置的医疗保健专业人员来使用而言是理想的。

在一个实施方案中，该装置可以用附接到该装置的顶部和底部的四个相应的角落的四个纺粘可系上的带制成，每个带长度约30cm，如图9C所示。这种特别的穿戴型式被要求用于所有在手术室中使用的外科口罩，这是因为它提供了最安全的口罩的配合并且防止穿戴失败。图9C示出了与创立的用于外科手术的无菌过程相适应的穿戴器件。

在一个实施方案中，如图8D所示，该装置可以包括被设计成提供保护以防止空气中的微生物的符合人体工程学的外科口罩。符合人体工程学的外科口罩由使用预定比例的生物活性剂处理的无纺织织物来构造。在一个实施方案中，层SB2和层SB3或所有层、内覆盖层和外覆盖层二者、以及内部过滤介质层可以包含合并在非织造织物中的多功能生物稳定剂的组合物。这种生物活性组合物集中在纤维表面上，其特征在于在该装置的正常使用期间活性部分的快速输送。通常，使用这种组合物处理织物不仅能够捕获空气中的病原性微生物而且能有效地使其无效。该装置的设计、过滤介质和天然织物触感的组合物的接合提供了舒适性和长时间的正常呼吸，同时防止了有害微生物在佩戴者和周围环境之间的交叉污染。

如图8A至图8E以及图10所示出的，为了组装符合人体工程学的外科口罩，纺粘织物(SBF)和熔喷织物(MBF)的预先布置的层被模切(diecut)以设计图案同时按照层的顺序进行构造，并且通过预期用途和期望的产品性能来控制织物的类型。用于鼻梁架的材料的适当的长度和类型确保了紧贴面部固定并且防止了在典型的室内环境中安全眼镜的雾化。

实施例2-高产量的组装方法

在该实施例中，在自动化工作站上制造符合人体工程学的外科口罩，在自动化工作站中所有织物以预先布置的模式被连续地供给，将样片切割，鼻梁带被自动折叠到前体的顶部中并且覆盖有纺粘织物。底部角和顶部角二者都折叠成三角形模式，并且用超声技术进行焊接。接着，在一个步骤的折叠过程中形成三维V形褶，并且使用超声焊接技术将三维V形褶同时固定在装置周边部的两侧和底部。从自动馈送处附接双耳环，将其切割成设定的长度并且在口罩的角落处用超声技术对其进行焊接。图11中示出了多模块装置组装线的示意图。

更具体地，高速自动化的组装模式包括根据具体的产品设计来布置选定的非织造织物的轧辊。这些织物被馈送给第一组装模块作为被预先切割成期望口罩尺寸的连续的多层带，如图10所示。在该模块处，织物在遍及梯形形状的前体面板的多个位置处部分层叠，通过切割装置从供给带中分离并且被传送到下一模块。在该模块上，配合鼻梁架，在折叠线处标记前体面板，前体面板被部分折叠成简单的凸起结构，并且转送到下一模块。这种折叠模块采用高速的小型机器人系统来在底部、左侧和右侧同时形成三维V形褶。在下一模块处，使用多个超声焊接头的系统来在装置周边部处对预先折叠的部分进行焊接。图7A至图7C中示出的成品部件被输送到附接装置穿戴绳的下一模块。在这个阶段中，该装置已经准备好用于多形式或单形式封装。图11中示意性地示出了该过程，并且该过程可以应用于单零件或多零件组装模式。

在一个实施方案中，用于医疗和卫生保健应用的该装置材料具有如下规格：

熔喷织物

用Prospector MF650X PP树脂(Basell)制成的MBF2508，

纺粘织物

SBF22B40；芯-35MFR PP树脂，Basell医用级PH835；套管60MFRPP Metocene级MF640T

纺粘织物

SBF20B50；芯-35MFR PP树脂，Basell医用级PH835；套管27MFRPP树脂，级别ACP7740F3

鼻梁支架

5.5cm×0.3cm、Al允许级别&由顾客所选择的性能规格

颈环/耳环

30cm和26cm、编织弹性带级别&由顾客所选择的性能规格

选项耳环-21cm、编织弹性带

上面所指出的所有的产品特性和材料规格都仅提供作为实施例。在一个实施方案中，可以形成具有不同深度和位置的褶。

除了符合人体工程学的配合和紧凑的设计之外，该装置佩戴舒适，即使在经受空气污染物的炎热和潮湿的环境中长时间佩戴也是如此。织物材料的选择确保了舒适性和透气性，减少了对吸入空气的限制，并且不会限制口咬合。该装置旨在减少强加于面部部肌肉运动的限制，同时能够说话，而不影响在佩戴者的面部上方的装置的密封性。

