KR100414327B1 - 마스크와필터카트리지 - Google Patents

Abstract

마스크(10)에는 하우징(16)과 접합식 흡착 필터 부재(20)로 구성된 필터 카트리지(12)가 구비된다. 상기 하우징에는 내부 표면(36)과 중첩 모서리(42)를 갖는 슬리브(32)가 구비된다. 필터 부재(18)에는 슬리브의 내부 표면(36)에 대하여 가압되어 중첩 모서리(42)에 의해 슬리브(32) 내에 보유되는 접합식 흡착 필터 부재(20)가 구비된다.

Description

마스크와 필터 카트리지 {RESPIRATOR AND FILTER CARTRIDGE}

통상적으로, 마스크에는 기체 또는 증기 필터로서 활성탄 등의 흡착제 입자가 사용된다. 일반적으로, 필터는 흡착 물질이 필터 내에 지지되는 방식에 따라 분류되며, 충전 베드 필터(packed bed filter), 장전 부직포 필터(loaded nonwoven filter), 장전 발포체 필터(loaded foam filter), 결합 흡착제 필터(bonded sorbent filter) 등이 있다.

충전 베드 필터에 있어서, 흡착제 입자는 입구 및 출구 영역을 덮고 있는 강성의 그리드 및 스크린에 의해 입자 베드 위에 부과되고 이를 통해 전달되는 압축력에 의해 용기 내에서 구속된다. 거의 모든 충전 베드 필터는 원통형이며, 일정한 두께 또는 베드 깊이를 갖고, 평탄한 입구와 출구를 구비한다. 카트리지를 충전시키기 위해, 통상적으로 흡착제 입자들은 이들 입자들의 낙하시 입자들을 분산시키는 스크린을 통하여 주입됨으로써, 최대 밀도까지 실질적으로 충전된 균일한 베드(level bed)가 형성된다. 구속용 그리드와 스크린으로부터의 압축력은 입자운동을 억제하여 충전 베드를 통한 유동을 최소화한다.

충전 베드 필터의 일례가 미국 특허 제4,543,112호에 개시되어 있다. 이 특허는 제1 탄성 다공판, 제1 보유 필터, 흡착 베드, 제2 보유 필터, 제2 탄성 다공판, 및 덮개를 여과통 외피(canister shell)의 원통형 부분 내에 순차적으로 배치하여 제조한 흡착 필터 조립체에 대해 기술하고 있다. 덮개는 하방으로 가압되어 흡착 베드를 압축하며, 제1 탄성 다공판을 탄성적으로 스프링 편향시키거나 응력을 가한다. 상기 부품들은 압축 상태에서 함께 유지되는 한편, 원통형 외피의 환형 가장자리 부분은 여과통 덮개 상의 원주방향으로 연장된 홈 안으로 말려져, 상기 부품들을 조립 및 압축된 관계로 서로 기밀 밀봉하고 기계적으로 유지한다.

이러한 여러 부품과 처리 단계가 필요하기 때문에 복잡할 뿐만 아니라, 중량, 부피, 및 비용이 증가된다. 페인트 분무 분야와 같이 증기 유해물뿐만 아니라 미립자를 함유하는 환경에서 사용하기 위하여 입자 필터와 충전 베드 마스크를 연속으로 결합한 경우에는 또 다른 문제점이 발생한다. 이 경우에는, 보유 그리드와 스크린이 입자 필터 내에 불균일한 공기 유동 통로를 생성하기 때문에, 필터 매체의 활용성이 감소되고 필터 매체를 통한 압력 강하가 증가한다.

