CN1054778C - 具有咬合式过滤筒的呼吸保护器 - Google Patents
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Abstract
一种呼吸保护器(10)，它具有一面罩(14)和一位于该面罩(14)上的容筒结构(22)。面罩(14)的尺寸制成紧贴地盖住人的鼻子和嘴，过滤筒(12)能被手工地咬合于容筒结构(22)。这种咬合式配合可通过朝容筒结构(22)推压过滤筒(12)而简单地实现，无需旋转动作。
Description
本发明涉及一种具有咬合式过滤筒的呼吸保护器。
在呼吸保护器领域已采用许多技术，用以在呼吸保护器上安装过滤元件。通常的技术是将过滤元件设于一带螺纹的盒子内，该盒子装于呼吸保护器本体上的一带有相应螺纹的配件上，例如见美国专利5,222,488、5,063,926、5,036,844、5,022,901、4,548,626和4,422,861。现有的过滤筒一般具有螺旋或前进式螺纹，它与容纳过滤筒螺纹部分的攻有螺纹的卡圈或承口相配合。按适当方向转动过滤筒可将它安装或脱离于呼吸保护器。通常采用一有弹性、可变形的密封垫来确保将其气密地装配到呼吸器本体上。
除了螺纹，还可用卡口式密封来将过滤筒安装于呼吸保护器上，例如见美国专利5,062,421、4,934,361和4,850,346。上述专利5,062,421中揭示的卡口式密封具有锁紧片和槽口，用来将构件固定于一起。锁紧片从过滤筒上突起，与呼吸保护器本体上一开口中的槽口相配合。通过按适当方向转动过滤筒，过滤筒便咬合成接合状态。在上述专利4,934,361和4,850,346中，采用一发声装置，以表明过滤筒已合适地连接于呼吸保护器的面罩。面罩上的一凸缘具有一闭锁用的滑边或具有一倾斜面的凸轮，用来使过滤筒上的一条肋逐渐挠曲和变形。随着过滤筒和面罩彼此相对转动而进入锁合位置，凸轮与肋相配合，使肋和凸缘挠曲，直到肋猛地由凸轮的末端落下。这种急剧的动作产生可听见的“咔嗒”声。
在美国专利5,148,803中揭示的另一种技术中，采用一种波纹管将过滤器固定于呼吸保护器上。该波纹管与一刚性箍一起形成一刚性的封套，用来容纳过滤器。该封套与一弹性的套管连接，该套管以气密的方式围绕在过滤器周围。为了更换过滤器，先将套管折到封套的高度，将过滤元件插入封套，然后将套管再折回覆盖住过滤元件。
美国专利5,033,465和5,078,132揭示了一种呼吸保护器，它用边缘密封将过滤元件固定到呼吸保护器的弹性材料的面罩上。该过滤元件具有粘结的活性炭粒，边缘密封设在过滤元件与弹性材料的面罩之间。该边缘密封由一种合适的粘结材料制成，诸如热熔粘结剂、热熔泡沫粘结剂或乳胶。
美国专利4,856,508中揭示了一种用来容纳过滤筒的泡沫面罩壳。该泡沫面罩壳具有一卡圈，该卡圈具有一个用来容纳过滤筒的开口。过滤筒具有一延伸部分，其外部尺寸约等于通过卡圈的圆柱形通道的内部尺寸。在安装过滤筒时，将其延伸部分插入开口中，该开口处形成相对较紧的摩擦配合。该面罩壳由柔性泡沫材料制成，当延伸部分插入开口中后会膨胀。在更换过滤元件时，抓住它并来回扭转，同时将其拉离面罩壳。
在美国专利4,790,306中，描述了一种呼吸保护器，它采用镶嵌成型法将一被粘结的吸收性过滤元件永久地固定于呼吸保护器的面罩上。
在美国专利4,771,771中，描述了一种插入式框架，用来将过滤筒固定于呼吸保护器的一容腔内。过滤筒是用密封垫而设于该容腔中的，这些密封垫紧靠在过滤筒上，以将其保持在适当位置。可以通过将过滤筒滑过插入式框架中的一开口而将其装配到呼吸保护器上。