该装置的另一优点在于其形状，其形状最大限度地减少了不必要地使用静电的人造织物覆盖面部，从而减小了呼吸室内的空气温度。在佩戴装置时，佩戴者的脸颊的较大部分暴露于环境空气中，使得面部能够自然冷却。

此外，该装置的褶的形状和折叠为佩戴者提供了改进的向下视野，这对于需要精确的手眼协调的专业人士是特别重要的。可以有若干穿戴选项：在适当的时候用于安全去除和再使用的一个颈环、用于更加永久和安全佩戴的两个颈环、用于容易穿戴和经常更换的两个耳环、或者围绕的弹性绳(无环型式)。

在一个实施方案中，该装置可以是可重复使用的或被设计用于单次使用。

符合人体工程学的装置呼吸室以及表面与体积比

在北美和欧洲，权威人士推荐了若干种流行形状的用于呼吸保护的一次性呼吸器，即鸭嘴形、箱-4(Box-4)面板形状以及传统的杯形。这些呼吸器通常构造有一个或更多个刚性非织造织物以保持形成呼吸室的比较简单的凸出形状。然而，这些简单的和预先形成的几何形状不能很好的配合到人面部的复杂形状之上。当放置到佩戴者的面部之上时，这些类型的面罩往往会覆盖大部分的下巴以及下巴区域的下方。因此，有效呼吸室比由特定呼吸器的几何尺寸所测定的原始总体积小。更重要的是，这些呼吸器的总表面的大部分与面部皮肤紧密接触，这会导致用于通过呼入的空气和呼出的空气的有效面积减少。有效表面是由在具体面部形状和呼吸器的内凸出表面之间的空间所限定的呼吸室的实际表面。在其中呼吸室往往取决于佩戴者的鼻的几何尺寸的标准外科口罩的情况下，口罩几何结构和有效表面之间的相互关系更加显著。

使用符合人体工程学的保护性装置的设计和构造解决了普通口罩和呼吸器的根本的缺陷。与标准的防护性口罩的简单几何形状形成对比，该装置并入了大量的三维V形褶，该三维V形褶使得在保持呼吸室的紧凑体积的同时能够显著增加有效面积。在下面的表1中，将本公开实施方案的符合人体工程学的装置的体积和表面特征与下面的普通呼吸器口罩(鸭嘴形、箱形和杯形，参考表1中S-5DZR、G2130、M8210)进行比较。所有的测量是对具有透明头部的人体模特进行的，以观测合适的配合并且确保数据收集的精确性。

为了限定用于最佳有效表面和紧凑的呼吸室体积的通用标准，以表面积与体积比(SVR)为基础对不同类型的保护性面罩进行比较。较大的SVR树脂由于较大的有效表面和减小的呼吸室体积而有助于透气性。表1中汇总的测试数据表明流行的呼吸器用小于1的SVR值来表征，然而本发明公开的装置的有效值大于其两倍，如SVR为2。SVR数值的差异与符合人体工程学装置的较低空气阻力数据一致(如表2中示出的Delta P、EAR、IAR)。特定保护级别的优越的过滤效率和介质设计与用于符合人体工学保护性装置的多个三维V形褶特征的本发明的设计直接相关。符合人体工程学的保护性装置也使得呼吸困难或无能力呼吸的人和儿童能够通过限制性过滤装置进行呼吸以具有经济、安全和可靠的保护性面罩。此外，与传统形状的面罩相比，符合人体工程学的保护性装置每装置的总重量提供了最佳的有效面积，如参照表1通过STW(表面与重量)比所示出的。

用于各种SCB(高级舒适与透气性)和ESR(符合人体工程的安全呼吸器)装置以提供所期望的保护水平并且减少空气阻力的设计的可接受的SVR值为1至4，并且更优选地SVR的值为2。实际上，通过按比例修改所描述的组装方法可以实现SVR的值为3。然而，可以制造具有更高的SVR的装置，必要的是可以对折叠模式做出一些变化。在这种情况下，一次折叠结构将具有三维V形褶，二次折叠结构将通过在装置周边部对褶边缘进行焊接来成对地合并一次褶。

表1

符合人体工学保护性装置和典型形状N-95呼吸器的表面与体积比(SVR)