한편, 웨브를 형성하는 섬유들 사이의 간극 내에 흡착제 입자들이 함유된 장전 부직포 웨브(loaded nonwoven webs)가 공지되어 있다. 그 일례는, 미국 특허 제3,971,373호에 개시되어 있다. 또한, 발포체 구조물 내에 분산되어 결합된 흡착제 입자들을 포함한 장전 발포체도 공지되어 있다. 미국 특허 제4,046,939호에는, 유독 화학물에 대한 보호복용의 탄소 함유 발포체가 개시되어 있다. 장전 부직포웨브와 장전 발포체 구조물 모두는, 여과되지 않은 공기가 필터를 우회하는 것을 방지하도록 마스크 부품에 가장자리가 밀봉되어야만 한다. 공지된 밀봉 수단으로는, 미국 특허 제5,063,926호에 게재된 바와 같은 접착제와, 미국 특허 제5,222,488호에 게재된 바와 같은 개스킷 또는 밀봉 링을 들 수 있다. 일반적으로, 장전 구조물은 충전 베드에 비해 흡착제 입자 밀도가 낮다는 단점이 있다.

결합 흡착제의 발명은, 충전 베드 기술과 장전 웨브 및 장전 발포체를 능가한 현저한 진보였다. 결합 흡착 기술에 있어서, 흡착제 입자들은 이 흡착제 입자들을 서로 결합시키는 중합체 입자를 사용하여 단일 구조로 성형된다. 결합 흡착제 구조물에서는, 충전 베드에 필수적이었던 별도의 지지 구조물이 필요 없다. 이러한 결합 흡착제 구조물의 일례로는 미국 특허 제5,033,465호를 들 수 있다. 결합 흡착제 구조물은 접착제를 사용하여 마스크에 밀봉되거나(미국 특허 제5,078,132호 참조), 사출 성형에 의해 마스크에 밀봉되어왔다(미국 특허 제4,790,306호 참조). 이와 같은 마스크에서는 필터 부재를 용이하게 교환할 수 없기 때문에, 필터의 사용 수명이 다하면, 마스크는 쓰레기로서 폐기되어야 했다.

본 발명은 기체 또는 증기로부터 보호하고, 결합 흡착제 필터 부재, 이 필터 부재를 수용하는 슬리브, 및 필터 부재를 정위치에 유지시키는 슬리브의 접은 가장자리를 구비한 마스크(respirator)와 필터 카트리지에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 마스크(10)의 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 필터 하우징(16)의 단면도이다.

도3은 본 발명에 따른 접은 가장자리(42)에 의해 결합 흡착제 필터 부재(20)가 내부에 고정된 필터 카트리지(12)의 단면도이다.

본 발명은 공지된 마스크와 필터 카트리지의 일부 단점을 극복하는 신규한 필터 카트리지와 신규한 마스크를 제공한다.

요약하면, 본 발명에 따른 필터 카트리지는:

(a) 내부면을 가지며 접은 가장자리가 연장되어 있는 슬리브를 구비한 하우징과,

(b) 결합 흡착제 필터 부재를 구비한 필터 부재를 포함하며, 여기서 필터 부재는 슬리브의 내부면에 대하여 압축되어 상기 내부면과 억지 끼워맞춤되고, 접은 가장자리에 의해 슬리브 내에 유지된다. 본 발명에 따른 마스크는 간단히 요약하면, 마스크 안면부와 이하에 요약된 필터 카트리지로 구성된다.

본 발명에 따른 필터 카트리지와 마스크는 결합 흡착제 필터 부재와, 필터 부재를 수용하는 슬리브 및, 필터 부재를 정위치에 유지시키는 슬리브의 접은 가장자리를 포함한다. 결합 흡착제 필터 부재와 하우징 슬리브 사이의 경계면은, 이 경계면에서 필터 부재가 슬리브와 압축됨으로써, 유로(즉, 필터 부재 둘레로 여과되지 않은 공기가 통과하는 통로)가 발생하는 것을 방지한다. 공기가 상기 유로를 통해 필터 부재를 통과하게 되면 흡착제 입자들과는 접촉하지 않게 되므로, 너무 빨리 오염 물질이 침투하게 된다. 슬리브에는 접은 가장자리를 형성하기 위한 접음 선이 형성된 감소된 벽두께의 환형 홈이 구비될 수 있다. 슬리브가 상기 접음 선에서 반경 방향으로 내측으로 접히면, 최종적인 접은 가장자리는 필터 부재를 슬리브 내의 정위치에 유지시킨다. 선택적으로, 슬리브가 접히기 전에 입자 필터가 결합 흡착제 필터 부재에 대하여 병렬로 배치될 수도 있다.

