KR19990087588A - 탄성 중합체 복합물로 구성된 머리 밴드 - Google Patents

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KR19990087588A
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데스몬드 티 큐란
제임스 에프 다이러드
크리스토퍼 피 헨더슨
데니스 엘 크루거
헤롤드 제이 세팔라
아이 윌리암스 엘페드
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 얼굴 마스크에 부착될 수 있는 복합물 머리 밴드와 이 밴드를 접착하기 위한 방법에 관한 것이다. 복합물 머리 밴드에는 하나 이상의 별개의 탄성 중합체 코아와 이 탄성체 코아에 고정되는 하나 이상의 연속적인 열가소성 표피층을 구비된다. 복합물 머리 밴드는 비활성 상태의 제1 탄성 계수와 활성 상태의 낮은 제2 탄성 계수를 나타낸다. 열가소성 표피층에는 복합물 머리 밴드가 활성 상태에 있을 때 미세 구조의 영구 변형된 표피층이 형성된다. 일실시예에 있어서, 하나 이상의 탄성 중합체 코아와 하나 이상의 열가소성 표피층은 활성 상태에서 연속적으로 접촉된다. 복합물 머리 밴드는 머리 밴드 경로를 따라 배치되며, 머리 밴드 부착 위치 중 하나 이상의 위치에 부착된다. 머리 밴드 경로는 좌우의 머리 밴드 부착 위치를 가로지르는 축선이거나 또는 얼굴 마스크 블랭크의 표면 형태를 따르는 경로이다.

Description

탄성 중합체 복합물로 구성된 머리 밴드
공기 중에 떠다니는 티끌 또는 불쾌하거나 독성이 있는 가스로부터 인간의 호흡계를 보호하고자 하는 경우에, 여과 마스크 또는 얼굴 마스크가 폭넓게 이용된다. 또한, 상기 마스크는 사용자에게 또는 사용자로부터 유해한 미생물이 퍼지는 것을 방지하도록 의료 제공자가 자주 착용한다.
마스크는 사용후 버리는 1회용 마스크, 필터를 교환할 수 있으며 유지비가 적게 드는 마스크, 일부 또는 전체 부품을 교환할 수 있는 재활용 가능한 마스크로 분류될 수 있다. 일반적으로, 일회용 얼굴 마스크는 성형된 컵 형상(molded cup-shaped form) 또는 평평하게 접힌 형상(flat-folded form) 중 하나이다. 평평하게 접힌 형상은 필요할 때까지 착용자의 주머니에 휴대할 수 있고 사용하지 않는 경우 내부가 깨끗이 유지되게 다시 접을 수 있는 장점이 있다.
통상적으로, 평평하게 접힌 호흡용 얼굴 마스크는 얼굴 마스크 블랭크(face mask blank)를 형성하도록 배치된 하나 이상의 직물 웨브로 구성된다. 상기 직물 웨브를 얼굴 마스크에 적절한 형상으로 붙이도록 주름(pleat)과 절첩부가 더해진다. 이러한 구조물에는 얼굴 마스크를 착용자의 얼굴과 접촉되지 않게 유지하는 보강 요소(stiffening element)가 마련될 수도 있다. 얼굴 마스크의 폭을 가로질러 주름을 적층 구조에 융화(fusing)시키거나 얼굴 마스크의 폭을 가로질러 시임(seam)을 형성함으로써 보강이 이루어지기도 한다.
평평하게 접힌 어떤 얼굴 마스크에는 중앙에서 수평 방향으로 접힌 주름이 마련되어 상부와 하부의 대향면이 형성된다. 상기 얼굴 마스크에는 필터 매개물의 수직 방향 치수를 축소하도록 대향면의 거의 중앙에 하나 이상의 수평 주름(horizontal pleat)이 마련되고 이러한 대향면의 각각에 하나 이상의 추가적인 수평 주름이 마련된다. 중앙의 주름은 대향면의 주름에 비해 수평 방향 치수가 짧으며, 상기 대향면의 주름은 필터 매개물의 최대 수평 방향 치수에 비해 수평 방향 치수가 작다. 중앙의 주름은 대향면의 주름과 함께 자가 지지형 포켓을 형성한다.
평평하게 접힌 얼굴 마스크의 다른 실시예에는 여과성 시트 재료의 가요성 포켓이 포함되는데, 상기 포켓은 포켓의 대단부가 개방 연부이고, 포켓의 소단부가 페쇄 단부인 경사진 형상이다. 절첩선으로 형성된 포켓의 폐쇄 단부는 대략 4변형 표면을 형성하며, 상기 4변형 표면에는 포켓의 내측으로 연장되게 접힌 삼각형 표면이 포함된다. 삼각형 표면은 서로 마주하며 사용 시에 서로 상대적으로 경사진다.
평평하게 접힌 얼굴 마스크의 또 다른 실시예에는 상부와 하부 및 그 사이에 일반적으로 중앙부가 마련된다. 본체 부분의 중앙부는 이를 대략 반으로 나누는 수직 자국(vertical crease) 또는 절첩선에 대하여 뒤쪽으로 접혀 있다. 마스크를 착용했을 때, 이러한 절첩선 또는 수직 자국은 이마의 중앙, 코 및 입의 중심을 통과하는 가상의 수직선과 어느 정도 정렬된다. 본체 부분의 상부는 중앙부의 상연부로부터 일정 각도로 위쪽으로 연장되어 상연부가 콧날(nose bridge) 및 얼굴의 광대뼈 영역(cheekbone area)과 접촉한다. 본체 부분의 하부는 중앙부의 하연부로부터 목구멍 방향으로 아래쪽으로 연장되어 착용자의 턱 아래까지 착용된다. 마스크는 착용자의 입술과 입을 덮지만 직접 접촉하지는 않는다.
성형된 컵 형태의 얼굴 마스크는 대향 측벽이 구비된 여과성 시트 재료의 포켓으로 만들어지며, 상기 포켓은 대단부가 개방 단부이고 소단부가 폐쇄 단부인 경사진 형상이다. 폐쇄 단부에서 포켓의 모서리는 교차되는 직선 및/또는 곡선에 의해 형성되어 바깥쪽으로 휘어지며, 폐쇄 단부에는 흡입 시에 포켓이 착용자의 얼굴에 대해 주저앉지 않도록 포켓을 단단하게 하기 위하여 내측으로 원뿔형으로 연장된 오목부를 형성하도록 포켓의 폐쇄 단부의 안쪽으로 접힌 표면을 형성하는 절첩선이 형성된다.
1회용 얼굴 마스크는 종종 고정된 신축성 띠에 의해 마스크를 사용자의 머리에 고정시킨다. 성형된 컵 형태의 마스크 또는 평평하게 접힌 마스크에 사용되는 머리 밴드는 머리나 얼굴 크기가 다른 여러 사용자에 따라 "편안한 범위(comfort zone)" 내의 압력을 발생시키면서 얼굴 마스크를 제 위치에 확실하게 유지하기에 충분한 힘을 제공하도록 구성되어야 한다. 힘이 불충분하면, 얼굴 마스크 주변 근처에서 누설이 발생될 수 있다. 사용자의 머리 크기와 형상 뿐만 아니라 얼굴 마스크의 형상과 강성도 다양하기 때문에 보펀적인 유지력을 결정하기 어렵다. 경량의 일회용 얼굴 마스크의 경우에는, 20 내지 300%의 신장율 범위에서 100 내지 150 그램의 유지력이 적절한 것으로 보인다.
최다 부류의 사용자에게 "편안한 영역" 내에서 얼굴 마스크와 얼굴 사이를 적절히 밀봉시키는데 충분한 유지력을 주는 머리 밴드를 제공하기 위하여, 제조자는 대체로 탄성 계수가 낮은 재료로 구성된 긴 머리 밴드를 선정하였다. 예컨대, 머리 밴드는 일반적으로 15.2 내지 35.6㎜(6 내지 14 인치)이다. 일반적인 머리 밴드 재료로는 천연 고무, 폴리이소프렌, 폴리우레탄, 천연 및 인조 탄성끈 및 니트가 있다. 머리 밴드 부착 위치를 가로지르는 축선을 따라 측정하든 얼굴 마스크 블랭크의 표면을 따라 측정하든지 머리 밴드는 머리 밴드의 부착 위치 사이의 거리보다 대체로 더 길다. 길이가 얼굴 마스크 블랭크의 부착 위치 사이의 단위 길이(unit length)보다 긴 머리 밴드는 몇가지 이유로 고속 제조 장치에서 조립하기 어렵다. 예컨대, 늘어지거나 남는 머리 밴드 재료는 생산 라인에 따라 얼굴 마스크 블랭크의 이동에 장애가 될 수 있다. 부드러운 탄성 머리 밴드 재료는 고속 제조 장치에서 다루기 어렵다. 제조 장치의 속도가 빠를수록, 머리 밴드를 정확한 부착 위치에 놓는 것은 더욱 어려워진다.
천연 고무와 같이 머리 밴드 재료로 이용되는 일부 탄성 중합체 재료는 매우 끈적거린다. 이러한 재료는 종종 활석 또는 기타 분말로 처리하여 취급하기 용이하고 사용자를 편리하게 해준다. 그러나, 활석은 제조 장치에 축적될 수 있다. 활석을 일관성 없이 사용하거나 고르지 않게 사용하면, 머리 밴드 재료를 취급하는데 어려움을 초래할 수 있다. 결국, 고속 제조 장치를 이용하는 공정은 머리 스트랩(head strap) 또는 목 스트랩(neck strap)과 같이 복수 개의 머리 밴드를 하나의 얼굴 마스크 블랭크에 부착함으로써 더욱 복잡해질 수 있다.
본 발명은 탄성 중합체 복합물(elastomeric composite)로 구성된 머리 밴드와 이를 부착하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 방법에 따라 제조되는 얼굴 마스크에도 관련된 것이다.
도 1은 머리 밴드 재료의 전형적인 힘-신장율 곡선.
도 2는 탄성 중합체 복합물의 단면도.
도 3은 단축(單軸) 신장에 의하여 야기된 미세 구조인 도 2의 복합물의 단면도.
도 4A는 복수 부분의 머리 밴드를 평평하게 접힌 마스크에 부착하는 전형적인 제조 공정의 개략도.
도 4B 내지 4D는 도 4A의 전형적인 제조 공정의 중간 웨브 구성을 도시하는 도면.
도 5A는 두 개 부분의 단위 길이의 머리 밴드와 함께 얼굴 마스크의 스트립을 도시한 도면.
도 5B는 두 개 부분의 단위 길이의 머리 밴드가 구비된 복수 개의 전형적인 얼굴 마스크를 포함하는 직물 웨브의 평면도.
도 6A 내지 6J는 전형적인 머리 밴드 구조의 변형예를 도시한 도면.
도 7은 개방된 상태로 도시된 전형적인 평평하게 접힌 마스크의 사시도.
도 8은 접힌 상태로 도시된 전형적인 평평하게 접힌 마스크의 사시도.
도 9는 마스크의 전면을 따라 부착된 두 개 부분의 머리 밴드가 구비된 전형적인 평평하게 접힌 마스크의 사시도.
도 10은 후면을 따라 부착된 단일 부분의 머리 밴드가 구비된 전형적인 평평하게 접힌 마스크의 사시도.
도 11은 마스크의 전면을 따라 부착된 단일 부분의 머리 밴드가 구비된 전형적인 평평하게 접힌 마스크의 사시도.