在美国专利4,630,604中，过滤器保持器上采用一锁舌来保持可更换的过滤元件，使其邻接于呼吸保护器框架。可以通过将过滤器保持件从呼吸器框架上拆下来更换过滤元件。
美国专利4,562,837中还揭示了一种技术，其中呼吸保护器上装有一导向环，用来与一过滤器外壳相接合。该导向环支承于一套管部分，该套管部分形成一供气体通过的开口。过滤器外壳在导向环上从一收缩的备用位置滑到一伸展的使用位置。位于过滤器外壳与呼吸保护器之间的一波纹管，允许过滤器外壳在其收缩的备用位置与伸展的使用位置之间移动。
瑞典利丁厄的Sundstrom Safety AB在欧洲和澳大利亚销售一种牌号为SR-62的呼吸保护器，它用合成橡胶过滤器保持器来容纳过滤筒。该过滤筒由装于刚性的注塑塑料筒内的气体和蒸汽或颗粒过滤器构成。在将该过滤筒插入保持器时，将保持器扩展到超过过滤元件的外围面。当两个不同的过滤器被串联使用时，可以将它们咬合在一起，并作为一个单独的单元插入保持器。在分离这些过滤器时，在装具系统上提供了一种工具可用来将它们橇开。
尽管以上所讨论的呼吸保护器采用了不同的技术来将过滤器和过滤筒固定于呼吸保护器上，但这些技术均具有许多缺点。例如，螺接于呼吸保护器的过滤筒一般具有一外壳或容器，过滤材料保持于其中。筒的圆柱形几何结构一般需要将过滤筒作为一外部附件来使用，这会干扰使用者的视线。而且，螺接的筒采用许多零件，这会增加过滤元件的总体积和呼吸保护器的总重量。在其它设计中，诸如在美国专利5,078,132、5,033,465和4,790,306中所揭示的，过滤器无法方便地更换，因而当过滤元件的工作寿命到达极限时，整个呼吸保护器将被废弃。在Sundstrom公司销售的SR-62呼吸保护器中，过滤筒是可更换的，然而，保持器相对于过滤元件的物理强度不够，因而，就象是将一个橡胶轮胎装到一个轮子上，需要许多操作才可将过滤元件置于合成橡胶保持器中。另外，弹性材料相对来说可能较贵，并不易加工。以上所讨论的其它一些呼吸保护器的缺点有，需要使用密封垫或O形密封圈来实现气密性密封，或是需要使用相当复杂的系统来将过滤元件安装到呼吸保护器上。
本发明的呼吸保护器克服了现有技术呼吸保护器的许多缺点。这种呼吸保护器没有采用许多零件来将过滤筒固定与呼吸器面罩上，不需要用密封垫、O形密封圈或永久粘结剂在过滤筒与面罩之间获得密封配合。而且，该过滤筒的重量相对较轻，用一个简单的动作就可将其安装和拆离于面罩，无需过多的操作。该呼吸保护器的制造相对较为容易，并可使生产成本降至最低限度。
简明扼要地说，本发明的呼吸保护器包括：
(a)一面罩，其尺寸至少可盖住人的鼻子和嘴；
(b)一位于面罩上的容筒结构；
(c)一过滤筒，它具有一容纳过滤元件的外壳，能用手将该过滤筒与容筒结构咬合在一起，并产生一听得见的声音，所述的咬合可以通过朝容筒结构推压过滤筒而很快地实现，无需旋转运动，该过滤筒还能通过用手拉而很快地从容筒结构上分离。
本发明还包括一过滤筒，它可用来过滤通过人所戴的呼吸保护器而吸入的空气中所存在的污染杂质。该过滤筒可快速地装配和拆卸于呼吸保护器的面罩，它包括一外壳和一过滤元件。该过滤元件容纳于外壳中，该外壳具有一装置用来通过用手朝容筒结构推压过滤筒而将该过滤筒与容筒结构咬合在一起，无需使用旋转动作，并允许通过用手拉而很快地从容筒结构上分离。