본 발명에 따른 필터 카트리지와 마스크는 적은 개수의 부품으로 구성되며, 비교적 적은 제조 단계를 거쳐 조립될 수 있다. 기본적으로 하나의 단계를 거쳐 용이하면서도 저렴하게 사출 성형되는 슬리브는, 필터 부재용 하우징, 흡입된 모든 공기가 필터 부재를 통과하도록 하는 밀봉 수단, 및 필터 부재를 상기 하우징에 고정시키기 위한 유지 수단을 제공할 수 있다. 결과적으로, 비교적 가볍고, 최소한의 부품으로 구성되며, 비교적 제조가 용이한 필터 카트리지와 마스크가 제공된다.

도1은 본 발명에 따른 마스크(10)의 일례를 도시하고 있다. 마스크(10)는 필터 카트리지(12)와 안면부(face piece; 14)로 구성된다. 필터 카트리지(12)는 하우징(16)과 필터 부재(18)를 포함한다. 하우징(16)의 형상과 크기는, 필터 부재(18)가 하우징(16) 내에 배치될 때 이 필터 부재(18)를 약간 압축시키도록 정해진다. 필터 부재(18)는 결합 흡착제 필터 부재(20)를 포함하며, 선택적으로 입자 필터(22)도 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "결합 흡착제 필터 부재(bonded sorbent filter element)"는, 필터 부재를 통과하는 기체 오염 물질을 흡착할 수 있는 경질의 다공성 구조물을 형성하도록, 중합체 결합제 입자에 의해 서로 결합된 흡착제 입자를 구비한 본체를 의미한다. 도시된 바와 같이, 입자 필터(22)는 입자들이 흡착제 필터 부재의 구멍을 막는 것을 방지하도록, 결합 흡착제 필터 부재(20)의 상면에 배치되는 것이 바람직하다.

안면부(14)는 사람의 코와 입을 덮는 크기를 갖는다. 안면부는 예를 들어 전체 안면(full face) 구성과 같이 사람 얼굴의 다른 부분(즉, 눈)을 덮도록 제공될 수도 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 일반적으로 안면부는 하프-마스크(half-mask) 구성, 즉 코와 입만을 덮도록 형성된다. 도시된 바와 같이, 안면부(14)는 경질의 중앙부(26)의 주위에 밀봉 결합 상태로 성형된 연질의 유연부(24)를 구비할 수도 있다. 경질의 중앙부(26)는 유입 개구부(도시되지 않음)를 구비하여, 이를 통해 여과 공기가 마스크의 내부로 유입된다. 배출 공기는 안면부(14)내의 배기 밸브(도시되지 않음)를 통과할 수 있다. 필터 카트리지가 장착되는 경질의 중앙부와 연질의 유연부 구비한 마스크는, 번스(Burns)와 라이쉘(Reischel)에게 허여된 미국 특허 제5,062,421호에 개시된 바와 같이 당업계에 공지되어 있다.