도 12는 배기 밸브와 컵 형상의 얼굴 마스크의 전면을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 두 개 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 13은 컵 형상의 얼굴 마스크의 뒤쪽을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 두 개 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 14는 배기 밸브와 컵 형상의 얼굴 마스크의 전면을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 단일 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 15는 컵 형상의 얼굴 마스크의 뒤쪽을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 단일 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 16은 컵 형상의 얼굴 마스크의 전면을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 두 개 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 17은 컵 형상의 얼굴 마스크의 뒤쪽을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 두 개 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 18은 컵 형상의 얼굴 마스크의 전면을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 단일 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 19는 컵 형상의 얼굴 마스크의 뒤쪽을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 단일 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 20은 배기 밸브와 평평하게 접힌 얼굴 마스크의 전면을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 두 개 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 21은 배기 밸브와 평평하게 접힌 얼굴 마스크의 전면을 가로지르는 머리 밴드 경로를 따라 연장된 단일 부분의 머리 밴드를 도시한 도면.
도 22는 전형적인 얼굴 마스크에 두 개 부분의 머리 밴드가 부착된 상태의 도면.
도 23은 전형적인 얼굴 마스크에 단일 부분의 머리 밴드가 부착된 상태의 도면.
도 24는 얼굴 마스크 블랭크에 걸려있는 연속적인 고리형 머리 밴드를 도시한 도면.
본 발명은 탄성 중합체 복합물로 구성된 머리 밴드와 이 머리 밴드를 부착하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 본 발명의 방법에 따라 제공되는 얼굴 마스크에 관한 것이기도 하다.
얼굴 마스크에 부착될 수 있는 복합물 머리 밴드에는 하나 이상의 별개의 탄성 중합체 코어와 이 코어에 고정되는 하나 이상의 연속적인 열가소성 표피층이 구비된다. 복합물 머리 밴드는 비활성 상태의 제1 탄성 계수와, 활성 상태의 낮은 제2 탄성 계수를 가진다. 열가소성 표피층은 복합물 머리 밴드가 활성 상태에 있을 때 미세 구조화하고 영구 변형된 표피층을 형성한다.
일실시예에 있어서, 탄성 중합체 코아와 하나 이상의 열가소성 층은 활성 상태에서 연속적으로 접촉된다. 다른 실시예에 있어서, 탄성 중합체 코아는 평면이거나 복수 개의 별개 코아일 수도 있다. 비활성 상태의 머리 밴드는 활성 상태의 머리 밴드와 시각 또는 촉각적으로 구분된다. 복합물 머리 밴드는 활성 상태 또는 비활성 상태로 부착될 수 있다.
일실시예에 있어서, 복합물 머리 밴드에는 복수 부분의 복합물 머리 밴드를 형성하도록 하나 이상의 새김선(score line)이 포함된다. 부착 수단은 복합물 머리 밴드의 적어도 일단부에 근접하게 위치될 수도 있다. 일실시예에 있어서, 부착 수단에는 성형된 절단부(shaped cut-out)가 마련된다. 부착 수단은 열적 접착, 초음파 용접, 접착제, 감압식 접착제, 아교, 스태플 및 체결구로 구성된 그룹으로부터 선택될 수도 있다.
복합물 머리 밴드는 좌우 머리 밴드 부착 위치가 마련된 얼굴 마스크 블랭크에 부착될 수 있다. 일실시예에 있어서, 복합물 머리 밴드의 단위 길이는 좌우 머리 밴드 부착 위치 사이의 머리 밴드 경로를 따라 연장되는 길이이다. 머리 밴드 경로는 좌우 머리 밴드 부착 위치를 가로지르는 축선 또는 대략 얼굴 마스크 블랭크 표면의 외형에 따른 경로일 수 있다. 상기 표면은 얼굴 마스크 블랭크의 앞면일 수 있다.
얼굴 마스크 블랭크는 성형된 컵 형태의 얼굴 마스크 블랭크, 평평하게 접힌 호흡용 마스크 블랭크, 수술용 마스크, 청정실용 마스크 및 그 밖의 다양한 얼굴 마스크일 수 있다.
또한, 본 발명은 복합물 머리 밴드를 얼굴 마스크에 부착하는 것에 관한 것이다. 좌우 머리 밴드 부착 위치가 있는 얼굴 마스크가 마련된다. 얼굴 마스크 블랭크에는 좌우 머리 밴드 부착 위치 사이에서 연장되는 머리 밴드 경로가 구비된다. 복합물 머리 밴드는 하나 이상의 별개의 탄성 중합체 코아를 하나 이상의 연속적인 열가소성 표피층에 고정시킴으로써 마련된다. 복합물 머리 밴드는 비활성 상태의 제1 탄성 계수와, 활성 상태의 낮은 제2 탄성 계수를 나타낸다. 열가소성 표피층은 복합물 머리 밴드가 활성 상태에 있을 때 미세 구조의 영구 변형된 표피층을 형성한다. 복합물 머리 밴드는 머리 밴드의 경로를 따라 배치된다. 복합물 머리 밴드는 좌우 머리 밴드 부착 위치 중 하나 이상의 위치에 부착된다. 복합물 머리 밴드를 마련하는 단계에는 하나 이상의 열가소성 층과 탄성 중합체 코아가 활성 상태에서 연속적인 접촉을 하도록 유지시키는 단계가 선택적으로 포함된다.
하나 이상의 종방향 새김선은 부착 단계 이전에 또는 뒤이어 대체로 머리 밴드 경로를 따라 연장되는 복합물 머리 밴드에 형성될 수 있으며, 이에 따라 하나 이상의 종방향 새김선은 두 개 부분 이상의 머리 밴드를 형성한다. 복합물 머리 밴드는 두 개 부분의 머리 밴드를 형성하도록 상기 하나 이상의 종방향 새김선을 따라 분리될 수 있다.
복합물 머리 밴드는 부착 단계 이전에 또는 뒤이어 신장에 의해 활성화할 수 있다. 상기 복합물의 신장은 단축(單軸), 양축으로 연이어서 또는 양축으로 동시에 행해 질 수 있다. 상기 신장 방법과 신장 정도는 최종의 미세 구조화한 표면을 현저하게 제어한다는 것이 판명되었다.
머리 밴드 경로에는 좌우 머리 밴드 부착 위치를 가로지르는 축선이 포함된다. 변형예에 있어서, 머리 밴드 경로는 대체로 얼굴 마스크 블랭크의 표면 형태에 따른다. 부착 방법은 열적 접착, 초음파 용접, 접착제, 감압식 접착제, 아교, 스태플 및 체결구로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 명세서에 사용된 용어의 정의:
"얼굴 마스크(Face mask)"는 여기서 마스크, 수술용 마스크, 청정실용 마스크, 얼굴 보호대(face shields), 먼지 마스크 및 그 밖의 얼굴 덮개를 설명하는 데 이용된다.
"머리 밴드 경로(Headband path)"는 여기서 대략 얼굴 마스크 블랭크의 표면을 따르거나 또는 좌우의 부착 위치를 가로지르는 축선을 따라 측정된 좌우의 부착 위치 사이의 경로를 설명하는 데 이용된다.
"신장 활성화한 고무끈(Stretch activated elastic)"은 여기서 신장 활성화 이전의 제1 탄성 계수(modulus)와 신장에 의한 활성화 후의 낮은 제2 탄성 계수를 나타내는 재료를 설명하는 데 이용된다. 몇몇 신장 활성화된 고무끈 재료도 역시 신장 활성화 후에 길이가 증가한다. 상기 탄성 계수는 신장 활성화 이전에 측정하든 이후에 측정하든 응력/변형율 곡선의 초기 기울기로 측정된다.
"열적 접착(Thermal bonding)"은 핫 바(hot bar), 초음파 또는 충격 용접 또는 그 밖의 열 밀봉 가공을 이용하여 열가소성 부품 요소가 있는 접착 재료를 설명하는 데 이용된다.
"열가소성(Thermoplastic)"은 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리에테르에스테르 및 폴리아미드를 포함하는 열가소성 요소가 함유된 중합체 재료를 의미한다. 적절한 열가소성 중합체의 예로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(2-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-1-펜텐), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 1,2-폴리-1,3 부타디엔, 1,4-폴리-1,3부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리스티렌 등과 같은 폴리올레핀과, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(시클로헥실렌-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트) 또는 폴리(옥시메틸렌-1,4-사이클로헥실렌메틸렌옥시테레프탈로일) 등과 같은 폴리에스테르, 폴리(옥시데틸렌)-폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(옥시트리메틸렌)-폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리(옥시테트라메틸렌)-폴리(부틸렌에테르프탈레이트), 폴리(옥시테트라메틸렌)-폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 등과 같은 폴리에테르에스테르 및 폴리(6-아미노카프로익 산) 또는 폴리(카프로락탐), 폴리(헥사메틸렌 아디파미드), 폴리(헥사메틸렌 세바카미드), 폴리(11-아미노운데카노익 산) 등과 같은 폴리아미드가 있으며, 이들은 단지 예시적인 것들이다.
"단위 길이(Unit length)"는 얼굴 마스크 블랭크의 표면을 따라 측정하거나 좌우의 부착 위치를 가로지르는 축선을 따라 측정된 좌우의 부착 위치 사이의 거리를 설명하는 데 이용된다.
머리 밴드는 착용자가 착용하기에 불편할 정도로 큰 힘을 가하면 안되지만 누설을 방지하기에 충분한 힘으로 마스크를 착용자의 얼굴에 유지시켜야 한다. 머리 크기가 다름에도 불구하고 마스크에는 모든 착용자들에게 착용될 수 있는 단일 크기의 머리 밴드가 갖추어 지는 것이 좋다. 이러한 요구는 본 발명의 탄성 중합체 머리 밴드에 의하여 충족될 수 있다. 이상적으로는, 머리 크기가 작은 착용자의 경우에 머리 밴드가 최소 힘에 대한 요구를 수용하도록 약간의 신장으로 비교적 큰 힘을 주는 한편, 머리 크기가 큰 착용자의 경우에 머리 밴드가 더욱 신장되어도 거의 동일한 힘 또는 약간 증가된 힘이 가해져야 한다.
많은 경량의 일회용 마스크의 경우에, 충분히 꼭 끼워 맞추어지는 데 최소 약 30 그램의 힘이 요구되며, 적어도 약 50 그램의 힘이 좋다는 것이 판명되었다. 일반적으로, 착용자가 장시간 동안 마스크를 착용할 때 힘이 클수로 더욱 불쾌하게 될것이다. 그러나, 대체로 최대 약 300 그램의 힘이면 충분하고, 최대 약 200 그램의 힘이 양호한 것으로 판명되었다. 이러한 힘은 양호한 머리 밴드 재료의 경우에 약 15 내지 120%의 신장율에 상당한다. 머리 또는 머리 덮개 위에 머리 밴드를 용이하게 위치시키는 데 과도한 힘이 요구되지 않고 약 300% 이상으로 머리 밴드를 신장시킬 수 있는 것이 좋다.
조절이 안되는 머리 밴드의 길이는 당해 마스크에 고정되므로, 마스크를 설계하는 사람이 고려해야 하는 변수에는 탄성 중합체 재료, 밴드의 폭 및 두께를 선택하는 것이 포함된다. 어떤 주어진 신장율에 대하여, 힘은 탄성 중합체 재료의 폭과 두께 모두에 비례한다. 머리 밴드의 폭은 통상 약 6 내지 10㎜의 범위 내에 있다. 적절한 소정의 머리 밴드 재료와 두께는 이하의 과정에 의하여 결정된다. 힘-신장율 곡선(또는 응력-변형율 곡선)으로부터, 최소의 머리 크기에 맞추기 위한 신장율, 예컨대 30%의 신장율을 주는데 필요한 힘은 전술한 전형적인 폭의 범위 내에서 폭이 일정한 상태에서 탄성 중합체 재료의 두께와 비교된다. 30 그램 이상의 힘을 주는 두께는 필요한 최소 힘을 만족시키기에 적절하며, 50 그램 이상의 힘을 주는 두께가 좋다. 마찬가지로, 힘-신장율 곡선으로부터, 최대의 머리 크기에 맞추기 위한 신장율, 예컨대 160%의 신장율을 주는 데 필요한 힘은 탄성 중합체의 두께와 비교된다. 300 그램 이하의 힘을 주는 두께는 필요한 최대 힘을 만족시키기에 적절하며, 200 그램 이하의 힘을 주는 두께가 좋다. 두 가지 요구를 충족하는 두께가 본 발명에서 사용되기에 적합하다.