＊呼吸室(BC)    专用数据2011年11月

具有低空气阻力和增强的透气性的符合人体工程学的(混合面罩呼吸器) 装置的实施例

低空气阻力和增强的透气性的效果直接与表面与体积比(SVR)有关——符合人体工程学的保护性装置以可渗透特殊织物的成比例消耗提供了用于活性空气通道的增加的表面积。在一般情况下，与处于保护的特定水平标准口罩和呼吸器相比，对于符合人体工程学的保护性装置而言主要的空气阻力标准为差压(ΔP)和吸入和呼出空气阻力(IAR，EAR)几乎降低50％。上面的表1示出了使用特定结构的各种符合人体工程学的保护性装置进行的空气阻力测试的实际值以及从目前在北美使用的基准产品中获得的平均数值。

表2.符合人体工程学的保护性装置——SCB和ESR混合面罩与基准面罩&呼吸器的过滤效率

注意：

按照ASTM和NIOSH协议进行对比测试

SCB、ESR、ZPM是用于装置的编码ID

＊EPD——符合人体工程学的保护性装置

＊＊BM——基准

＊＊＊HB——高阻挡

表2示出了根据本文中描述的用于制造符合人体工程学的保护性装置(EPD)的方法来构造和组装的各种模型面罩的关键过滤性能特性。所有列出的模型是建立在介质尺寸和相同三维V形褶的特征上的。更具体地，SCB300模型被设计成满足用于通常在牙科诊所和医疗保健设施中和低风险领域中所使用的中等阻挡程序性口罩的标准。在要求更高水平的保护和流体阻力的情况下，SCB400和SCB500模型将更加合适。ESR400模型被特别地构造用于保护洁净室和特种组装区中的周围环境，而ESR500模型被构造成满足用于颗粒呼吸器的N-95(NIOSH)的要求。在用于高病原体保护的一些情况下，ZPM700模型组装有用所选择的用于捕获并且钝化空气中的生物危害的不利影响的生物活性剂处理的织物。ESR900模型并入多层过滤介质以超出N-99(NIOSH)标准并且可以被制造成耐火型式。所有符合人体工程学的装置满足易燃性测试中的ASTM标准第1级别。

用于美国目前的测试中认可的基准产品的性能特征被列出作为参考，以证明符合人体工程学的保护性装置在相关范畴中的优点。因此，在表2中高阻挡外科口罩(SM)、N-95呼吸器(R/N-95)和N-99(R/N-99)的数值被示出作为来自不同供应商的两个或更多个面罩样本的平均数目而没有给出对于品牌和生产商的任何优选。所有符合人体工程学的保护性装置表明在空气阻力测试中几乎降低50％的值，同时保持或甚至超过所需的过滤效率的水平(如表2所示)。符合人体工程学的装置还提供了N-95和N-99型呼吸器的总体上最轻的结构——通常比基于简单杯形几何形状的领先品牌轻40％至50％。

由于吸气和呼气循环期间较小的空气阻力，符合人体工学的保护性装置提供相同保护水平，但是将呼吸室中的空气温度平均降低了30％。在长时间的使用期间，这将产生对口罩的更加舒适和可忍受的体验。在潮湿和炎热的环境中，这种效果将更加显著。在22℃(72F)的正常室内温度下，对于ESR500而言，经过10分钟，内部空气温度仅增加1.5℃至2.0℃，而标准N-95型呼吸器在使用10分钟之内产生大于3℃的增加值。在标称30℃的呼出空气温度下，在特定测试条件下，保护性口罩在开始若干分钟内产生逐渐热量积聚。该测试限于开始的10分钟；结果：M8210Plus-10min/33℃；G213010min/33℃；符合人体工程学的安全呼吸器ESR50010min/32℃——与基准和在当今市场上最流行的产品相比有30％的改善。

具有舒适的密封和最小面部干扰的符合人体工程学的保护性装置

与标准的杯形或鸭嘴形呼吸器相比，符合人体工程学的保护性装置设计有狭窄且软的周边部边缘，这与低张力的穿戴绳接合，耳环或颈环在面部上方产生最小压力。此外，三维V形褶的内边缘产生与面部肌肤的温柔触感并且使得松紧合适的保护性装置稳定，即使在正常手势的情况下也是如此。与标准的外科口罩相比，符合人体工程学的保护性装置几乎覆盖佩戴者面部的50％的较小面积。更重要的是，该装置的呼吸室的位置远离鼻和嘴唇，从而保持不会消除佩戴者的声音的不变的腔室体积。