도2는 필터 카트리지(12; 도1 및 도3 참조)를 형성하는데 유용한 필터 하우징(16)을 도시하고 있다. 필터 하우징(16)은 유입 개구부(28)와, 미리 조립된 상태로 도시되어진 슬리브(32)를 포함한다. 여과된 공기는 상기 유입 개구부(28)로부터 필터 부재를 통과한 다음, 유출 개구부(30)를 통하여 카트리지로부터 유출된다. 슬리브(32)는 (유입 개구부(28)를 형성하는) 일 단부(34)에서 소정 직경(내경)을 갖도록 형성되는 것이 바람직한데, 이 직경(내경)은 결합 흡착제 필터 부재(20; 도1 및 도3 참조)의 직경(외경)보다 약간 커서, 필터 부재(20)를 슬리브(32)속에 삽입하는 것을 용이하게 한다. 슬리브의 내부면(36)은 약간 테이퍼져서, 하우징의 기부(base) 또는 후면(38) 쪽으로 축방향으로 진행하는 선을 따라 직경이 감소한다. 이러한 테이퍼는 도2의 선(39)에서부터 시작된다. 후면(38) 쪽으로 축방향으로 진행하는 소정의 지점에서의 슬리브의 내경은, 결합 흡착제 필터 부재(20)의 외경보다 약간 작은 것이 바람직하다. 그러므로, 테이퍼진 슬리브(32) 내로 필터 부재를 가압하면, 필터 부재가 약간 압축되어 필터 부재와 슬리브 사이에 억지 끼워맞춤(interference fit)이 일어난다.

감소된 벽 두께를 갖는 환형 홈(40)을 슬리브(32)에 제공하여 접음 선(fold line)을 형성할 수도 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 결합 필터 부재(18)가 정위치로 가압 삽입되고 슬리브 벽이 반경 방향으로 내측으로 접혀질 때, 접은 가장자리(42)가 필터 부재(18)의 유입면(43)에 대하여 적절하게 끼워짐으로써 필터 부재를 정위치에 확실하게 유지시키도록, 접음 선이 슬리브(32)내에 배치된다. 필터 부재(18)는 외주면(44)에 의해 유입면(43)과 유출면(45)으로 분리된 대략 원통형상을 갖는다. 슬리브의 내부면(36; 도2 참조)의 테이퍼의 양은, 결합 흡착제 필터 부재가 용이하게 삽입될 수 있을 정도로 충분히 큰 것이 바람직하지만, 필터 부재(18)의 외주면(44)의 대부분이 슬리브와 억지 끼워맞춤되도록 충분히 작아야 한다. 이에 따라, 여과되지 않은 공기가 착용자의 기도 내로 유입되는 것이 방지되는 동시에, 필터 부재가 조립 중에 이탈하는 것이 방지될 수 있다. 0.5 내지 5도의 기울기가 만족스러운 테이퍼인 것으로 판명되었다. 바람직하게는, 하우징 기부에서의 만족스러운 슬리브 내경은 필터 부재의 직경보다 약 0.1 내지 1.3㎜ 작고, 보다 바람직하게는 필터 부재의 직경보다 약 0.4㎜ 작다. 달리 말하자면, 기부에서의 슬리브의 외주는, 결합 흡착제 필터 부재의 외주보다 약 0.1 내지 1.7％ 작은 것이 바람직하다. 홈(40)에서의 슬리브(32)의 두께는 슬리브가 180°로 접힐 수 있을 정도로 충분히 작지만, 접는작업 중에 슬리브가 파손되거나 찢어지지 않을 정도로 충분히 두껍다. 약 0.2 내지 0.7㎜의 두께가 바람직하다.

바람직하게는, 슬리브는 파손되지 않고 감소된 두께의 홈을 따라 접힐 수 있는 탄성 플라스틱과 같은 탄성 재료로 제조된다. 또한, 이 재료는 슬리브의 내측벽을 따라 그 위치를 유지하기에 충분한 강성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 재료는, 22℃(73℉)에서 2 ×10⁸내지 30 ×10⁸㎩의 굴곡 탄성률(flexural modulus)을 가지면 충분한 것으로 판명되었다. 슬리브 재료는 22℃에서 6 ×10⁸내지 15 ×10⁸㎩의 굴곡 탄성률을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 재료는 가공이 용이하도록 열가소성인 것이 바람직하다. 적당한 재료로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 열가소성 고무 등이 있다. 굴곡 탄성률이 6.5 ×10⁸㎩(95,000psi)인 다우렉스 2553 (Dowlex^TM2553) 폴리에틸렌(미시건주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 캄파니의 제품)과 같은 저밀도 폴리에틸렌이 특히 적절한 재료이다. 적절한 다른 재료로는, 고밀도 폴리에틸렌인, 9.7 ×10⁸㎩(140,000psi)의 굴곡 탄성률을 갖는 다우 8454(Dow 8454)가 있다. 슬리브는 사출 성형에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