일실시예에 있어서, 머리 밴드 재료는 신장 활성화된 탄성 중합체 복합물이며, 이 복합물은 비활성 상태의 제1 탄성 계수를, 활성화된 상태의 낮은 제2 탄성 계수를 나타낸다. 탄성 중합체 복합물은 신장 활성화되는 중에 약 200 내지 600% 신장되고 복귀된다. 상기 신장 활성화된 탄성 중합체 복합물은 신장으로 인한 활성화 후에 약 25 내지 75%가 영구적으로 신장되는 경향이 있다. 또한, 신장으로 인한 활성화에 의해 머리 밴드 재료의 표피 상의 분자가 배향되어, 비활성화 상태의 머리 밴드 재료와 시각 및 촉각적으로 구분되는 미세 구조화한 표면이 형성된다. 비활성화 상태 또는 부분 활성화한 상태의 탄성 중합체 복합물의 초기의 높은 탄성 계수로 인하여 제조 중에 재료를 취급하기 쉽다. 통상의 고무끈은 이송 및 부착 장치에서의 인장 변화에 의하여 야기되는 유효 길이 변화에 매우 민감하다.
본 발명에 유용한 신장 활성화된 탄성 중합체 복합물은 비탄성 매트릭스(inelastic matrix)에 의하여 둘러싸인 탄성 중합체 코아로 구성되는데, 신장되고 회복될 때 상기 탄성 중합체 코아는 1995년 7월 4일에 특허된 크루거(Krueger) 등의 미국 특허 제5,429,856호 및 1989년 11월 14일 특허된 헤즐턴(Hazelton) 등의 미국 특허 제4,880,682호에 개시된 바와 같은 탄성 중합체 복합물을 생성하며, 상기 2개의 특허는 본 명세서에서 참고로 인용된다.
탄성 중합체 복합물의 변형예가 본 명세서에서 참고로 인용된 크루거의 미국 특허 제5,501,679호에 개시되어 있다. 탄성 중합체 복합물은 비점착성의 다층 탄성 중합체 적층물이며, 상기 적층물에는 하나 이상의 탄성 중합체 코아와 하나 이상의 비교적 비탄성인 중합체 표피 층이 마련되어 있다. 상기 표피층은 탄성 한도 이상으로 신장되어 코아와 함께 이완되어 미세 구조화한 표피층을 형성한다. 미세 구조는 표면이 산(peak)와 골(valley)의 불규칙한 부분이나 절첩부를 포함하는 것을 의미하며, 이들은 미세 구조화되기 전에 복합물의 불투명성을 증가시킬 만큼 인간 시력의 도움만으로 인식될 정도로 충분히 크며, 상기 불규칙성은 인간의 피부에 부드럽고 매끄러운 정도로 인식될 정도로 충분히 작다. 미세 구조화한 직물을 자세히 보려면 불규칙한 것을 확대할 필요가 있다. 신장 시작 주기와 복귀 주기 동안에 측정된 평균 힘에 상응하는 활성화 상태의 탄성 중합체 복합물의 전형적인 일실시예에 대한 힘-신장율 곡선이 도 1에 도시되어 있다. 곡선 "O"는 신장 방향의 힘-신장율 곡선이며, 곡선 "R"은 복귀 방향의 힘-신장율 곡선이다.
탄성 중합체 층은 얇은 필름 층으로 형성될 수 있으며 대기 상태에서 탄성 중합체의 성질을 나타내는 어떤 재료라도 광범위하게 포함할 수 있다. 탄성 중합체는 신장된 후에 원래의 형상을 되찾는 재료를 의미한다. 또한 양호하게는, 탄성 중합체는 변형과 이완에 따라, 예컨대 약 400 내지 500%의 보통 신장율에서 20%이하, 양호하게는 10% 이하로 작게 영구 변형된다. 비교적 비탄성인 표피층에서 비교적 일관된 영구 변형을 일으킬 정도로 신장될 수 있는 어떠한 탄성 중합체라도 일반적으로 적절하다. 상기 신장율은 50% 정도로 낮을 수 있다. 그러나 양호하게는, 탄성 중합체는 실내 온도에서 300 내지 1200%, 더욱 양호하게는 600 내지 800%에 이르는 신장율을 견디어낼 수 있다. 탄성 중합체는 순수한 탄성 중합체와 탄성 중합체 상(phase) 또는 실내 온도에서 실질적으로 탄성 중합체의 특성을 보이는 혼합물 모두가 가능하다.
표피층은 코아층보다 덜 탄성적인 어떠한 반결정질 또는 비결정의 중합체로 도 형성될 수 있으며, 탄성 중합체 복합물이 견디는 신장율에서 영구 변형된다. 그러므로, 어떤 올레핀계 탄성 중합체, 예컨대 에틸렌-프로필렌 탄성 중합체 또는 에틸렌-프로필렌-디엔 삼중합 탄성 중합체 또는 에틸렌계 공중합체, 예컨대 에틸렌 비닐 아세테이트와 같은 약간 탄성적인 화합물이 단독으로 또는 복합물로 표피층으로 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 표피층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 또는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀이지만, 전적으로 또는 부분적으로 나일론과 같은 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐리덴 풀루오라이드와 같은 폴리에스테르, 폴리(메틸 메타아크릴레이트) 등과 같은 폴리아크릴레이트와 그 혼합물일 수도 있다. 표피층의 재료는 선정된 탄성 중합체의 종류에 따라 영향을 받을 수 있다. 탄성 중합체 코아가 표피층과 직접 접촉 상태에 있으면, 표피층은 쉽게 갈라지지 않도록 탄성 중합체 코아층에 충분히 접착되어야 한다. 또한, 탄성 계수가 높은 탄성 중합체 코아가 부드러운 중합체 표피층과 사용되는 경우에 미세 구조화한 표면이 형성되지 않을 수도 있다.
표피층은 탄성 중합체 코아와 결합하여 이용되며 내층 또는 외층일 수 있다(예컨대, 두 개의 탄성 중합체 층 사이에 끼인다). 내층 또는 외층으로 사용되는 표피층은 탄성 중합체 복합물의 탄성을 변형시키게 된다.
미국 특허 출원 제07/503,716호에 개시된 탄성 중합체 복합물의 한가지 장점은 필름 형성의 조건, 탄성 중합체 코아의 성질, 표피층의 성질, 복합물이 신장되는 방식 및 탄성 중합체와 표피층의 상대적 두께에 따라 복합물의 수축 회복 기구를 제어하는 능력이다. 미국 특허 출원 제07/503,716호의 교시에 따라 이러한 변수들을 제어함으로써, 탄성 중합체 복합물은 즉시 회복되거나 시간의 경과에 따라 회복되거나 열 활성에 의해 회복되게 설계될 수 있다.
표피가 매우 두꺼운 경우에는, 어떤 신장율에서도, 심지어는 열을 가하여도 미세 구조 표면은 거의 없다. 탄성 중합체 복합물은 다시 신장된 후에 비교적 일정한 폭을 유지한다. 이러한 국부 수축이 일어나지 않는 특성(non-necking characteristics)은 복합물이 착용자의 피부를 자극하는 것을 방지하도록 해준다. 일반적으로, 표피층은 반작용의 저항력으로 코아층의 탄성력을 방해하게 된다. 복합물이 활성화된 후에 표피는 탄성 중합체와 함께 신장되지 않으며, 표피는 단단한 시트(rigid sheet)로 간단하게 펼쳐진다. 이것은 국부 수축 경향(necking tendency)을 포함한 탄성 중합체 코아의 수축을 저지하거나 방해하여 코아를 보강한다. 미세 구조는 탄성 중합체 복합물이 신장되는 방법 뿐만 아니라 신장하는 정도, 전체적인 복합물의 두께, 복합물 층의 구성과 코아와 표피의 비율에 의하여 제어 가능하다.
도 2는 층이 3개인 복합물 구조(1)의 단면을 도시하며, 여기서 코아(3)는 표피층(2, 4)에 고정된 탄성 중합체 코아이다. 표피(2, 4)는 동일한 중합체 또는 다른 중합체일 수도 있다. 이러한 층 배열은 공동 압출 공정에 의하여 형성되는 것이 좋다. 복합물이 코팅, 적층, 연속적인 압출, 공동 압출 또는 이들의 조합 중 어느 것으로 형성되든지 형성된 복합물과 그 층은 복합물에 걸쳐 거의 균일한 두께를 가지는 것이 좋다. 양호하게는, 층은 복합물의 폭과 길이에 걸쳐 동연(同延)이다. 이러한 구조에 있어서, 미세 구조는 탄성 중합체 복합물의 표면에 걸쳐 거의 균일하며, 복합물의 표면을 따라 마찰 계수가 거의 균일하다. 이러한 방식으로 마련된 복합물은 주름, 탄성 계수 변화, 마모 등과 같은 주변 효과를 최소로 한 상태에서 거의 균일한 탄성 중합체 특성을 나타낸다.
도 3은 단축(單軸)으로 신장되고 회복된 복합물에 있어서 변할 수 있는 일반 치수(common dimension)로 된 개략도이다. 일반 직물은 일련의 접힘이 규칙적으로 반복된다. 이러한 변수는 총높이(A-A'), 산과 산 간의 거리(B-B'), 산과 골 간의 거리(C-C')이다. 도 3에 나타낸 복합물의 부가적 특징은, 재료가 단축으로 규칙적으로 신장되어 회복되었을 때, 대체로 주기적인 접힘이 형성된다는 것이다. 이는, 어떠한 주어진 횡단면에 대해서도 인접한 산이나 골 사이의 거리가 상대적으로 일정하다는 것이다.
도 3은 바깥쪽 표피층(2, 4)의 탄성 한계를 넘어 종방향으로 인장되었고 회복되어 미소 구조화된 표면을 형성한 미소 구조의 표면을 도시하고 있다. 미세 구조화한 표면은 단축으로 신장되었든 양축으로 신장되었든 비교적 질서가 있는 불규칙성을 띤다. 이러한 불규칙성은 복합물의 표면층의 불투명성을 증가시키지만, 층을 전자 현미경으로 조사하면 대체로 표면 층에 크랙 또는 틈이 발생되지는 않는다. 미세 구조화하는 것도 역시 형성된 막의 특성에 영향을 끼친다. 단축으로 신장하면 막은 활성화하여 신장 방향으로 탄성적으로 된다. 양축으로 신장하면, 여러 방향으로 신장되고 부드러운 느낌이 유지되는 복합물을 생성하면서 독특한 표면을 형성하여, 머리 밴드의 용도에 매우 적합하게 신장된 복합물이 제조된다. 미세 구조화한 표면이 접히는 주기도 역시 코아/표피의 비율에 따르는 것으로 판명되었다. 사이에 적절한 표피 및/또는 체결층(tie layer)이 마련된 하나 이상의 탄성 중합체 코아 부재가 구비되는 것도 역시 가능하다. 이러한 다층의 실시예는 복합물의 표면 특성과 탄성 중합체를 변화시키는 데 사용될수 있다.