此外，符合人体工程学的保护性装置由柔性且柔软的非织造织物面板的多个层而不是刚性的预成型形状构成。三维V形褶被多层织物的短的分段分开，这使得任何保护性装置的关键密封元件的装置周边部能够适应不同的面部轮廓——更准确地说以确保与具有不同表面(浅薄)解剖的紧密配合。

与装置配合和密封特性有关的重要元素是材料的种类和鼻梁架的长度。任何符合人体工程学的保护性装置模型，300至900(表2)是用弯曲并且保持鼻的中间部分的形状的约6.0sm的短鼻梁架来制造的。关键的优点是，将装置固定在隔膜的软骨的上部和在鼻的下部的在软纤维成分组织后面的鼻的侧软骨的部分中的鼻骨(nasal bond)的末端。该设计特征在只有一个颈环固定到装置的底部的情况下使得装置牢固地附接到佩戴者的面部(如图9A所示)。与此相反，大多数外科口罩和呼吸器是使用延长了颧骨从而产生不舒服的压力点的长鼻梁架来制造的。

对面部皮肤的附加改善是围绕边缘和在鼻梁架下面的压纹窄线的超声焊接的特殊模式。这些焊接模式使用基于热塑性织物的固有性质来沿着装置周边部产生凹入的和凸出的结构的窄线。因此，该装置边缘形成柔性且柔软的双重密封模式，其具有通过佩戴环产生的张力的力和方向的良好平衡。在优选实施方案中，在鼻梁架下面的压纹线是用热冲击或超声焊接技术产生的1.5mm宽的实线。该线被定位在跨越口罩的顶部的鼻梁架上方的折叠的织物边缘处。在装置的侧边缘和底边缘处采用提供了周边部密封和使三维V形褶固定的类似的焊接模式。最优选的焊接模式以一组具有1mm×1mm的工作表面并且每行间距为2mm的三行正方形刀片为特征。两个外侧的线定位成彼此相邻，同时刀片偏移1.5mm以产生方格模式。第三内部线被放置到距离双格子线为2.5mm处。该模式保留了织物的柔软性，并且在相对低的能量和压力下提供对折叠边缘的可靠的焊接。

互锁的三维V形褶的装置

制造符合人体工程学的保护性装置的主要原因是，设计和构造具有最佳性能特性的安全的呼吸保护性装置——低空气阻力、具有紧密面部配合的轻质面罩、以及不会干扰正常咬合和视野的紧凑形状。限定符合人体工程学的装置的性质的所有这些标准的组合需要柔软且相对柔性的材料。

首先，为了增加呼吸室的有效表面，过滤材料在装置的侧面和底部被折叠为多个褶。第二，为了保持机构的期望的形状并且确保在不同流量下在吸气和呼气期间呼吸室的结构完整性，通过折叠成V形结构的互锁来使得装置的材料被固定在适当的位置。第三，三维结构是通过互锁以特定间隔定位的V形褶并且在多层过滤材料的平坦面板前体上具有特定深度来产生。

三维V形褶是第一次应用于符合人体工程学的保护性装置的独特的设计特点。这些三维V形褶在正常呼吸期间在向前-向后的循环力下在保持机构的完整性方面具有多种用途并且确保压缩在符合人体工程学形状的周围的最佳过滤材料适应具有不同的表面解剖的人面部。此外，与流行的简单形状的口罩和呼吸器相比，互锁的三维V形褶提供了用于构造具有超过两倍SVR值的装置的基础结构。

在过滤行业中，对过滤材料的打褶用于制造各种具有增加的表面积的各种装置。然而，所有常见的技术基于对柔性或半刚性的材料的二维折叠模式并且需要附加的支撑元件。虽然这样的结构是经济的并且适合于工业和家庭过滤系统，但是这些二维折叠模式不是适合(fit)人面部的复杂性和独特性的最佳解决方案。在简单形状保护性面罩中使用的刚性材料的可替选的解决方案由于完成的装置的尺寸、重量或配合而产生了设计和性能限制。

一种符合人机工程学的保护性空气过滤装置包括透气性材料的至少两个层的布置，该装置具有周边部、内侧和外侧；从周边部延伸并且延伸到层的布置中以形成凸出体的多个三维V形褶；以及与装置的凸出体接合以使装置固定到佩戴者的面部并且在装置的内侧形成呼吸室的保持机构。在一个实施方案中，布置是空气可渗透材料的至少两个层的堆叠体。在一个实施方案中，多个三维V形褶与相邻的三维V形褶互锁。