결합 흡착제 필터는, 접착 결합제 입자들에 의해, 경질이며 다공성이고 자립적인 단일의 내충격성 본체로 단일화된 흡착제 과립 또는 입자로 제조될 수 있다. 흡착제 과립은 결합 흡착 구조물에 걸쳐 대체로 균일하게 분포되며, 유체를 통과시킬 수 있도록 이격된다. 흡착제 과립으로는, 예를 들어 활성탄, 알루미나, 실리카겔, 벤토나이트, 규조토, 이온 교환 수지, (천연 및 합성) 분말 제올라이트(zeolite), 분자 체(molecular sieves), 촉매 입자 등이 있으며, 중합체 결합제 입자로는, 예를 들어 폴리우레탄, 에틸렌, 비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 등이 있다. 브라운(Braun)과 렉코우(Rekow)에게 허여된 미국 특허 제5,033,465호는 적절한 결합제의 선정과 적절한 결합 흡착제 구조물의 제조에 대해 기술하고 있다.

선택적으로, 접은 가장자리가 형성되기 전에 먼지 또는 기타 입자용 필터를 결합 흡착제 필터 부재의 상류 표면상에 병렬 배치할 수도 있다. 입자 및 결합 흡착제 필터를 조합하는 것은, 기체 또는 증기와 입자 오염 물질이 모두 존재하는 환경, 예를 들어 페인트를 분무하거나 살충제를 분무하는 환경에서 특히 유용하다. 바람직하게는, 입자 필터의 크기는 슬리브의 내부 크기보다 약간 커서, 슬리브가 접혔을 때 이 슬리브가 입자 필터의 가장자리를 포획함으로써, 입자 필터를 확실하게 유지하고 누출 없는 가장자리의 밀봉을 제공한다. 적절한 필터 매체로는, 미네소타주의 세인트 폴에 소재한 3M 캄파니의 필트리트(filtrete^TM) 상표의 필터가 있다. 달리, 입자 필터는 흡착제 필터의 하류에 배치될 수도 있다.

필터 부재가 슬리브 속으로 가압되어 슬리브의 내부면(36)과 필터 부재의 외주면(44)이 억지 끼워맞춤된 후에, 슬리브 가장자리는 예를 들어 도3에 도시된 바와 같이 반경 방향 내측으로 접혀진다. 이는 가장자리의 한 지점을 내측으로 90°이상으로 접고, 이를 그대로 유지하면서, 가장자리 전체가 슬리브의 내부면(36)에 대해 적절한 위치로 접혀질 때까지 슬리브의 외주 둘레를 따라 접음으로써 달성된다(도2 참조). 슬리브의 접은 가장자리(42)를 필터 부재의 유입면(43)에 대해 확실하게 가압함으로써, 흡입 공기가 필터 부재의 외주면(44) 둘레로 유입되는 것을 방지함과 동시에, 필터 부재와 슬리브 내부면 사이의 억지 끼워맞춤을 유지할 수 있다.

슬리브는 안면부의 일체부이거나(즉, 부착된 것이 아니라 일체 성형되거나), 마스크 안면부에 분리 가능하게 부착된 교환 가능한 필터 카트리지의 일부분일 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 슬리브와 결합 필터 부재는, "스냅-결합 필터 카트리지가 구비된 마스크(Respiration having a snap-fit filter cartridge)"의 명칭을 갖는 미국 특허 출원 제08/375,855호에 기재된 바와 같이, 마스크 안면부상의 결합부상에 필터 카트리지가 스냅 결합되도록 하는 스냅 결합 부착 장치가 구비된 교환 가능한 카트리지의 일부분이다.