막이 신장되는 방식도 역시 미세 구조화한 직물의 뚜렷한 차이점을 초래하는 것으로도 판명되었다. 예컨대, 압출된 다층 막이 단축으로, 양축으로 연이어서 또는 양축으로 동시에 신장될 수 있으며, 각 방법은 독특한 표면 구조와 명확한 탄성 중합체 특성을 준다. 막이 단축으로 신장될 때, 절첩부는 극히 미세한 마루(ridges)이며, 이 마루는 신장 방향에 횡방향으로 지향된다. 복합물이 먼저 일방향으로 신장되고 뒤이어 이어 교차하는 방향으로 신장될 때, 제1 신장시에 형성된 절첩부는 휘어진 절첩부(buckled folds)가 되고, 나선형(worm-like) 특징을 나타내며, 산포된 횡방향 절첩부가 형성된다. 그 밖의 구조는 기본적이며 규칙적인 절첩부에 다양하게 접히고 주름진 변화를 주는 것도 역시 가능하다. 막이 동시에 양 방향으로 신장되면 구조에는 불규칙한 종방향의 절첩부가 나타난다. 전술한 신장 방법 중 어느 하나를 이용하여도, 전술한 바와 같이 표면 구조는 사용된 재료, 층의 두께, 층 두께와 신장율의 비율에 종속된다.
본 발명의 연속적인 미세 구조화한 표면은 재료와 공정 변수를 적절히 선택함으로써 변화되고 제어될 수 있다. 층의 재료 특성의 차이점은 최종의 미세 구조화한 표피를 변경시킬 수 있지만, 층 비율, 전체 복합물 막의 두께, 층의 수, 신장 정도 및 신장 방향을 신중히 선택함으로써 복합물의 미세 구조화한 표면에 대해 현저하게 제어를 실행하는 것이 가능한 것으로 판명되었다.
본 발명에 따라서 마련된 탄성 중합체 복합물의 미세 구조화한 정도는 표피의 표면적의 증가에 의하여도 역시 설명될 수 있다. 복합물이 무거운 구조를 나타내는 경우에, 표면적은 상당히 증가하게 된다. 신장율이 증가함에 따라, 신장되지 않은 복합물과 신장되어 회복된 복합물의 표면적 비는 증가한다. 표면적의 증가는 복합물 표면의 느낌과 전체 구조에 직접적으로 기여한다.
탄성 중합체 코아의 탄성 계수와 표피층의 변형 저항의 상쇄 작용도 복합물의 응력-변형율 특성을 변경시킨다. 이것도 역시 복합물이 머리 밴드에 사용될 때 더욱 많은 착용자에게 편안함을 주도록 변경될 수 있다. 이러한 비교적 일정한 응력-변형율 곡선도 소정의 신장비, 즉 활성화할 때 표피가 영구 변형되는 점에서 탄성 계수가 가파르게 증가하도록 구성될 수도 있다. 비활성화되거나 신장되지 않은 복합물은 종래의 고무끈보다 얼굴 마스크에 고속으로 부착하는 데 있어서 취급하기 쉽다.
신장 활성화된 실시예에 있어서, 탄성 중합체 복합물은 얼굴 마스크용 머리 밴드로서 이용되며, 비활성 상태, 부분적으로 활성화한 상태, 완전히 활성화한 상태로 마스크에 결합될 수도 있다. 비활성 상태에서, 머리 밴드 재료는 아직 탄성 중합체가 아니며, 롤을 푸는 것과 같은 보통의 공정에서의 인장으로 머리 밴드 재료가 신장되지는 않는다. 탄성 중합체 복합물은 비활성 상태에서 고속 처리 장치에 의하여 처리되는 것이 유리하다. 머리 밴드의 신장에 의한 활성화는 부착 후에 공장에서 수행될 수도 있고 고객에 의하여 수행될 수도 있다. 만일 고객에 의하여 수행된다면, 비활성 머리 밴드는 활성화된 머리 밴드와 시각 및 촉각적으로 구별되도록 변경 표시(indication of tampering)를 해놓을 수 있다.
본 머리 밴드의 복합물 구조의 열가소성 표피층은 착용자의 머리카락과 피부에 특히 부드러운 느낌을 준다. 이러한 특징은 대부분의 탄성 중합체 재료로 만들어진 머리 밴드와는 대조적인 것이며, 이러한 대부분의 머리 밴드는 종종 머리에 꽉끼고 머리를 잡아끌며 피부에 거칠고 깔깔한 느낌을 준다. 본 발명에 따른 재료의 활성화는 이러한 열가소성 표피 층이 미세 구조가 되게 하며, 이로 인해 피부와 머리 카락에 이러한 재료의 좋은 느낌과 편안함도 역시 증진시킨다.
탄성 중합체 재료의 변형예로서는, 예컨대 쉘 케미컬 사에서 구입할 수 있는 열가소성 탄성 중합체인 크라톤(KRATONTM)과 같은 부틸렌-스티렌 공중합체, 탄력있는 폴리우레탄, 폴리이소프렌이 있을 뿐만 아니라, 듀폰 사에서 구입할 수 있는 스판덱스(spandex)와 같은 피복 신장된 방사(紡絲) 또는 탄성 고무로 구성될 수도 있다.
밴드 구조의 변형예로서는 착용자의 머리를 둘러싸는 개방-고리 또는 폐쇄-고리 구조도 포함하는데, 이는 본 명세서에서 참고로 인용되는 세팔라(Seppala)등의 미국 특허 제5,237,986호에 개시되어 있다.
도 4A 내지 도 4D는 단일 부분 또는 여러 부분으로 구성된 머리 밴드를 부착하는 본 방법에 사용되는 평평하게 접힌 마스크를 제조하는 전형적인 공정(20)을 개략적으로 도시한 것이다. 발포재 부분(22, foam portion)은 내측 덮개 웨브(24)와 필터 매개물(26) 사이에 배치되어 있다. 변형예에 있어서, 발포재 부분(22) 및/또는 코 클립(30)은 내측 덮개 웨브(24) 또는 외측 덮개 웨브(32)의 외측면에 배치될 수도 있다. 보강 재료(28)는 선택적으로 필터 매개물(26)의 중앙에 인접하게 배치된다. 코 클립(30)은 선택적으로 코 클립 적용 스테이션(30a)에서 필터 매개물(26)의 하나의 모서리를 따라 보강 재료(28)에 인접하게 배치된다. 필터 매개물(26), 보강 재료(28) 및 코 클립(30)은 외측 덮개 웨브(32)에 의하여 덮여 절단 상태(도 4B 참조)로 나타낸 웨브 조립체(34)를 형성하고 있다. 웨브 조립체(34)는 표면력, 정전기력, 열적 접합, 또는 접착제에 의하여 결합될 수도 있다.
배기 밸브(36)는 선택적으로 밸브 결합 스테이션(36a, valving station)에서 웨브 조립체(34)에 삽입된다. 밸브 결합 스테이션(36a)은 웨브 조립체(34)의 중심에 인접한 구멍을 형성하는 것이 좋다. 구멍의 모서리는 여분의 웨브 재료를 최소화하도록 밀봉될 수도 있다. 배기 밸브(36)는 용접, 접착제, 압입(pressure fit), 클램핑, 스냅 조립체 또는 그 밖의 적절한 수단에 의하여 구멍에 유지될 수도 있다. 배기 밸브가 구비된 전형적인 얼굴 마스크가 도 12 내지 도 15, 도 20 및 도 21에 도시되어 있다.
도 4C에 도시된 바와 같이, 웨브 조립체(34)는 얼굴에 맞추는 스테이션(38)에서 얼굴에 맞는 접합선 및 모서리 마무리 선(33, 35)을 따라 접합되고 다듬질된다. 잔여 웨브 재료(40)는 제거되고, 다듬질된 웨브 조립체(42)는 절첩 스테이션(44)으로 이송된다. 절첩 스테이션(44)에서는 절첩선(50, 52)을 따라 다듬질된 웨브 조립체(42)의 중심을 향해 내측으로 상부와 하부(46, 48)를 각각 접어, 도 4D에 도시된 접힌 얼굴 마스크 블랭크(55)를 형성한다.
접힌 얼굴 마스크 블랭크(55)는 모서리를 따라 접합되어 마무리 및 머리 밴드 부착 스테이션(54a)에서 접합선(58, 60)을 형성하여, 밴드 라인을 초과한 잔여 재료가 제거될 수 있는 얼굴 마스크 블랭크(56)를 형성한다. 접합선(60)은 얼굴에 맞는 접합선 및 모서리 마무리 선(33)에 인접한다. 얼굴에 맞는 접합선 및 모서리 마무리 선(35)은 상부(46) 아래에 있으므로 점선으로 도시되어 있다. 머리 밴드(100)를 형성하는 머리 밴드 재료(54)는 좌우의 머리 밴드 부착 위치(62, 64) 사이로 연장된 머리 밴드 경로(H)를 따라서 접힌 얼굴 마스크 블랭크(55)에 배치되어 있다. 머리 밴드(100)는 좌우의 머리 밴드 부착 위치(62, 64)에서 얼굴 마스크 블랭크(55)에 부착되어 있다. 얼굴 마스크 블랭크(55)는 제조 공정(20) 중에 실질적으로 평탄하므로, 머리 밴드 경로(H)는 대략 좌우의 머리 밴드 부착 위치(62, 64)를 가로지르는 축선이다.
얼굴 마스크 블랭크(55)에 적용하기 전이나 적용 중 또는 적용 후에 머리 밴드 재료(54)를 활성화 또는 부분적으로 활성화하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 하나의 양호한 방법은 선택적으로 비활성화된 머리 밴드 재료를 인접한 클램프 사이에서 클램핑하고, 원하는 정도로 신장하고, 활성화된 머리 밴드 재료(54)를 얼굴 마스크 블랭크(55) 위에 놓고, 머리 밴드 재료(54)의 비활성화된 단부를 블랭크(55)에 부착함으로써 사용 직전에 머리 밴드 재료(54)를 활성화하는 것이다. 변형예로서, 비활성화된 머리 밴드 재료(54)를 얼굴 마스크 블랭크(55) 위에 놓아, 여기서 설명된 바와 같이 단부에 부착하여 포장 이전에 활성화시킬 수도 있다. 결국, 머리 밴드 재료(54)는 사용자에 의하여 활성화 될 때까지 비활성화 상태로 남아있을 수 있다.
선택적으로, 종방향 새김선(S)은 마무리 및 머리 밴드 부착 스테이션(54a)에서 머리 밴드 재료(54)를 얼굴 마스크 블랭크(55)에 부착하기 전, 부착 중, 부착 후 중 어느 한 시기에 형성되어, 여러 부분의 머리 밴드를 만들 수 있다. 좌우의 머리 밴드 부착 위치(62, 64)에 인접한 얼굴 마스크 블랭크(55)의 모서리(66, 68)는 별개의 얼굴 마스크(67)를 만드는 데 제공되거나, 얼굴 마스크(67)의 스트립을 형성하도록 천공될 수도 있다(도 5A 참조). 얼굴 마스크(67)는 포장 스테이션(69)에서 포장된다. 평평하게 접힌 얼굴 마스크 블랭크 구조의 변형예가 평평하게 접힌 마스크와 그 제조 방법(FLAT-FOLDED RESPIRATOR AND PROCESS FOR MAKING THE SAME)이라는 명칭으로 1995년 9월 11일에 출원된 미국 특허 출원 제08/507,449호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 본 명세서에서 참고로 인용된다.
도 5A에는 도 4A 내지 도 4D의 공정에 따라 제조된 평평하게 접힌 얼굴 마스크(67)의 띠가 도시되어 있다. 모서리(66, 68)는 얼굴 마스크(67)가 롤로 포장될 수 있도록 천공되는 것이 좋다. 머리 밴드(100)의 일부는 모서리(66, 68)에서 천공 공정에 의하여 제거된다. 변형예에 있어서, 머리 밴드(100)는 모서리(66, 68) 앞에서 연속적으로 연장된다. 도 5A에는 본 명세서에서 설명된 어떤 구성에도 부착될 수 있지만 얼굴 마스크(67)의 뒤쪽에 부착된 복수 부분의 머리 밴드(100)가 도시되어 있다. 단일 부분 또는 복수 부분의 머리 밴드(100)는 전단 방식이 좋지만 벗겨지는 방식 또는 전단 방식(peel or shear configuration)중 어느 것으로도 얼굴 마스크(67)의 양측에 부착될 수 있음을 알 수 있다.
