JP5421270B2 - 動的支持構造及びプリーツフィルタ構造を有するレスピレータ - Google Patents
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Description
以下に詳述された用語は、定義された意味を有することになる。
「横断方向に延在」は、ほぼ横断次元方向に延びて存在することを意味する。
1.曲げ剛性試験(SFT)
支持構造製造に使用される材質の曲げ剛性は、ASTM D 5342−97セクション12.1〜12.7に従って測定された。この測定において、半加工品フィルムから6つの試料が、幅約25.4mm、長さ約70mmの矩形に切り取られた。この試料は後述のように調製した。テーバー(Taber)V−5剛性テスター、モデル150−E(テーバー社(Taber Corporation)郵便番号14120、ニューヨーク州ノーストナワンダ(North Tonawanda)、ブライアントストリート455番地より販売)を10〜100テーバー剛性単位設定で使用し、試料を測定した。試験の最後に装置ディスプレイからテーバー剛性測定値を記録し、次の式を使用して曲げ剛性率が計算された:
この試験では、レスピレータの30%引張り伸展での最大負荷及びヒステリシスが測定された。これらのパラメータはレスピレータ支持構造の動的性能の指標となる。30%引張り伸展での最大負荷では、動的伸展における長手方向の支持構造の柔軟性(又は伸展に対する抵抗)が測定される。最大負荷値が低いことは、レスピレータの伸展の容易さが大きいことを示す。ヒステリシスは、その支持構造が、形状又は状態を変化させる力が取り除かれたときに、元の形状又は状態に戻れない性質を測定するものである。よって、本発明の目的から、ヒステリシスが低い方が望ましい。30%引張り伸展ヒステリシスの最大負荷は、インストロン(Instron)4302ユニバーサル材料試験装置(インストロン社(Instron Corporation)、郵便番号02021、マサチューセッツ州カントン(Canton)ロイヤルストリート100番地から販売)を使用して測定された。試験中、インストロン・マーリン(Instron Merlin)データ取得ソフトウェア(これもインストロン社から販売)を使用して1秒ごとにデータが収集された。インストロン試験装置では、マスク本体の静置状態又は力のかかっていない状態での長手方向長さに等しい「標点距離」が設定された。本発明のレスピレータについて、標点距離は114mmに設定された。市販されているモルデックス(Moldex)2200 N 95レスピレータについては、標点距離は127mmに設定された。各試料について、クロスヘッド速度が毎分254mm、30%の伸展で、3サイクルの試験が設定された。各サイクルについて、データ取得ソフトウェアが最大負荷及びヒステリシスデータ、並びに%引張り応力対負荷を生成した。
横断方向に延在する部材に対して引張り応力をかけることにより、横断方向に延在する部材を動かすために必要な最大の力が測定された。試験は、上述の弾性率試験方法に記述されているインストロン4302ユニバーサル材料試験装置を使用して行われた。インストロン試験装置の2本の空気圧グリップ間の標点距離は114mmに設定された。まず横断方向に延在する部材2つを、力をかけない状態での間隔だけ離して(この場合では5mm)配置した。次に横断方向に延在する部材2つを引っ張り、これらに引張り応力をかけた。ベースラインの開始点から最大約3.5cm超えたになるまで、引張り応力がかけられた。伸展距離は、中央線に沿って測定された。引張り応力は、クロスヘッド速度が毎分254mmで印加された。引張り応力は、クロスヘッド速度が毎分254mmで印加された。最初の静止状態の5mm間隙が、この試験のゼロ参照点として設定された。次に各試料について、2つの部材間の間隔を開閉することを3回試験した。次に、各サイクルについて力対距離のデータが収集された。
1.曲げ剛性試験の試料
曲げ剛性試験の試料は、レスピレータ支持構造を製造するために混合されたものと同じ組成物ポリマー成分から調製された。支持構造のポリマー組成物については表2を参照のこと。化合物40グラムを使用して、半径114mm、厚さ0.51〜0.64mmの円形フィルムが製造された。最初に、40グラムの化合物材料を、ツインスクリューローラーブレード、タイプ6のブラベンダー(BRABENDER)ミキサー(C.W.ブラベンダー・インスツルメンツ社(instruments Inc.)、郵便番号07606ニュージャージー州サウス・ハッケンサック(South Hackensack)イースト・ウェズリー・ストリート50番地、私書箱2127から販売)に注ぎ入れた。ミキサーを毎分75回転(RPM)、温度185℃で作動させた。溶融した化合物を約10分間混合した後、この混合物を44.5キロニュートン(KN)の力でプレスし、直径114mm、厚さ0.51〜0.64mmの平らな円形フィルムが作製された。加圧は、149℃に設定された加熱圧盤を用いて実施された。この加熱圧盤は、ウォバシュ・イクイップメンツ(WABASH Equipments)社、郵便番号46992インディアナ州ウォバシュ(Wabash)モリス・ストリート1569番地、私書箱298号から販売されているジェネシス(Genesis)30トン圧縮成型プレスであった。曲げ剛性率試験の前に、フィルムを必要な試料寸法の幅25.4mm、長さ70mmに切断した。