一种符合人机工程学的空气过滤装置包括：空气可渗透材料的至少两个层的堆叠体，所述堆叠体形成本体、周边部和背部；从周边部延伸并且延伸到层的堆叠体中的多个相交的三维V形褶，因此装置的背部限定了适合于覆盖佩戴者的口和鼻的呼吸室；以及与装置的本体接合以使装置固定到佩戴者的面部并且形成呼吸室的保持机构。

在一个实施方案中，还包括沿着周边部的底部边缘、右侧边缘和左侧边缘，其中底部边缘包括位于底部边缘的右侧的底部右侧褶和位于底部边缘的左侧的底部左侧褶。在一个实施方案中，底部右侧褶与右侧边缘上的相应的褶相交，并且底部左侧褶与左侧边缘的相应的褶相交。在一个实施方案中，还包括第二底部左侧褶和第二底部右侧褶，第二底部右侧褶与右侧边缘上的相应的第二褶相交，并且第二底部左侧褶与左侧边缘的相应的第二褶相交。

在一个实施方案中，相交的底部侧褶和侧边缘褶在交叉点处形成特定角。

在一个实施方案中，空气可渗透材料是织物。在一个实施方案中，还包括由空气可渗透纺粘织物制成的外层、由空气可渗透熔喷织物制成的过滤层、以及由空气可渗透纺粘织物制成的内层。

在一个实施方案中，呼吸室由装置的所述背部、佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下颌的前部以及鼻唇沟下面的线来界定。

在一个实施方案中，该装置还包括至少施加到外层的耐火涂层。在一个实施方案中，该装置提供保护以防止受污染的液滴、飞溅的流体、固体颗粒、病原性微生物或气溶胶空气污染物。在一个实施方案中，该装置还包括生物活性剂，生物活性剂被施加到该装置的一个或更多个层，以提供增强的保护以防止分散在液滴或气溶胶中的有害微生物。在一个实施方案中，该装置还包括被施加到该装置的一个或更多个层的表面张力调节剂。在一个实施方案中，该装置还包括被施加到该装置的一个或更多个层以增强表面张力的低分子量聚合物材料。在一个实施方案中，在纤维形成过程中使用特殊试剂处理所选择的层或所有织物层或者将其施加到织物表面。

在一个实施方案中，呼吸室具有约1至约4的表面与体积比。在一个实施方案中，呼吸室具有约为2的表面与体积。在一个实施方案中，呼吸室具有约20至约60的表面重量比。在一个实施方案中，呼吸室具有约44的表面重量比为。

在一个实施方案中，该装置具有低的空气阻力。在一个实施方案中，多个三维V形褶产生紧凑且轻质的呼吸室，其特征在于与具有简单几何形状的类似装置相比空气阻力降低了50％。在一个实施方案中，多个三维V形褶产生由柔软且柔性的材料制成的紧凑且轻质的呼吸室，从而提供该装置与于具有不同表面解剖的人脸的紧密的周边密封和配合。在一个实施方案中，该装置与面部的外周密封允许自然的面部咬合和说话。该装置的柔软且柔性的材料允许在装置和佩戴者的面部之间产生周边部密封。

在一个实施方案中，该装置具有不会限制佩戴者的向下视野的低轮廓。

一种用于构造符合人体工程学的保护性空气过滤装置的方法，包括将每层由空气可渗透材料制成的至少两个层堆叠成形成本体、周边部和背部的堆叠体；使用层的堆叠体形成从周边部延伸的多个三维V形褶，使得装置的背部限定适合于覆盖佩戴者的鼻和口的呼吸室；在装置的周边部处以及在遍及层的堆叠体的多个特定位置处将堆叠体的层与褶连接；以及向装置的周边部附接保持机构，以将装置保持到佩戴者的面部并且形成呼吸室。

在不偏离本公开的实施方案的范围的条件下，可以对上述实施方案作出大量修改。本文中所引用的所有专利、专利申请和出版的参考文献通过引用其全部内容合并到本文中。应该理解，若干个上述公开的以及其它特征和功能或者其替代物可以根据期望接合到许多其它不同系统或应用中。随后，本领域技术人员可以在对其做出目前无法预料或未预料到的各种替代、修改、变化或改进。

Claims (24)