도 5B에는 단위 길이(unit length)의 두 개 부분의 머리 밴드(72)가 구비된 복수 개의 전형적인 얼굴 마스크 블랭크(70)를 제조하는 방법이 도시되어 있다. 상부 웨브(80)과 하부 웨브(82)의 세 측면(74, 76, 78)은 열 밀봉 또는 초음파 접합에 의하여 서로 연결되어 개방부(84)가 있는 거의 타원형의 얼굴 마스크 블랭크(70)를 형성한다. 머리 밴드 재료(72)는 개방부(84)를 따라 배치되어 있으며, 머리 밴드 경로(H)를 따라 얼굴 마스크 블랭크(70)와 동일 평면상에 있으며, 좌우 부착 위치(86, 88)에서 부착되어 있다. 각 얼굴 마스크 블랭크(70)에 부착된 머리 밴드 재료(72)의 단면의 단위 길이는 좌우 부착 위치(86, 88) 사이의 거리에 상응하는 길이(L)이다. 결과적으로, 제조 중에 머리 밴드 재료(72)에는 이완이 없다. 각 얼굴 마스크 블랭크(70) 사이의 머리 밴드 재료(72)의 사용되지 않은 부분은 상부 웨브와 하부 웨브의 사용되지 않은 부분을 따라 버려진다. 변형예에 있어서, 머리 밴드 재료(72)는 상하부 웨브(80, 82) 사이에 배치될 수 있다. 단일 부분이 두 개 부분의 머리 밴드에 의하여 대체될 수도 있다는 것을 알 수 있다.
본 명세서에서 설명된 어떤 실시예의 머리 밴드도 적절한 기술에 의하여 얼굴 마스크에 부착되는데, 이러한 적절한 기술로는 열적 접합, 초음파 용접, 아교, 접착제, 가열 용융식 접착제(hot-melt adhesives), 감압식 접착제, 스태플, 버클, 단추와 후크 같은 기계적인 체결구, 쌍을 이룬 표면 체결구, 고리 또는 슬롯과 같은 개구부가 있으며, 이들은 머리 밴드 재료 구속용으로 좌우 부착 위치에 형성된다. 머리 밴드는 사용자가 착용했을 때 머리 밴드와 마스크 사이에 작용하는 힘이 벗겨지는 방식(peel mode) 또는 전단 방식(shear mode)으로 작용하도록 부착될 수 있다. 머리 밴드는 마스크 구조의 층 사이 또는 마스크의 양 외측면에서 마스크에 부착될 수 있다.
도 6A 내지 도 6J에는 복수 부분의 머리 밴드(100a 내지 100j)의 여러 변형예가 도시되어 있다. 복수 부분의 머리 밴드의 구성은 여러 개의 독립적인 머리 밴드 보다 고속 재료 처리 및 제조 장치에 매우 큰 도움을 준다. 이하의 어떠한 머리 밴드도 탄성 중합체 복합물로 구성된다는 것을 알 수 있다.
도 6A에는 한 쌍의 원형 천공부(104a, 106a) 사이에서 연장된 종방향 새김선(102a)이 있는 전형적인 두 개 부분의 머리 밴드(100a)가 도시되어 있다. 상기 새김선(102a)은 두 개 부분의 머리 밴드(100a)의 머리 스트랩(108a)과 목 스트랩(110a)을 형성한다. 천공부(104a, 106a)는 사용 중에 머리 스트랩(108)과 목 스트랩(110a)이 찢어지는 것을 최소화한다. 각각의 좌우 부착 위치에서 얼굴 마스크 블랭크에 부착되도록 좌우 탭(112a, 114a)이 형성되어 있다(예컨대 도 7 내지 도 23 참조).
도 6B에는 머리 스트랩(108b)과 목 스트랩(110b)이 신장 활성화된 후에 신장 활성화된 고무 끈으로 구성되는 도 6A에 도시된 두 개 부분의 머리 밴드(100b)가 도시되어 있다. 신장 활성화된 부분(108b, 110b)은 신장 활성화 전보다 협소해지며, 좌우 탭(112b, 114b)은 비활성 상태로 도시되어 있다(도 6A 참조). 상기 활성화된 부분(108b, 110b)은 신장 활성화 후에 대체로 원래 길이의 125 내지 175%의 범위 내에서 더 신장된다. 머리 스트랩(108b)과 목 스트랩(110b)이 협소해지고 길이가 길어짐으로써 새김선(102b)을 따라 간극(116b)이 형성된다. 상기 간극(116b)은 사용자가 밴드를 분리하여 머리 밴드(100b)를 머리에 착용하는 것을 용이하게 해준다.
도 6C에는 종방향 새김선(102c)이 편심되어 있는 두 개 부분의 머리 밴드(100c)의 변형예가 도시되어 있다. 결과적으로, 동일한 신장의 경우에, 협소한 머리 스트랩(110c)에 의하여 발생된 탄성력은 폭이 넓은 목 스트랩(108c)에 의하여 발생된 탄성력보다 작다. 예컨대, 상기 스트랩(108c, 110c)은 신장 정도가 차이가 나는 경우에도 동일한 힘을 발생시키도록 구성될 수 있다.
도 6D에는 한 쌍의 대향하는 새김선(118d, 120d)이 종방향 새김선(102d)의 양 단부에 형성되어 있는 본 발명의 두 개 부분의 머리 밴드의 변형예가 도시되어 있다. 사용자는 사용자의 머리 뒤를 조일 수 있는 한 쌍의 스트랩(122d, 124d)을 형성하도록 새김선(118d, 120d)을 따라 두 개 부분의 머리 밴드(100d)를 나눈다. 사용자는 스트랩(122d, 124d)이 탄성력을 발생시키도록 두 개 부분의 머리 밴드(100d)의 신장 활성화된 고무끈을 활성화시킬 것인지를 선택할 수 있다. 상기 스트랩(122d, 124d)은 단일 스트랩을 형성하도록 조여지므로, 얼굴 마스크에 머리 스트랩과 목 스트랩 모두가 필요한 경우에는 제2 머리 밴드(100d)가 필요하다. 또한, 머리 스트랩을 형성하는데 필요한 전체 길이 때문에, 탄성 중합체 복합물은 머리 밴드(100d)에 특히 적합하다.
도 6E에는 중심의 새김선(126e)이 귀를 수용하는 새김선(126e, 128e)에 수직하게 형성된 두 개 부분의 머리 밴드(100e)의 변형예가 도시되어 있다. 좌우의 귀를 수용하는 새김선(126e, 128e)은 좌우의 귀 탭(130e, 132e)에 형성되어 있다. 천공부(104e, 106e)는 좌우의 귀 탭(130e, 132e)이 찢어지는 것을 최소화하도록 형성되어 있다. 사용자는 두 개 부분의 머리 밴드(100e)를 두 개 부분으로 분리하여, 각각 좌우 귀의 둘레로 좌우의 귀 탭(130e, 132e)을 연장시킨다.
도 6F에는 목 스트랩(110f)으로부터 머리 스트랩(108f)을 용이하게 분리할 수 있도록 형성된 종방향 새김선(102f)의 양측면에 사용자가 잡을 수 있는 한 쌍의 면(140f, 142f)이 있는 두 개 부분의 머리 밴드(100f)의 변형예가 도시되어 있다. 사용자가 잡을 수 있는 면(140f, 142f)도 역시 머리 스트랩(108f)과 목 스트랩(110f)을 사용자의 머리에 위치시키게 해준다.
도 6G에는 얼굴 마스크(도시 생략) 위에서 단추와 결합하기 위한 단추 구멍(150g)이 있는 두 개 부분의 머리 밴드(100g)의 변형예가 도시되어 있다. 변형예에 있어서, 머리 밴드(100g)의 인장력을 조절하기 위하여 복수 개의 구멍(150g)이 형성되어 있다. 종방향 새김선(102g)은 전술한 바와 같은 두 개 부분의 머리 밴드의 머리 스트랩(108g)과 목 스트랩(110g)을 형성하도록 마련되어 있다. 상기 머리 스트랩(108g)에는 선택적으로 머리 받침대를 형성하도록 새김선(107)이 포함될 수도 있다. 머리 받침대는 머리 스트랩(108g)의 인장력을 조절하는 수단도 된다. 머리 받침대가 머리 스트랩(108g)에서 더욱 개방되면 더욱 큰 인장력이 발생한다.
도 6H에는 활성화된 구성의 신장 활성화된 고무끈으로 구성된 두 개 부분의 머리 밴드(100h)가 도시되어 있다. 머리 스트랩(108h)과 목 스트랩(110h)은 신장 활성화로 인하여 신장되고 협소해진다. 도 6H에 도시된 실시예에 있어서, 좌우 부착 탭(112h, 114h)은 활성화되지 않았다. 종방향의 새김선(102h)은 두 개 부분의 머리 밴드가 활성화된 후에 형성되었다.
도 6I에는 두 개 부분(160i, 162i)을 따라 부분적으로 활성화된 신장 활성화한 고무끈이 있는 두 개 부분의 머리 밴드(100i)가 도시되어 있다. 부분 활성화로 인하여 두 개 부분의 머리 밴드(100i)는 머리 크기가 작은 사용자에게 맞추어질 수 있다. 여러 다양한 활성화 형태가 가능하며, 도 6I는 단지 예시적인 것으로 이해된다. 종방향 새김선(102i)은 두 개 부분의 머리 밴드(100i)가 활성화된 후에 형성되었다.
도 6J에는 좌우의 머리 밴드 부분(170j, 172j)이 사용자의 머리 뒤에서 체결구(174j, 176j)와 연결되도록 하는 중심 새김선(126j)이 있는 단일 부분의 머리 밴드(100j)가 도시되어 있다. 단추, 스냅 및 후크, 고리형 체결구 등과 같은 여러 다양한 체결구가 머리 밴드(100j)와 함께 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 체결구(174j)는 단추(176j)와 이 단추를 수용하는 개구부일 수 있다.
도 7 및 도 8에는 타원형의 평평하게 접힌 얼굴 마스크(200)가 도시되어 있으며, 이 얼굴 마스크에는 펼쳐진 구조와 접힌 구조에서 단위 길이의 복수 부분의 머리 밴드(202)가 각각 구비되어 있다. 평평하게 접힌 얼굴 마스크(200)의 형상은 본 발명에서 벗어나지 않게 변화할 수도 있다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 상기 타원형의 형상은 장방형, 원형 또는 그 밖의 다양한 형상일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 두 개 부분의 머리 밴드(202)는 머리 밴드 경로(H)를 따라 연장되며, 평평하게 접힌 얼굴 마스크와 거의 동일 평면에 있다. 두 개 부분의 머리 밴드(202)는 벗겨지는 방식으로로 좌우 부착 위치(220, 222)에서 얼굴 마스크(200)에 부착되어 있다. 머리 밴드(202)는 새김선(244)에 의하여 머리 스트랩(240)과 목 스트랩(242)으로 분리된다. 도 6A 내지 6J에 도시된 어떠한 머리 밴드의 구성도 얼굴 마스크(200)에 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
부가적인 부분(204, 206)은 절첩부(212, 214)를 따라 마스크(200)의 상하부에 선택적으로 부착될 수도 있다. 절첩부(212, 214)를 따라 부가적인 부분(204, 206)이 선회할 수 있는 있으므로 부가적인 부분(204, 206)은 머리 밴드의 부착 위치(220, 222)에 의하여 모서리를 따라 밀봉되지 않는 것이 좋다. 선택적인 코 클립(224)이 부가적인 부분(204) 위에 놓여있다.