本发明与现有呼吸保护器的不同点在于，该过滤筒能快速地与呼吸保护器面罩咬合在一起，而无需旋转动作。这可以简单地通过朝面罩上相应的容筒结构推压过滤筒而实现。因此，本发明提供了一种非常简单的装置用来将过滤筒装到呼吸保护器面罩上。提供了一种听得见的声响，以表明已可靠安装。本发明还能允许过滤筒快速地从呼吸保护器面罩上卸下。这可以简单地通过朝一个方向拉过滤筒而实现，该方向与将过滤筒推压到面罩上的方向相反。而且也不需要旋转动作来将过滤筒与呼吸保护器面罩分离。
附图中：
图1是本发明的呼吸保护器10的立体图；
图2是本发明的呼吸保护器10的前视图，其中筒12内没有装过滤元件16；
图3是呼吸保护器10沿图2中的3-3线剖开的局部剖视图；
图4是表示本发明中过滤筒12与面罩14的接合的放大剖视图；
图5是本发明的过滤筒12的剖视图。
在本发明的实施中，提供了一种呼吸保护器，它具有一个能用手安装和拆卸于呼吸器面罩并且没有泄漏的过滤筒。过滤筒与面罩之间的密封是气密的，安装和拆卸可以快速地进行。
图1、2和3示出了一呼吸保护器10，它包括一过滤筒12和一面罩14。过滤筒12具有一容纳圆柱形过滤元件16的圆柱形外壳13。过滤元件16可包括一气体过滤器18和一颗粒过滤器20，如图所示。过滤元件16将在下面进行详细描述。过滤筒的外壳13围绕在过滤元件的外围面上，覆盖住其圆周面上的流入面。
过滤筒12可通过这样的步骤而咬合于面罩14，它基本包括：在一个大致垂直于面罩(或平行于过滤筒轴线)的方向上朝面罩推压过滤筒。无需转动过滤筒或面罩就可将过滤筒固定于面罩上—但本发明并不一定要排除这种运动。过滤筒12可通过这样的步骤而从面罩14上快速地卸下，它基本包括：抓住过滤筒12(包括上面的附件)，并沿一个轴向的、垂直离开面罩14的方向拉动它。同样也不需要转动来将过滤筒从面罩上卸下。
面罩14的尺寸制成至少能覆盖住人的鼻子和嘴。面罩也可能制成覆盖住人面部的其它部分(即眼睛)，诸如满脸式结构；但是，面罩一般是制成半面罩式结构，如这里所示的一也就是只能覆盖住鼻子和嘴的那种。如图所示，面罩14可包括一软的、柔性的部分15，它以密封接合模塑在一刚性的中心部分17周围。刚性中心部分17具有一开口19，经过滤的空气可通过它而进入呼吸保护器的内部。按需要可安装一吸入阀21。具有软的、柔性的面部部分和安装过滤筒用的刚性中心部分的呼吸保护器已在现有技术中公知，如美国专利5,062,421中所揭示的。
如图所示，呼吸保护器10是一种“负压”呼吸器。也就是说，该呼吸保护器依靠使用者的肺作为将空气吸过呼吸器的装置。这种呼吸保护器之所以称作“负压”，是因为在吸入过程中呼吸器内部的压力要小于外界的压力。相反，“正压”呼吸保护器是依靠压力空气(例如来自人所背的压力瓶或增压器)来为使用者供氧的，呼吸保护器内部的压力要大于外界的压力。本发明也可适用于正压呼吸保护器。
当使用呼吸保护器10时，由使用者肺的膨胀所产生的负压使空气被吸而通过过滤筒12内的过滤元件16而从筒12上的一流出口(23，图3和4)流出，并通过呼吸器面罩14上的一流入口(19，图3和4)而进入面罩的内部，在那里空气可被使用者吸入。因此，过滤筒设置成与呼吸保护器面罩的内部相流通。