비록 도면에 도시된 마스크와 필터 카트리지가 원형의 필터 부재를 구비하고 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 다른 형상의 필터 부재를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 필터 부재는 타원형, 달걀형 또는 기타 곡선형상일 수도 있다. 예리한 모서리를 갖는 형태는 피하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그러한 모서리에서 흡입 기체가 유입될 수 있기 때문이다. 원형이 아닌 필터 부재가 사용되는 경우에, 슬리브의 외주는 결합 흡착제 필터 부재의 외주보다 약간 작게 되어, 억지 끼워맞춤이 달성되도록 한다. 슬리브가 약간 테이퍼졌기 때문에, 외주는 슬리브의 기부 방향으로 슬리브의 축에 평행한 선을 따라 감소한다.

그러나 본 발명에서는, 필터 부재와 필터 카트리지 슬리브를 억지 끼워맞춤하기 위해 테이퍼진 슬리브를 사용하는 것이 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 테이퍼되지 않은 슬리브가 테이퍼진 외주면을 구비한 필터 부재와 함께 사용될 수도 있다. 또는, 테이퍼되지 않은 슬리브가, 슬리브의 내부면보다 약간 큰 외주를 갖는 테이퍼되지 않은 필터 부재와 함께 사용될 수도 있다. 억지 끼워맞춤 필터 부재의 다른 예는, "압축성 가압-결합 필터 부재가 구비된 마스크(Respirator having a compressible press-fit filter element)"의 명칭을 갖는 미국 특허 출원 제08/376,199호에 기술되어 있다. 결합 흡착제 필터 부재 상에 압축되는 슬리브의 내부면의 원주는 일반적으로 비압축 결합 흡착제 필터 부재의 원주보다 작지만, 그 차이는 압축되지 않은 상태의 필터 부재의 외주면의 원주보다 10％ 이하, 바람직하기로는 5％ 이하, 보다 바람직하기로는 2％ 이하가 좋다.

본 발명에 따른 필터 카트리지를 구비한 마스크는 유독 기체 또는 증기로부터 사람을 보호하는데 사용될 수 있다. 유독 기체 또는 증기 필터의 주된 종류로는, 유기물 증기, 산성 기체(염화 수소, 이산화 황, 염소, 황화 수소, 이산화 염소 등을 포함), 암모니아 또는 메틸아민, 포름알데히드, 수은 증기, 및 라디오이오딘(radioiodine) 화합물용 필터 등이 있다.

샘플 제작

이하의 과정을 따라 먼저 결합 탄소 구조물을 제조함으로써 필터 카트리지를 제작하였다. 12 ×20(1.68㎜ ×0.84㎜)의 미국 표준 메쉬 크기를 갖는 쿠라레이(Kuraray) GG 활성탄을 열처리 과정에서 열가소성 폴리우레탄 수지, 즉 상표명이 모테인(Morthane^TM)인 PS455-100(모턴 티오콜 캄파니; Morton Thiokol Company)과 혼합하였으며, 여기서 후자는 중합체를 분쇄한 후 미국 표준 50 메쉬 스크린(297 ㎛)을 통과한 부분을 수집함으로써 분말 형태로 되었다. 최종 중합체 분말의 크기의 범위는 대략 37 내지 297㎛이고, 평균 입자 직경(MPD; mean particle diameter)은 대략 150㎛이었다.