얼굴 마스크(200)는 머리 밴드 부착 위치(220, 222) 사이의 폭이 약 160 내지 245㎜인 것이 좋으며, 더욱 양호하게는 약 175 내지 205㎜이며, 가장 양호하게는 약 185 내지 190㎜ 이다. 상연부(230)와 하연부(232) 사이를 연장하는 얼굴 마스크(200)의 높이는 약 30 내지 110㎜인 것이 좋으며, 더욱 양호하게는 약 50 내지 100㎜이며, 가장 양호하게는 약 75 내지 80㎜ 이다. 절첩부(212)로부터 상부(204)의 둘레 모서리로 연장되는 상부(204)의 깊이는 약 30 내지 110㎜인 것이 좋으며, 더욱 양호하게는 약 50 내지 70㎜이며, 가장 양호하게는 약 55 내지 65㎜ 이다. 절첩부(212)로부터 하부(206)의 둘레 모서리로 연장되는 하부(206)의 깊이는 약 30 내지 110㎜인 것이 좋으며, 상기 깊이는 양호하게는 약 55 내지 75㎜이며, 가장 양호하게는 약 60 내지 70㎜ 이다. 상부(204)와 하부(206)의 깊이는 같거나 다를 수 있으며, 상부와 하부의 깊이의 합은 중앙부의 높이를 초과하지 않는 것이 좋다.
도 9는 도 7 및 도 8의 얼굴 마스크(200)에 상응하는 얼굴 마스크(200a)의 변형예이며, 여기서 두 개 부분의 머리 밴드(202a)는 앞면(246a)에 부착된다. 마스크(200a)를 착용하기 위하여, 사용자는 좌우 부착 위치(220a, 222a)가 벗겨지는 방식으로 되도록 두 개 부분의 머리 밴드(202a)로 전방 둘레를 둘러쌓을 수 있다(도 7 및 도 8 참조). 3측면의 절단부(250, cut out)은 좌우 부착 위치에 형성되어 얼굴 마스크(200a)를 벗겨지는 방식으로부터로부터 전단 방식으로 변환시킨다. 특히, 절단부(250)는 경로(R)상에서 두 개 부분의 머리 밴드(202a)로 얼굴 마스크(200a)의 후방을 둘러싸서 전단 방식으로 형성한다. 변형예에 있어서, 절단부(250)는 천공부에 의해 어느 정도의 밀봉을 깨뜨림으로써 머리 밴드의 인장력을 조절할 수 있게 하는 천공된 절단부이다.
도 10에는 단일 부분의 머리 밴드(202b)가 사용된다는 것을 제외하고는 도 8의 얼굴 마스크(200)와 모든 면에서 일치하는 얼굴 마스크(200b)가 도시되어 있다. 마찬가지로, 도 11에는 단일 부분의 머리 밴드(202c)가 사용된다는 것을 제외하고는 도 9의 얼굴 마스크(200a)와 모든 면에서 일치하는 얼굴 마스크(200c)가 도시되어 있다.
도 12에는 전면(274)과 배기 밸브(272)를 가로질러 연장된 두 개 부분의 머리 밴드(272)가 구비된 성형된 컵 형상의 얼굴 마스크(270)의 정면도가 도시되어 있다. 도 12에 도시된 실시예에 있어서, 머리 밴드의 경로(H)는 대략 얼굴 마스크(270)의 전면(273)의 외형에 따르지만, 완전한 동연(同延)은 아니며, 배기 밸브(276)에 특히 인접하게 배치되어 있다. 두 개 부분의 머리 밴드(272)는 제조 중에 늘어짐을 최소화하고 고속 제조 장치를 이용할 때 발생되는 상응하는 재료 처리의 어려움을 최소화하도록 인장되어 배치되는 것이 좋다. 두 개 부분의 머리 밴드(272)는 좌우 부착 위치(274, 276)에서 얼굴 마스크(270)에 연결되어 있다. 사용자는 부착 위치(274, 276)가 벗겨지는 방식이 되도록 두 개 부분의 머리 밴드(272)를 마스크(270)의 뒤쪽으로 당김으로써 얼굴 마스크(270)를 착용한다.
도 13에는 배기 밸브(283)가 구비된 성형된 컵 형상의 얼굴 마스크(270)의 배면도가 도시되어 있다. 단위 길이의 두 개 부분의 머리 밴드(282)는 뒤쪽 개구부(284)를 가로질러 연장된다. 머리 밴드의 경로(H)는 좌우 부착 위치(288, 290)를 가로지르는 축선(286)을 따라 연장되어 있다.
도 14는 단일 부분의 머리 밴드(272a)가 얼굴 마스크(270a)에 부착되어 있는 것을 제외하고는 도 12의 실시예와 모든 면에서 동일하다. 도 15는 단일 부분의 머리 밴드(282a)가 얼굴 마스크(280a)에 부착되는 것을 제외하고는 도 13의 실시예와 모든 면에서 동일하다.
도 16에는 전면(273b)을 가로질러 연장하는 두 개 부분의 머리 밴드(272b)가 구비된 성형된 컵 형상의 얼굴 마스크(270b)의 정면도가 도시되어 있다. 여기에는 도 12에 도시된 것과 같은 배기 밸브가 없기 때문에, 머리 밴드(272b)는 전면(273b)의 외형에 더욱 근접하게 따른다. 머리 밴드(272b)는 제조 중에 느슨함을 최소화하고 고속 제조 장치를 이용할 때 발생되는 상응하는 재료 취급의 어려움을 최소화하도록 인장시켜 배치하는 것이 좋다. 전술한 바와 같이, 머리 밴드(272b)는 좌우 부착 위치(274b, 276b)에서 얼굴 마스크(270b)에 연결되어 있다.
도 17에는 뒤쪽 개구부(284b)를 가로질러 연장된 단위 길이의 두 개 부분의 머리 밴드(282b)가 구비된 성형된 컵 형상의 얼굴 마스크(280b)의 배면도가 도시되어 있다. 도 13과 관련하여 전술한 바와 같이, 머리 밴드의 경로(H)는 좌우 부착 위치(288b, 290b)를 가로지르는 축선(286b)을 따라 연장되어 있다. 도 13의 배기 밸브(283)의 유무에 따라 본 실시예의 머리 밴드의 구성이 변경되지는 않는다.
도 18은 단일 부분의 머리 밴드(272c)가 얼굴 마스크(270c)에 부착되어 있는 것을 제외하고는 도 16의 실시예와 모든 면에서 동일하다. 도 19는 단일 부분의 머리 밴드(282c)가 얼굴 마스크(280c)에 부착되어 있는 것을 제외하고는, 도 17의 실시예와 모든 면에서 동일하다.
도 20에는 머리 밴드의 경로(H)를 따라 좌우 부착 위치(304, 306)에서 부착되는 두 개 부분의 머리 밴드(302)가 구비된 전형적인 평평하게 접힌 얼굴 마스크(300)의 정면도가 도시되어 있다. 머리 밴드(302)는 배기 밸브(308)에 인접한 평평하게 접힌 얼굴 마스크(300)의 평면으로부터 굴곡되어 있다. 얼굴 마스크(300)를 착용하기 위하여, 사용자는 두 개 부분의 머리 밴드(302)에 대해 얼굴 마스크(300)를 안에서 밖으로 뒤집는다. 머리 밴드가 마스크(300)의 뒤쪽과 반대로 있을 때, 부착 위치(304, 306)는 벗겨지는 구조로 되어 있다. 도 21은 단일 부분의 머리 밴드(302a)가 얼굴 마스크(300a)에 부착되는 것을 제외하고는 도 20의 실시예와 모든 면에서 동일하다.
도 22에는 전형적인 얼굴 마스크(326)를 사용자에게 유지시키는 두 개 부분의 머리 밴드(320)의 작용이 도시되어 있다. 두 개 부분의 머리 밴드(320)에는 머리 스트랩(322)와 목 스트랩(324)이 포함되어 있다. 3개 이상의 스트랩이 구비된 머리 밴드가 어떤 적용 상태에는 좋을 수도 있다는 것을 알 수 있다. 도 23에는 전형적인 얼굴 마스크(326a)를 사용자에게 유지시키는 단일 부분의 머리 밴드(322a)가 도시되어 있다.
도 24에는 연속적인 고리형 머리 밴드(352)가 구비되며, 평평하게 접힌 마스크(350)가 사용자를 위하여 접혀 보관된 상태로 전방에서 본대로 도시되어 있다. 머리 밴드(352)의 단부(362, 364)는 활주식 클램프(360)에 의하여 연결되어 있다. 부착 링(354)은 고리형 머리 밴드를 구속하도록 좌우 부착 위치(356, 358)에 연결된다. 얼굴 마스크 블랭크의 개구부 또는 슬롯과 같은 다양한 부착 구성이 부착링(354)을 대체할 수도 있다는 것을 알 수 있다.
필터 매개물;
본 발명에 사용되는 필터 매개물 또는 필터 재료에는 많은 수의 직조재 및 부직재와, 단일층 또는 복수층이 포함되며, 내측 덮개 또는 외측 덮개, 내측 면포 또는 외측 면포, 보강 수단은 있거나 없을 수 있다. 도 4A 내지 도 4D에 도시된 실시예에 있어서, 중앙부에는 보강 부재가 마련되어 있다. 적절한 필터 재료의 예로는 미세 섬유 웨브, 가는 섬유의 막 웨브, 직조 또는 부직 웨브(예컨대, 에어레이드(airlaid) 또는 카디드(carded) 스태플 섬유), 솔루션-블로운(solution-blown) 섬유 웨브 또는 이들의 조합이 있다. 이러한 웨브를 형성하는데 유용한 섬유로는 예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐)과 이들의 혼합물과 같은 폴리올레핀, 하나 이상의 클로로에틸렌 유닛 또는 테트라풀루오로에틸렌 유닛이 함유된 것들과 같은 폴리올레핀 대체 할로겐이 포함되며, 상기 섬유에는 아크릴로니트릴 유닛, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 로진-울(rosin-wool), 유리, 셀룰로오스 또는 이들의 혼합물도 포함된다.
여과층의 섬유는 여과되는 입자의 형태에 따라서 선정된다. 섬유를 적절히 선택함으로써, 예컨대 부드러움과 습기를 제어하여 착용자에 대한 마스크의 편안함에도 영향을 미친다. 본 발명에 유용한 멜트-블로운(melt-blown) 미세 섬유는 예컨대 웬트, 밴 에이(Wente Van A) 가 저술한 인더스트리알 엔지니어링 케미스트리(Industrial Engineering Chemistry Volume .48, 1342 et seq.(1956))의 "초미세 열가소성 섬유(Superfine Thermoplastic Fibers)"와, 웬트 밴 에이 등의 논문 "초미세 유기 섬유 제조(Manufacture of Super fine Organic fibers Report No, 4364 of the Naval May 25 1954)"의 기재 사항에 따라 마련될 수 있다. 본 발명에 유용한 필터 매개물의 블로운 미세 섬유(blown microfiber)의 유효 섬유 직경은 3 내지 30 마이크로미터, 더욱 양호하게는 약 7 내지 15 마이크로미터인 것이 좋은데, 상기 수치는 1952년 런던의 기계 공학회의 회보 1B 에 기재된 데이비스, 씨. 엔의 "부유하는 먼지 입자의 분리(The Separation of Airborne Dust Particle)"에 설명된 방법에 따라 계산된 것이다.
스테플 섬유는 여과층에 존재할 수도 있다. 주름 잡힌 큰 부피의 스태플 섬유가 존재함으로써 단순히 블로운 미세 섬유로만 구성된 웨브보다 밀도가 낮고 더욱 높이가 높다. 양호하게는, 단지 90 wt%의 스태플 섬유, 더욱 양호하게는 단지 70 wt%의 스태플 섬유가 매개물에 존재한다. 스태플 섬유를 함유하는 이러한 웨브는 미국 특허 제4,118,531호(하우저)에 개시되어 있으며, 이것은 본 명세서에서 참고로 인용된다.