图3和4从结构上示出了过滤筒12如何能咬合于面罩14上。面罩14没有过滤元件，但具有一容筒结构，该结构是一突起的凸缘22，供过滤元件固定于面罩14上。如图所示，凸缘22与过滤筒12上的一裙部相接合。凸缘22最好具有一径向外突表面26，它与裙部24上的一径向内突表面28相接合。当过滤筒12被轴向地朝面罩14推压时，裙部24从其静止状态径向地向外膨胀，同时凸缘22被径向内压。随着过滤筒12继续被压向面罩14，径向内突表面28通过了径向外突表面26的最大径向外突点29，使得裙部24向内收缩，凸缘22向外膨胀。然后，过滤筒12直接与面罩14咬合。在连接状态下，裙部24基本上张弛到其接合前的位置，但仍对凸缘22施加一些压力—也就是说它与凸缘22发生一定的干涉—以在部件之间提供基本上气密的密封。为获得这种干涉，径向内突表面28的圆周或同一圆周的直径略微小于径向外突表面26的圆周或直径。不使用密封垫或其它合适的密封机构就可完成密封。因此，当该呼吸保护器被使用者戴上时，吸入空气只有从过滤筒12的流出口23出来，再通过面罩14上的流入口19才能进入面罩14的内部。过滤元件的后面具有一导管25，以便空气从过滤元件流过流出口23。流出口和流入口所围绕的面积(或圆周)最好是大体上小于过滤元件的圆周。咬合式气密密封基本上可包括凸缘22和裙部24。呼出的空气可通过一呼气口31而离开面罩内部27。
裙部24内侧的径向内突表面28可呈多种形式。例如，该径向内突表面可以是一个略微向内倾斜(小于90°)的面，或呈肋、斜面、凸轮或其它面朝内的突起物的形式。当裙部24呈圆形时，其内径最好朝端部30的方向轴向地减小。凸缘22上的径向外突表面26也可采用各种不同的形式，包括以上用于裙部24的那些。可以想象，凸缘22还可具有一凹槽(未示出)，供裙部24上一相应的肋接合于其中。
因此，本发明的呼吸保护器具有一咬合式接合装置，它包括一插入件或凸缘22和一包容件或裙部24，在过滤筒12与容筒结构22的接合过程中，凸缘22先收缩，然后径向朝外膨胀，而裙部24先膨胀，然后径向朝内收缩。凸缘22的收缩和裙部24的膨胀最好是同步发生，随后凸缘22的膨胀和裙部24的收缩最好也是同步发生。咬合式配合也可通过仅使凸缘或裙部中的一个部件膨胀和收缩而另一个部件基本保持静止来实现。
径向外突和内突表面26和28可影响装拆过滤筒的难易程度。增大径向外突和内突表面26和28的尺寸，可增加裙部24方向外扩的程度，进而可使装拆更难。而且，表面26和28的几何结构可影响过滤筒12咬合到位的快慢程度。构件的材料特性也是一个与确定手工装拆零件所需的力有关的因素。“手工”意思就是用人手就可很容易地在面罩上装拆过滤筒，而无需借助任何独立于呼吸保护器的机械源。不需要任何外部工具或器械，无需损坏或拆卸呼吸保护器，以将过滤筒安装或拆卸于面罩。可以调节材料特性和其它参数，以提供紧密的固定装配与简易的可拆性之间合理的平衡。已经发现，一个10到60牛顿的力可提供简易的可拆性，同时仍可提供一个固定的连接，拆卸力最好是在15到25牛顿。
裙部24最好是由一种有弹性的合成树脂制成，它能发生弹性变形以允许裙部24卡于凸缘22的外面，并能基本恢复其原来的尺寸。22℃(73°F)时的挠曲模量为2×108到30×108pa(～30,000到400,000psi)的材料可适用于这种场合。当挠曲模量小于这一范围时，可能需要非常大的变形或扩展，以确保过滤筒与面罩之间良好的密封，这使得固定操作非常麻烦。当挠曲模量大于这一范围时，材料可能很难发生变形，使得拆卸所需的力过大，生产裕度过窄。裙部的材料最好也是热塑性的，以便制造。可用来形成裙部24的一些材料包括聚乙烯、聚丙烯和热塑橡胶。低密度聚乙烯，如DowlexTM 2553聚乙烯(密歇根州米德兰的Dow Chemical Company生产)是一种尤为合适的材料，它的挠曲模量为6.6×108pa(～95,000psi)。高密度聚乙烯，如Dow 8454也尤为适合，它的挠曲模量为9.5×108pa。本发明的一个实施例具有一由低密度聚乙烯制成的注塑过滤筒、一压装配于筒壳内的被粘结的过滤元件和一可选择使用的、叠于粘结过滤元件上的颗粒过滤器。粘结过滤元件可按照授予Braun和Rekow的美国专利5,033,465和5,078,132的技术来生产。颗粒过滤元件可以是一种充电的纤维网膜，例如见授予Van Turnhout的美国专利Re.32,171或Re.30,782。