1.一种符合人体工程学的保护性空气过滤装置，包括：

空气可渗透材料的至少两个层的布置，所述布置具有周边部、内侧和外侧；

多个三维V形褶，所述三维V形褶从所述周边部延伸并且延伸到所述层布置中以形成凸出体；和

保持机构，所述保持机构与所述装置的所述凸出体接合以将所述装置固定到佩戴者的面部并且在所述装置的所述内侧上形成呼吸室。

2.根据权利要求1所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述布置是所述空气可渗透材料的至少两个层的堆叠体。

3.根据权利要求1所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述多个三维V形褶与相邻的三维V形褶相交。

4.一种符合人体工程学的保护性空气过滤装置，包括：

空气可渗透材料的至少两个层的堆叠体，所述堆叠体形成本体、周边部和背部；

多个相交的三维V形褶，所述三维V形褶从所述周边部延伸并且延伸到所述层堆叠体中，由此所述装置的所述背部限定适于覆盖所述佩戴者的口和鼻的呼吸室；和

保持机构，所述保持机构与所述装置的所述本体接合以将所述装置固定到所述佩戴者的面部并且形成所述呼吸室。

5.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括沿着所述周边部的底部边缘、右侧边缘和左侧边缘，其中所述底部边缘包括位于所述底部边缘的右侧上的底部右侧褶和位于所述底部边缘的左侧上的底部左侧褶。

6.根据权利要求5所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述底部右侧褶与在所述右侧边缘上的相应的褶相交，并且所述底部左侧褶与所述左侧边缘的相应的褶相交。

7.根据权利要求5所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括第二底部左侧褶和第二底部右侧褶，所述第二底部右侧褶与在所述右侧边缘上的相应的第二褶相交，并且所述第二底部左侧褶与所述左侧边缘的相应的第二褶相交。

8.根据权利要求5所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中相交的底部侧褶和侧边缘褶在交叉点处形成特定的角。

9.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括由空气可渗透的纺粘织物制成的外层、由空气可渗透的熔喷织物制成的过滤层、以及由空气可渗透的纺粘织物制成的内层。

10.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述呼吸室由所述装置的所述背部、所述佩戴者的鼻的下半部分、嘴唇和口、下巴的前部以及鼻唇沟后面的线来界定。

11.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括至少施加到所述外层的耐火涂层。

12.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述装置提供保护以免受污染的液滴、流体飞溅物、固体颗粒、病原性微生物或气溶胶空气污染物的危害。

13.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括生物活性剂，所述生物活性剂被施加到所述装置的一个或更多个层，以提供增强的保护以免受分散在液滴或气溶胶中的有害微生物的危害。

14.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括施加到所述装置的一个或更多个层的表面张力调节剂。

15.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，还包括施加到所述装置的一个或更多个层以增强表面张力的低分子量聚合物材料。

16.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述空气可渗透材料是织物。

17.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述呼吸室具有约1至约4的表面与体积之比。

18.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述呼吸室具有约20至约60的表面重量比。

19.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述装置具有低空气阻力。

20.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述装置具有不会限制所述佩戴者的向下视野的低轮廓。

21.根据权利要求4所述的符合人体工程学的保护性空气过滤装置，其中所述装置与所述面部的周边部密封允许自然的面部发声清晰度和说话。

22.一种用于构建符合人体工程学的保护性空气过滤装置的方法，包括：

将分别由空气可渗透材料制成的至少两个层堆叠成形成本体、周边部和背部的堆叠体；

使用所述层的堆叠体形成从所述周边部延伸的多个三维V形褶，使得所述装置的所述背部限定适于覆盖佩戴者的鼻和口的呼吸室；

在所述装置的所述周边部处以及在遍及所述层的堆叠体的多个特定位置处连接所述堆叠体的所述层和所述褶；以及

将保持机构附接至所述装置的所述周边部，以将所述装置保持到所述佩戴者的面部并且形成呼吸室。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括：

折叠在底部边缘的右侧上的底部褶；

折叠在底部边缘的左侧上的底部褶；以及

折叠在右侧边缘上的褶并且折叠在左侧边缘上的褶，使得所述底部边缘的右侧的所述底部褶与在所述右侧边缘上的所述褶相交，并且使得所述底部边缘的左侧的所述底部褶与在所述左侧边缘上的所述褶相交。

24.根据权利要求22所述的方法，还包括将生物活性剂施加到所述装置的一个或更多个层，以提供增强的保护以免受分散在液滴或气溶胶中的有害微生物的危害。

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