서로 다른 2 공중합체로 구성된 스태플 섬유(bicomponent staple fibers)는 여과층 또는 기타 하나 이상의 필터 매개물에 사용될 수도 있다. 코아부보다 융점이 낮은 외층이 구비된 서로 다른 2 공중합체로 구성된 스태플 섬유는, 예컨대 상기 층을 가열하여 서로 다른 2 공중합체로 구성된 섬유의 외층이 인접한 서로 다른 2 공중합체로 구성된 스태플 섬유 또는 그 밖의 스태플 섬유와 접촉하도록 흐르게함으로써 섬유 교차점(fiber intersection points)에서 함께 결합된 탄성 성형층을 형성하는데 이용될 수 있다. 상기 성형층에는 스테플 섬유와 함께 포함되어 열 유동성 폴리에스테르의 결합재 섬유가 마련될 수 있고, 성형층을 가열 시에 결합재 섬유는 녹아서 섬유 교차점으로 흘러, 이 교차점에서 상기 섬유가 교차점을 둘러싼다. 냉각 시에, 접착제는 섬유의 교차점에서 성장하여 섬유 덩어리를 원하는 형상으로 유지시킨다. 또한, 아크릴 유액 또는 분말 상태의 열 활성화 접착제 수지와 같은 결합재는 섬유를 결합하도록 웨브에 도포될 수 있다.
미국 특허 제4,215,682호(발명자; 쿠빅 등), 제4,588,537호(발명자; 와드워스 등)에 개시된 바와 같은 전하에 노출된 섬유, 또는 미국 특허 제4,592,815호(발명자; 나카오)에 개시된 극성이 있거나 전하를 띠는 일렉트렛(electret) 또는 미국 특허 재발행 제31,285호에 개시된 전기적으로 충전된 가는 섬유의 막섬유가 본 발명에 유용하며, 상기 특허는 본 명세서에서 참고로 인용한다. 일반적으로, 충전 과정은 재료를 코로나 방전 또는 펄스형 고압에 노출시키는 것을 포함한다.
또한, 활성화된 카본 또는 알루미나와 같은 흡수성 입자 재료가 여과층에 포함될 수 있다. 이러한 입자가 부가된(particle loaded) 웨브는 예컨대 미국 특허 제3,971,373호(발명자; 브라운), 제4,100,324호(발명자; 앤더슨) 및 제4,429,001호(발명자; 콜핀 등)에 개시되어 있는데, 상기 특허는 본 명세서에서 참고로 인용한다. 입자가 부과된 여과층으로 제조된 마스크는 가스상 물질로부터 보호하는 데 특히 좋다.
얼굴 마스크의 적어도 일부에는 여과 매개물이 포함된다. 도 7 및 도 8에 도시된 실시예에 있어서, 상부, 중앙부 및 하부 중의 2 이상의 영역에는 필터 매개물이 구비되며, 상부, 중앙부 및 하부의 모든 부분에 필터 매개물이 구비될 수 있다. 필터 매개물이 형성되지 않은 부분은 여러 재료로 형성될 수 있다. 상부는, 예컨대 착용자의 안경에 김이 서리는 것을 방지하는 습기 차단벽을 형성하는 재료 또는 얼굴 보호대를 형성하도록 위쪽으로 연장할 수 있는 투명한 재료로 형성될 수도 있다. 중앙부는 착용자 입술의 움직임이 관찰될 수 있도록 투명한 재료로 형성될 수 있다.
중앙부가 상부 및/또는 하부에 결합되는 경우에, 결합은 초음파 용접, 접착제, 아교, 가열 용융식 접착제, 스태플, 재봉, 열기계적인 압력 또는 그 밖의 적절한 수단에 의하여 결합될 수 있으며, 간헐적으로 또는 연속적으로 이루어질 수 있다. 이러한 수단 중 어떤 것도 결합 영역을 어느 정도 강하게 또는 단단하게 유지한다.
본 발명의 마스크에서 유용한 코 클립은, 예컨대 알루미늄 또는 복합수지 코팅된 와이어와 같은 금속으로 구성된 유연하고 매우 부드러운 밴드(pliable dead-soft band)는 마스크가 착용자의 얼굴에 편안하게 맞도록 성형될 수 있다. 착용자의 콧날 위로 연장되도록 구성된 비선형 코 클립이 특히 좋으며, 상기 코 클립은 코와 뺨 영역에 마스크를 안락하게 맞추어지게 해주는 날개를 제공하도록 클립 단면을 따라 배치된 굴곡부가 마련된다. 코 클립은 감압식 접착제 또는 액상 가열 용융식 접착제와 같은 접착제에 의하여 마스크에 고정될 수 있다. 별법으로서, 코 클립은 마스크의 본체에 넣어질 수 있으며, 마스크에 기계식으로 또는 접착식으로 부착된 섬유 또는 발포재(foam) 사이에 유지될 수도 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 코 클립은 상부의 바깥 부분에 배치되고, 발포재는 마스크 상부의 안쪽 부분에서 코 클립과 정렬된 상태로 배치된다.
마스크에는 선택적인 배기 밸브도 포함될 수 있으며, 상기 배기 밸브는 통상 다이아프램 밸브이며, 상기 밸브는 사용자가 공기를 쉽게 배기할 수 있게 한다. 마스크의 배기 시에 압력 강하가 극히 낮은 배기 밸브는 미국 특허 제5,325,892호(발명자; 재펀티시 등)에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에서 참고로 인용된다. 그 밖의 구조의 많은 배기 밸브가 당업자에게 공지되어 있다. 배기 밸브는 음파 용접(sonic welding), 접착 결합 및 특별한 기계적 클램핑 등에 의하여 마스크의 중앙부, 중앙부의 중심 근처에 고정되는 것이 좋다.
실시예
본 발명의 방법에 따라 제조된 머리 밴드를 이하에 기재되는 비한정적 실시예를 통하여 더 설명하도록 하겠다.
실시예 1 ~ 3에 있어서, 미소 구조의 표피층이 있는 탄성 중합체 복합물은 1990년 3월 30일에 출원된 미국 특허 공보 제5,501,679호에 기재된 바와 같이 마련되었고, 머리 밴드의 제조에 이용되었다. 모든 경우에 있어서, 머리 밴드의 폭은 활성화 이전에 10㎜이었다. 하중 데이터는 신장 주기와 복귀 주기 동안 측정된 g힘의 평균에 상응한다.
사용자의 머리 크기의 범위는 노스 앨러모스 국립 시험소의 권고에 기초하여 대니쉬, 물린스, 로우가 기술한 시험 패널 피험자의 정보(S. G, Danisch, H.E. Mullins, C.R. Rhoe, Appl. Occup, Environ. Hyg., 7(4). 241-245(1992))로부터 결정되었다. 이 패널의 얼굴 특징은 95%의 미국 노동자의 얼굴 특징을 나타내는 것으로 보인다. 각각에 대해서는, 상기 논문에 기재되어 있는 바와 같이, 얼굴 길이(턱 아래 모서리의 중심부(menton)에서 코 뿌리 함몰부(nasal root depression)까지의 길이)와 얼굴 폭(양협골(兩頰骨)의 폭)의 인체 측정학의 인자에 관하여 평가되었다. 상기 논문에 기재된 얼굴 크기의 분포에 따라서 그 얼굴 특징이 작은 피험자(길이 108㎜, 폭 123㎜), 중간이 피험자(길이 120㎜, 폭 138㎜), 큰 피험자(길이 136㎜. 폭 148㎜)의 세명의 피험자가 선정되었다. 작거나 중간이거나 큰 얼굴 크기는 소, 중, 대의 머리 크기에 상응하는 것이다.
머리 밴드는 길이 220㎜로 절단되어, 길이 220㎜의 평평하게 접힌 마스크에 평평하게 놓여지고, 스태플러에 의해 양단에서 부착되었다. 신장 가능한 길이는 200㎜이었다. 이어서, 상기 마스크는 시험할 각 피험자에 놓여졌고, 머리 밴드의 신장은 머리 뒤에서 그 최대 길이가 측정되었고 목뒤에서 그 최소 거리가 측정되었다. 그 결과는 아래의 표 1로 나타내었다.
여러 머리 크기에 대한 머리 밴드 신장의 백분율
작음 중간 큼
머리 106% 136% 165%
목 30% 58% 95%
본 발명의 머리 밴드 재료는 길이 220㎜로 절단되어 원래 길이의 300% ~ 400%로 신장시키고 이완하여 활성화시켰다. 이들 재료의 연신율은 여러 신장력에 대해 결정되었고, 힘과 연신율 관계의 그래프가 결정되었고, 미리 선정된 각 표본의 머리와 목 크기에 대한 부착력이 결정되었다.
실시예 1과 비교예 C1
탄성 중합체 복합물은 1990년 3월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제07/503716호에 기재된 바와 같이 준비되었다. 코어 재료는 크라톤 지 1657(KratonTMG 1657), (스틸렌-에틸렌 부틸렌-스티렌) 블록 공중합체(미국 오하이오주 비우프레에 소재하는 쉘케미칼사의 제품)이다. 각 측면에 하나인 두 개의 표피층은 폴리프로필렌 피피 3445(polypropylene PP 3445)(미국 텍사스주 휴스턴에 소재하는 엑슨 케미칼사의 제품)로 만들어졌다. 코어층 두께의 각 표피층에 대한 비율은 19 대 1 이었다. 복합물의 두께는 6 mils(0.15㎜)이었다. 다음의 부착력이 결정되었다.
그램으로 나타낸 부착력(크라톤 지 1657과 폴리프로필렌 피피 3445)
작음 중간 큼
머리 160 190 210
목 70 115 155
비교를 위하여, 폭이 6㎜이고 길이가 220㎜인 상용화된 마스크(미국 텍사스주 포트워쓰에 소재하는 테크놀 메디칼 프러덕트사의 모델 DMR2010)로부터 폴리우레탄 탄성 중합체 머리 밴드가 마찬가지로 평가되어 다음의 결과를 얻었다.
비교예 C1 (그램으로 나타낸 부착력, 폴리우레탄 머리 밴드)
작음 중간 큼
머리 240 280 315
목 80 150 220
현재 상용화된 머리 밴드와 비교하였을 때, 본 발명의 머리 밴드는 머리 크기의 범위에 대해 상대적으로 일정한 부착력을 나타내고, 머리가 큰 착용자에게 불편한 큰 힘을 유발하지 않으면서도 작은 머리 크기에 대해서 부착력이 적절함을 알 수 있다.
실시예 2
본 실시예에 있어서, 본 발명의 머리 밴드에 서로 다른 탄성 중합체 재료가 사용되었다. 하나의 경우에 있어서, 탄성 중합체는 크라톤 디 1107(KratonTMD 1107), 스틸렌-이소프렌-스틸렌 블록 공중합체이고, 안정화제로서 0.5%의 이가녹스 1010(미국 뉴욕주 호돈에 소재하는 시바 가이기사의 제품)이 첨가되었다. 또 다른 경우에 있어서, 탄성 중합체는 크라톤 지 1657(KratonTMG 1657), (스틸렌-에틸렌 부틸렌-스틸렌) 블록 공중합체이고, 촉진제로서 5%의 엔게이지 8200(EngageTM8200, 미국 미시간주 미드랜드에 소재하는 다우 케미칼사의 제품)이 첨가되었다. 표피층은 피피 7씨50 폴리프로필렌(PP 7C50 polypropylene, 미국 오하이오주 비우프레에 소재하는 쉘케미칼사의 제품)이다. 코어층 두께의 하나의 표피층에 대한 비율은 38 대 1이었다. 복합물의 두께는 8 mils(0.20㎜)이었다. 그 결과는 아래에 나타내었다.
그램으로 나타낸 부착력 (다른 탄성 중합체)
크라톤 디 1107 크라톤 지 1657
머리-작음 105 220
머리-중간 115 245
머리-큼 135 290
목-작음 45 120
목-중간 75 170
목-큼 95 210
크라톤 디 1107보다 딱딱한 크라톤 지 1657은 크라톤 디 1107보다 부착력이 크고 그 밖의 변수들은 일정하다.