凸缘22最好是由一种刚性比裙部材料略微强一些的材料制成。最好是用22℃(73°F)时的挠曲模量大于6×108pa(～95,000psi)的材料来形成凸缘22。一般，凸缘22的挠曲模量小于70×108pa(～1,000,000psi)。合适的材料例如包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、乙缩醛、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯，等等。聚丙烯，如AmocoTM 3234聚丙烯(伊利诺伊州芝加哥的AmocoChemical Company生产)是尤其适用于形成凸缘22的材料，它被认为具有17×108pa(～245,000psi)的挠曲模量。
如上面所提到的，当裙部24咬合于凸缘22上时，会发出一种诸如“咔嗒”之类的声响。声音提示使用者过滤筒已安装到位可以使用。当裙部扩张到一定程度然后再突然松弛时，可提供一种“咔嗒”声。
在一些情况下，除了咬合配合外，可能需要提供一种附加的固定装置。该附加的固定装置可设置用来帮助防止过滤筒从面罩上意外地移位，诸如由一意外的侧向力所引起的。该附加固定装置可采用钩扣34的形式，如图3和5所示，它设于裙部24和容筒结构22的侧向上。钩扣34可插入面罩14上的一相应的槽36中。将过滤筒12安装到面罩14上，先要将钩扣34扣于槽36中。然后，钩扣34起到铰链的作用，筒12随着被大致轴向地压向或压离面罩14而绕着它枢转。筒12上可设置一突出部38，以便将筒从面罩14上拆下。
当过滤筒12上没有采用钩扣34和槽36时，可以抓住其外围面以使它与面罩14分离。杠杆作用是影响过滤筒装拆难易的另一个因素。由于裙部24所包绕的面积要小于过滤器16所包绕的面积，并且它与过滤筒12的中心不同轴，或轴向偏心于过滤筒12，因此可得到杠杆作用，用来将筒12从面罩14上分离。如图所示，裙部的突起的面积没有包绕在过滤元件的突起的面积内，即过滤元件的半径小于偏心量总和加上流出口半径总和。如图所示，裙部的突起的面积没有包绕在过滤元件的突起的面积内—也就是说，过滤元件的半径小于偏心量与流出口半径的总和。如果钩扣34已脱扣，或没有被使用，则抓住过滤筒12的使用者可简单地从端部32对着裙部24拉动它，以将筒12从面罩14上分离。
虽然以上示出的本发明中，面罩14具有一凸缘22，过滤筒12具有一裙部24，但在本发明中，反过来也是可以的。也就是说，也可使过滤筒具有凸缘，而面罩具有裙部。除了凸缘和裙部，也可用其它合适的机构来按本发明而提供咬合配合。因此，应予理解的是，本发明并不只限于以上描述的实施例，而应由权利要求及其任何等价物中的叙述来控制。还应理解的是，本发明在缺少那些在以上没有清楚叙述的任何限制或项目的情况下也可以实施。
Claims (12)
1.一种呼吸保护器(10)，包括：
(a)一面罩(14)，其尺寸至少可盖住人的鼻子和嘴；
(b)一位于面罩上的容筒结构(22)；