탄소 과립은 최종 혼합물의 약 86 중량％ 이거나 18.5ｇ이었다. 다음으로, 특수 주문형 기계를 사용하여 리메이 2250(Remay 2250; 테네시주, 올드 힉코리에 소재한 리메이 캄파니)과 같은 76.5㎝ 직경의 부직포 폴리에스터 스크림(scrim) 재료 및 탄소/중합체 혼합물을 사용한 결합 탄소 구조물의 성형을 보조하였다. 이 특수 기계의 제1 스테이션에서, 부직포 스크림은 직경이 7.77㎝이고 그 깊이가 대략 3.81㎝인 원형 주형 내에 배치되었다. 주형의 바닥에 상기 스크림을 배치한 후에, 주형을 다음 스테이션으로 이송하여, 21.5ｇ의 탄소/중합체 혼합물을 일련의 스크린을 통하여 주입시켜 주형에 첨가하였다. 이러한 일련의 스크린은 혼합물이 주형에 충전되는 방법을 제어하도록 설계되었으며, 그 결과 주형은 균일하게 충전되었다. 혼합물이 주형 내에 균일하게 충전된 후, 재료를 중합체 결합제 입자의 용융점까지 가열하였다. 가열 후, 혼합물을 최종 형상으로 압축하고, 필터 부재를 실온까지 냉각하였다.

최종 구조물은, 실린더의 편평한 면의 하나 상에 부직포 스크림을 구비한 단일의 결합 흡착제 필터 부재였다. 결합 흡착제 필터 부재의 외경은 78㎜이고 그깊이는 10.2㎜이었다.

카트리지를 조립하기 위해 결합 흡착제 필터 부재를 사출 성형된 슬리브 속으로 삽입하였다. 슬리브는 고밀도 폴리에틸렌인 다우 8454를 사용하여 성형되었다. 결합 흡착제 필터 부재와 슬리브 벽 사이에 억지 끼워맞춤을 제공하도록, 슬리브의 내부면은 설계 상 약 2°의 기울기로 약간 테이퍼되었다. 슬리브의 내측 기부에서의 직경은 77.6㎜이었기 때문에, 0.4㎜의 끼워맞춤이 이루어졌다.

결합 필터를 슬리브 내의 적소에 끼운 후, 필트리트 등록상표의 필터로부터 절단 제작한 79.7㎜ 직경의 입자 필터를 결합 흡착제 필터 부재의 상면에 배치하였다. 입자 필터의 기본 중량은 대략 200ｇ/㎡이었다. 2개의 필터 부재가 슬리브 내에 위치된 후, 플라스틱 벽이 슬리브의 내벽에 대해 정위치로 만곡될 때까지 플라스틱 벽을 힌지 지점에서 방사상 안쪽으로 접는 크림핑(crimping) 장치 내에 조립체를 배치하였다. 이와 같은 작업 중에, 슬리브의 접은 가장자리가 슬리브의 내부면에 대해 정위치로 가압됨에 따라 입자 필터의 가장자리 둘레가 포획되었다. 접은 가장자리가 정위치에 위치됨으로써, 필터 부재와 슬리브는 서로 확실하게 고정 유지되었다.

테스트 과정

카트리지를 사출 성형된 검사대에 부착시킴으로써 필터 카트리지의 검사를 위한 준비를 하였다. 카트리지는 카트리지와 검사대 사이의 스냅 결합에 의해 부착되었다. 검사대는 아모코 3234 폴리프로필렌(Amoco 3234 polyprophylene; 일리노이주, 시카고에 소재한 아모코 케미컬 캄파니)으로 성형되었다. 스냅 결합에 의해, 접촉선에서의 결합 부재들 사이에서의 억지 끼워맞춤에 기인하여 카트리지와 검사대 사이가 기밀 밀봉되었다. 검사대는 2.0㎝의 중앙 오리피스를 구비한 평판에 밀봉된 다음, 테이퍼진 부품에 부착되었다. 이러한 테이퍼진 부품은 기밀 밀봉을 제공할 뿐 아니라, 테스트 챔버에 대한 검사 장착물의 배치 및 제거를 용이하게 한다. 기체와 증기 성능에 대하여 테스트했을 때, 카트리지는 50％의 상대 습도 공기와 300ppm의 CCl₄를 함유한 30ℓ/min(lpm)의 공기 흐름 속에 놓여졌다. 이와 같은 조건의 공기 흐름은 공업용 하프-마스크를 시험하는데 통상적으로 사용되며, 특히 일본 노동성[노동성 공고 번호 제68호, 가스 마스크의 기준(1990)]이 요구하는 대표적인 조건이다. 카트리지를 300ppm의 CCl₄가 함유된 공기 내에서 실험하였을 때, CCl₄의 투과에 대하여 미란 103 가스 분석기에 의해 유출물을 모니터하였다. 0초로부터 유출물이 5ppm의 CCl₄에 도달하는 데 걸리는 시간을 카트리지의 사용 수명이라고 일컫는다. 일본 노동성에 의하면 최소 50분의 사용 수명이 요구된다.