실시예 3
본 실시예에 있어서, 동일한 탄성 중합체로 만든 두께가 다른 탄성 중합체 복합물이 본 발명의 머리 밴드에 사용되었다. 상기 탄성 중합체는 크라톤 디 1107이고 안정화제로서 0.5%의 이가녹스 1010과 0.5%의 이가녹스 1076(미국 뉴욕주 호돈에 소재하는 시바 가이기사의 제품)이 첨가되었다. 표피층은 피피 3445 폴리프로필렌(미국 텍사스주 휴스턴에 소재하는 엑슨 케미칼사의 제품)이었다. 코어층 두께의 하나의 표피층에 대한 비율은 18.5 대 1이었다. 그 결과는 아래와 같다.
그램으로 나타낸 부착력 (다른 두께)
8.1mils(0.21㎜) 10.9mils(0.28㎜) 11.7mils(0.30㎜)
머리-작음 75 125 140
머리-중간 90 150 175
머리-큼 130 350 450
목-작음 40 60 70
목-중간 60 90 105
목-큼 75 120 125
주어진 탄성 중합체에 대한 부착력은 복합물 머리 밴드 재료의 두께를 선정함으로써 맞추어질 수 있다.
실시예 4 - 평평하게 접힌 얼굴 마스크
도 4a ~ 도 4d의 방법에 따라 제조된 평평하게 접힌 얼굴 마스크를 이하의 비제한적 실시예에 의해 더 설명하기로 하겠다.
용융하여 블로우 성형되고 하전된 폴리프로필렌 미소 섬유의 두 장의 시트(350㎜ × 300㎜) 중 하나가 다른 하나의 꼭대기에 놓여 기본 중량이 100g/㎡이고 섬유의 유효 직경은 7 내지 8 미크론이며 두께는 약 1㎜인 적층된 웨브를 형성하였다. 경량의 스펀본드(spunbond) 폴리프로필렌 웨브의 바깥 덮개층(350㎜ × 300㎜; 50g/㎡, 105OB1UO0형, 영국 스코트랜드, 포오파아에 소재하는 돈 앤 로우 논우븐사의 제품)이 미소 섬유가 적층된 웨브의 한 면에 접촉 상태로 놓여졌다. 폴리프로필렌 지지 메쉬의 띠(380㎜ × 78㎜; 145g/㎡, 5173형, 스페인 바르셀로나에 소재하는 인더마스사 제품)가 상기 적층된 미소 섬유 웨브의 하나의 긴 모서리로부터 대략 108㎜, 적층된 미소 섬유 웨브의 나머지 긴 모서리로부터 114㎜ 가로 방향으로 떨어져 미소 섬유 표면의 모서리에 걸쳐 연장되어 남아 있는 미소 섬유 표면에 배치되었다. 안쪽 덮개 시트(350㎜ × 300㎜; 23g/㎡, 영국 잉글랜드 더비에 소재하는 스푼 웨브 유케이사 제품인 LURTASILTM6123)는 지지 메쉬의 꼭대기와 남아 있는 노출된 미소 섬유 웨브에 놓였다. 이어서, 5장이 적층된 구조물이 대략 적층된 구조물에 근접하는 직사각형 형태로 접착되어, 상부 모서리, 바닥 모서리 및 두 개의 측면 모서리를 형성하는 그 경계선에서 적층된 구조물을 서로 지지하는 접착을 이루었다. 상기 층은 지지 메쉬의 긴 모서리를 따라서도 역시 서로 접착되었다. 이렇게 접착된 구조물의 길이는, 상부와 바닥 모서리에 평행하게 측정하였을 때 188㎜이었고, 측면 모서리에 평행하게 측정하였을 때 폭이 203㎜이었다. 지지 메쉬의 띠의 모서리는 적층된 구조물의 상부 모서리로부터 60㎜ 떨어져 놓이고, 상기 구조물의 바닥 모서리로부터 65㎜ 떨어져 놓인다. 접착부의 둘레를 넘어선 여분의 재료는 제거되었고, 측면 모서리의 접착선을 넘어선 나머지 부분은 지지 메쉬의 중심선에 근접하며 길이 50㎜ × 폭 20㎜로서 머리 밴드 부착 수단을 형성하였다.
적층된 구조물의 상부 모서리는 지지 메쉬의 제일 근접한 모서리 가까이서 세로로 접혀 상층을 형성함으로써 안쪽 덮개가 상층으로부터 39㎜의 간격으로 자체로 접촉하여 상부 영역을 형성하고, 적층된 구조물의 남은 21㎜는 부가의 상부 영역을 형성하였다. 적층된 구조물의 바닥 모서리는 지지 메쉬의 가장 근접한 모서리 가까이서 세로로 접혀 하층을 형성함으로써 안쪽 덮개는 39㎜의 간격으로 자체로 접촉하여 하부 영역을 형성하고, 남은 26㎜는 부가의 하부 영역을 형성하였다. 이어서, 부가적인 상부 영역의 안쪽 덮개층과 부가적인 하부 영역은 서로 접촉되었다. 중심부의 접촉된 영역은 상층과 하층 사이에 놓이고, 상부 영역과 하부 영역은 그것들의 측면 모서리에서 밀봉되었다.
대략 폭 5㎜ × 길이 140㎜의 가단성 코 클립은 부가적인 상부 영역의 외면에 부착되었고, 대략 폭 15㎜ × 길이 140㎜의 코부분 발포재 띠는 부가적인 상부 영역의 내면에 부착되어 대략 코 클립과 정렬되었다. 부가적인 상부 및 하부 영역이 접혀져서 각각의 바깥 쪽 덮개는 상하부 영역의 바깥 쪽 덮개와 각각 접촉되었다.
머리 밴드 부착 수단을 형성하도록 잔존된 적층된 구조물의 자유단은 적층된 구조물의 접착된 모서리로 접혀 고리를 형성하도록 접착되었다. 머리 밴드의 탄성끈은 상기 고리를 관통하여 끼워져 착용자의 얼굴에 이렇게 형성된 마스크를 고정하는 수단이 된다.
실시예 5
지지 메쉬가 없는 것을 제외하고는, 제1 및 제2의 적층된 시트 구조물(350㎜ × 300㎜)은 실시예 4에서와 같이 마련되었다. 각 시트의 긴 모서리를 따라 곡선의 접착부가 형성되었고, 접착부의 볼록한 영역을 넘는 여분의 재료는 제거되었다. 제3의 적층된 시트 구조물은 5개의 층 각각이 대체로 동연(同延)인 것을 제외하고는 실시예 4에서와 같이 마련되었다. 제1의 적층된 시트 구조물은 제3의 적층된 시트 구조물의 꼭대기에 놓여져 안쪽 덮개와 접촉되었다. 제1 및 제3 적층 구조물은 제1 시트 구조물의 접착되지 않은 긴 모서리 부근에서 곡선 접착부를 이용하여 서로 접착되어 폭이 165㎜이고 깊이가 32㎜인 타원형의 상부 마스크 부분을 형성하였다. 각 곡선 접착부의 반경은 145㎜이었다.
제3 시트에 접착되지 않은 제1 시트 구조물의 모서리는 제3 시트에 접착된 제1 시트의 모서리를 향하여 뒤로 접혔다. 제2 시트 구조물은 접힌 제1 시트의 꼭대기에 놓였고, 부분적으로 제3 시트를 덮었다. 제2 및 제3 시트 구조물은 곡선 접착부를 이용하여 서로 접착되어, 폭이 165㎜이고 깊이가 32㎜인 제2 시트로부터 타원형의 하부 마스크 부분을 형성하고, 제3 시트 구조물로부터 폭이 165㎜이고 높이가 64㎜인 타원형의 중앙 마스크 부분을 형성하였다. 타원형 부분 바깥쪽의 재료는 제거되었다. 상부 및 하부 영역은 중심 영역으로부터 바깥쪽으로 접혔다.
가단성 알루미늄 코 클립은 상부 영역 둘레의 외면에 부착되었고, 코부분 발포재 띠는 코 클립과 대략 정렬되어 내면에 부착되었다. 머리 밴드 부착 수단은 중심 영역과 상하부 영역 사이의 접착부가 만나는 곳에 부착되었고, 머리 밴드 탄성끈은 부착 수단을 관통하여 착용자가 쓰기 위한 마스크 준비 상태를 형성하였다.

Claims (10)

  1. 마스크에 부착 가능한 복합물 머리 밴드에 있어서,
    하나 이상의 별개의 탄성 중합체 코아와,
    상기 탄성 중합체 코아에 고정된 하나 이상의 연속적인 열가소성 표피층이 구비되고,
    비활성 상태의 제1 탄성 계수와 활성 상태의 제2 탄성 계수를 가지며, 상기 열가소성 표피층에는 미세 구조의 영구 변형된 표피층이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합물 머리 벤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 중합체 코아와 하나 이상의 열가소성 층은 활성 상태에서 연속적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 복합물 머리 밴드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄성 중합체 코아에는 대략 평면형의 구조가 포함되는 것을 특징으로 하는 복합물 머리 밴드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄성 중합체 코아에는 복수의 길게 연장된 코어가 포함되는 것을 특징으로 하는 복합물 머리 밴드.
  5. 좌우 부착 위치가 마련된 얼굴 마스크 블랭크와,
    좌우의 부착 위치중 하나 이상의 위치에 부착되는 복합물 머리 밴드가 구비된 얼굴 마스크로서,
    상기 복합물 머리 밴드의 단위 길이는 좌우 부착 위치 사이의 머리 밴드 경로를 따라서 연장된 길이이며, 상기 복합물 머리 밴드에는 하나 이상의 별개의 탄성 중합체 코아와 이 코아에 고정되는 하나 이상의 연속적인 열가소성 표피층이 구비되며, 상기 복합물 머리 밴드는 비활성 상태의 제1 탄성 계수와, 활성 상태의 낮은 제2 탄성 계수를 가지며, 상기 열가소성 표피층은 활성 상태에서 미세 구조의 영구 변형된 표피층을 형성하는 것을 특징으로 하는 얼굴 마스크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 머리 밴드의 경로에는 좌우 부착 위치를 가로지르는 축선이 포함되는 것을 특징으로 하는 얼굴 마스크.
  7. 얼굴 마스크에 복합물 머리 밴드를 부착하는 부착 방법에 있어서,
    좌우 부착 위치가 마련되고, 상기 좌우 부착 위치 사이에서 연장된 머리 밴드 경로가 구비된 얼굴 마스크를 마련하는 단계와
    하나 이상의 별개의 탄성 중합체 코아를 하나 이상의 연속적인 열가소성 표피층에 고정시킴으로써 복합물 머리 밴드를 마련하는 단계와,
    상기 복합물 머리 밴드를 상기 머리 밴드 경로를 따라 배치시키는 단계와,
    상기 복합물 머리 밴드를 좌우 부착 위치 중 하나 이상의 위치에 부착하는 단계를 포함하고,
    상기 복합물 머리 밴드는 비활성 상태의 제1 탄성 계수와 활성 상태의 낮은 제2 탄성 계수를 가지며, 상기 열가소성 표피층은 복합물 머리 밴드가 활성 상태에 있을 때 미세 구조의 영구 변형된 표피층을 형성하는 것을 특징으로 하는 부착 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄성 중합체 코아는 대략 평면형 구조인 것을 특징으로 하는 부착 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄성 중합체 코아는 복수의 길게 연장된 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 부착 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 공정에 의하여 마련될 수 있는 얼굴 마스크.
KR10-1998-0707029A 1996-03-08 1997-01-30 탄성중합체복합물로구성된머리띠 KR100467924B1 (ko)

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US8/611,340 1996-03-08

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