(c)一过滤筒(12)，它具有一容纳过滤元件(16)的外壳(13)，能用手将该过滤筒与容筒结构咬合在一起，并产生一听得见的声音，所述的咬合可以通过朝容筒结构推压过滤筒而很快地实现，无需旋转运动，该过滤筒还能通过用手拉而很快地从容筒结构上分离。
2.如权利要求1所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，该过滤筒(12)具有一容纳圆柱形过滤元件(16)的圆柱形外壳(13)，该圆柱形过滤元件轴向偏心于容筒结构(22)，容筒结构具有一开口，其圆周基本小于圆柱形过滤元件的圆周。
3.如权利要求1-2所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，过滤筒(12)可通过这样的步骤而咬合于面罩(14)，它基本包括：在一个垂直于面罩的方向上朝面罩推压过滤筒，过滤筒可通过这样的步骤而从面罩上卸下，它基本包括：抓住过滤筒并沿一个垂直于面罩的方向轴向拉动它。
4.权利要求1所述的呼吸保护器(10)是一种负压呼吸保护器。
5.如权利要求1所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，容筒结构(22)呈凸缘形式，过滤筒(12)具有一与该凸缘相接合的裙部(24)，该凸缘具有一径向外突表面(26)，它与裙部上的一径向内突表面(28)相接合。
6.如权利要求5所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，当过滤筒(12)被压向面罩(14)时，裙部(24)从静止状态径向朝外膨胀，凸缘(22)被径向内压。
7.如权利要求5-6所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，在裙部(24)与凸缘(22)之间产生一基本上气密的密封的过程中，裙部在凸缘上施加压力。
8.如权利要求1所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，过滤筒(12)与容筒结构(22)相配合成需要一个10到60牛顿的力来将过滤筒从容筒结构上拆下。
9.如权利要求5-6所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，裙部(24)由一种挠曲模量为2×108到30×108pa的合成树脂制成，凸缘(22)由一种刚性更强的合成树脂制成，其挠曲模量为6×108到70×108pa。
10.如权利要求1所述的呼吸保护器(10)，具有一咬合式接合机构，它包括一插入件(22)和一包容件(24)，其特征在于，在过滤筒(12)接合于容筒结构(22)的过程中，(i)插入件(22)先收缩然后径向朝外扩张，或(ii)包容件(24)先膨胀然后径向朝内收缩，或(i)和(ii)的组合基本同时发生。
11.如权利要求1所述的呼吸保护器(10)，其特征在于，还具有一第二接合机构，它位于咬合式接合机构的侧向。
12.一种适用于过滤污染杂质并可快速装拆于呼吸保护器(10)的面罩(14)上的过滤筒(12)，其中杂质通过使用者所戴的呼吸保护器而被吸入，该过滤筒(12)包括一外壳(13)和一过滤元件(16)，过滤元件位于外壳中，外壳具有一装置用来通过用手朝面罩上的容筒结构(22)推压过滤筒而将该过滤筒与容筒结构咬合在一起，无需使用旋转动作，并允许通过用手拉而很快地从容筒结构上分离。
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