입자 투과 시험에 있어서는, 카트리지를 전술한 바와 같은 검사대에 부착하고, 카트리지 조립체를 95 lpm 흐름의 12㎎/㎥의 농도의 NaCl 입자에 노출시켰다. TSI 모델 8110(써말 시스템즈 인크.) 입자 발생기와 카운터에 의해 유출물을 모니터하였다. 모델 8110은 NaCl 입자를 발생한 후, NaCl 에어로졸의 투과 백분율을 측정하고 계산한다.

테스트 결과가 이하의 표 1에 기술되었다.

샘플 번호	투과 백분율	샘플 번호	사용 수명(분)
1	2.01	4	67
2	2.09	5	74
3	0.94	6	68

표 1의 데이터는 본 카트리지에 의해 낮은 투과율이 달성되는 것을 나타내며, 이는 접은 가장자리에 의해 필터 부재와 카트리지 슬리브 사이로 유체가 흐르는 것이 방지된다는 것을 나타낸다. 또한, 상기 데이터는 사용 수명이 일본 노동성에서 요구하는 기준을 초과함을 보여주고 있다.

Claims (10)

1. (a) 내부면을 가지며 접은 가장자리가 연장되어 있는 슬리브를 구비한 하우징과,

   (b) 결합 흡착제 필터 부재를 구비한 필터 부재를 포함하고 있으며,

   상기 필터 부재는 슬리브의 내부면에 의해 압축되어 상기 내부면과 억지 끼워맞춤되고, 상기 접은 가장자리에 의해 필터 부재가 상기 슬리브 내에 유지되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 0.5 내지 5°의 기울기로 테이퍼진 내부면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
3. 제1항에 있어서, 상기 필터 부재가 테이퍼진 외주면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 상기 결합 흡착제 필터 부재의 외경보다 약간 큰 내경을 갖고, 상기 슬리브의 내경은 하우징의 후면 쪽으로 축방향으로 진행하는 선을 따라 감소되며, 후면 쪽으로 축방향으로 진행하는 소정 지점에서 상기 슬리브의 내경은 상기 결합 흡착제 필터 부재의 외경보다 약간 작은 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 접음 선을 형성하는 감소된 벽 두께를 갖는 환형 홈을 구비함으로써, 상기 접음 선을 중심으로 접은 가장자리가 형성되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브는 반경 방향으로 내측으로 접혀 접은 가장자리를 제공하는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브가 22℃에서 2 ×10⁸내지 30 ×10⁸㎩의 굴곡 탄성률을 갖는 중합체 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징의 기부에서의 슬리브의 내경이 필터 부재의 직경보다 0.1 내지 0.8㎜가 작은 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브의 내부면은 상기 슬리브가 상기 결합 흡착제 필터 부재를 압축시키는 원주를 가지며, 상기 원주는 압축되지 않은 결합 흡착제 필터 부재의 원주보다 10％ 이하로 작은 것을 특징으로하는 필터 카트리지.
10. (a) 사람의 코와 입 이상을 덮는 크기의 안면부와,

    (b) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 필터 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.

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