レスピレータ支持構造の試料は、標準の射出成型プロセスを使用して製造された。図1〜2に示すフレーム形状に合った、単一空洞の雄・雌の金型が、ツールメーカーで製造された。力がかかっていない状態で、又は支持構造がまだ金型上にある状態で、この支持構造は上下寸法が114mm、左右寸法が120mmと測定された。測定は、レスピレータに力がかかっていない状態で、外縁の最高点と最低点の間を結ぶ直線、及び2つの活性ヒンジ点の間を結ぶ直線に沿ってそれぞれ行われた。支持構造を含む部材の目標厚さは2.5ミリメートルであった。横断方向に延在する部材は、断面が台形として与えられ、これにより金型から支持構造をより容易に取り外すことができた。横断方向に延在する部材の断面積は約4〜12mm2であった。
レスピレータフィルタ構造は、幅254mmの2層の不織布繊維エレクトレットフィルタ材質から形成され、同じ幅を有する、1平方メートル当たり50グラム(gsm)の白色不織布繊維スパンボンド材質の外側層1枚と、22gsmの白色不織布繊維スパンボンド材質の内側層1枚との間にラミネートされた。不織布繊維スパンボンド材の両層とも、ポリプロピレンで製造された。エレクトレットフィルタ材質は、3M 8511 N95レスピレータに使用されている標準フィルタ材質であった。ラミネートされたウェブ半加工品を長さ254mmに切断し、正方形を形成してから、フィルタ構造に対して横断方向に延在する3次元(3D)プリーツ1本を有するカップ形状に成形した。
フェースシール:標準3M 4000シリーズのレスピレータフェースシール
ノーズクリップ:標準3M 8210プラスN 95レスピレータノーズクリップ
ヘッドバンド:標準3M 8210プラスN 95レスピレータヘッドバンド材質で、白色のもの。3M 8210プラスレスピレータヘッドバンドの黄色顔料は除かれた。
フェースシール材料を約140mm×180mmの小片に切断した。次にダイカットツールを用いて、125mm×70mmの楕円形の開口部を作製し、フェースシールの中央に配置した。中央に開口部を備えたフェースシールを、上述の方法で作製されたレスピレータフィルタ構造に接合した。フィルタエレメント構造の超音波溶接に使用したものと同じ装置を使用して、同様の工程条件で、フェースシールをフィルタ構造に固定した。溶接アンビルは、およそ幅168mm、長さ114mmの楕円形を有していた。フェースシールをフィルタ構造に接合した後、溶接線の外側にある余分の材料を除去した。組み立てられたフィルタ構造の外側に、鼻の部分に横断方向に、ノーズクリップを接着した。次に、あらかじめ組み立てたフィルタエレメントを、望ましい向きで支持構造内に挿入した。複合3Dプリーツは、図2a及び2bに示すように、横断方向に延在する部材26と28との間に戦略的に配置された。携帯型ブランソン(Branson)E−150超音波溶接装置を、100%出力及び溶接時間1.0秒で使用し、横断方向に延在する各部材に沿って20〜25mm間隔で、支持構造とフィルタ構造との間の接合点を形成した。12.7mmのヘビーデューティスタンリー(STANLEY)ステープルワイヤを使用して、支持構造の両側、活性ヒンジ44の上及び下側において、4つのヘッドバンドバックルをハーネスフランジ35にステープル止めした。長さ450mmの編組ヘッドバンド材質をバックルに通し、レスピレータ組み立てプロセスがこれで完了した。
1.曲げ剛性
表2に示した組成物成分が、支持構造に必要な望ましい構造特性及び柔軟性特性に適合するよう選択された。支持構造材質について計算した曲げ剛性を、下の表3に示す:
上述のレスピレータ伸展試験を使用して、最終製品のレスピレータマスクについて、マスク本体を長手方向に30%伸展させるのに必要な最大の力、及び支持構造のヒステリシスが測定された。
レスピレータを伸展するために必要な最大負荷が、各サイクルに使用された最大力の記録により測定された。
「%引張り応力対負荷」データがグラフにプロットされた。プロットデータを図9に示す。プロットデータから明白なように、本発明のレスピレータは、レスピレータを30%引っ張るのにかかる力が実質的に少なくて済む。
上述の試料調製セクションで記述した5つのレスピレータ支持構造が製造された。支持構造の他の部分の干渉を除外するため、幅24.5mm、長さ76mmの上述のHDPEフィルムを、12.7mmヘビーデューティスタンリー(STANLEY)ステープラーワイヤ(スタンリー・ボスティッチ社(STANLEY BOSTITCH))を使用して、横断方向に延在する部材(図1、2a、2bの26及び28)に取り付けた。
Claims (2)
- (a)長手方向次元に互いに近づきそして離れる動きをすることができる横断方向に延在する第一及び第二部材を含む支持構造と、
(b)フィルタ構造と、を含むマスク本体を含むフィルタリング顔面装着レスピレータであって、該フィルタ構造は、更に、
(i)フィルタ層と、
(ii)プリーツと、を含み、
該プリーツは、横断方向に延在する前記第一及び第二部材が互いに近づきそして離れる動きをするときに、それぞれ、前記フィルタ構造が収縮及び伸展することを可能にし、
前記プリーツが、第一及び第二境界線によって画定され、
横断方向に延在する前記第一部材は、前記第一境界線において前記プリーツに固定され、横断方向に延在する前記第二部材は、前記第二境界線において前記プリーツに固定されている、
フィルタリング顔面装着レスピレータ。 - 前記プリーツが、前記フィルタ構造の第一側面から第二側面にそれぞれ延在する第一及び第二境界線によって画定される、請求項1に記載のフィルタリング顔面装着レスピレータ。
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