KR20080110768A

KR20080110768A - 전면 호흡 보호 장치

Info

Publication number: KR20080110768A
Application number: KR1020087023705A
Authority: KR
Inventors: 제임스 알. 베츠
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-12-19
Also published as: BRPI0709442B1; JP2009532116A; EP2001563A1; RU2008138402A; US20070235031A1; BRPI0709442A2; EP2001563B1; WO2008036435A1; KR101385831B1; RU2401142C2; CN101415467A; EP2001563A4; BRPI0709442B8

Abstract

전면 호흡 보호 장치는, 안면 시일과, 청정 공기를 내부 기체 공간으로 공급하는 하나 이상의 부품과, 마스크를 착용자의 안면에 지지하는 하네스와, 안면 시일에 결합되고 95%보다 큰 유효 시야 및 60%보다 큰 주변 시야를 형성하는 것을 돕는 렌즈를 포함한다.

호흡 보호 장치, 호흡 장치, 방독면, 시일, 하네스, 유효 시야, 주변 시야

Description

전면 호흡 보호 장치{A FULL FACE RESPIRATORY PROTECTION DEVICE}

착용자에게 호흡 가능한 공기를 공급하는 호흡 보호 장치(respiratory protection device)(호흡 장치(respirator)라고도 함)가 여러 상이한 적용 분야에 사용되고 있다. 호흡 장치는 공기 공급원이 오염될 수 있는 화재, 군사 작전, 그리고 위험한 산업상 응용 중에 사용될 수 있다. 호흡을 위해 코와 입에 청정 공기원을 제공하는 것 외에, 전면 호흡 장치(full-face respirator)는 또한 유해하거나 자극적인 기체 및 다른 물질로부터 눈과 안면을 보호한다. 이 장치는 탈착 및 교체 가능한 필터 요소 또는 공기 공급원으로의 커넥터를 수용하기 위한 장착부를 더 포함할 수 있다.

많은 특정 유형의 호흡 장치가 통용되고 있다. 공지된 전면 호흡 장치는 렌즈, 착용자의 안면 주위에 렌즈를 장착하기 위한 안면 시일(face seal) 및 착용자의 안면으로 공기를 공급하기 위한 하나 이상의 포트를 포함한다. 호흡 장치의 많은 구성요소는 착용자의 시야를 저해할 수 있으며, 이는 작업 중 착용자에게 문제가 될 수 있다.

발명의 개요

이러한 설명은 본 명세서에 제시되는 개념들의 모든 구현예들이나 각각의 개시한 실시예를 설명하고자 하는 것이 아니다. 이어지는 도면 및 설명은 예시적인 실시예를 보다 상세하게 예시한다.

본 발명은, 안면 시일과, 청정 공기를 내부 기체 공간으로 공급하는 하나 이상의 부품과, 마스크를 착용자의 안면에 지지하는 하네스와, 안면 시일에 결합되고 95%보다 큰 유효 시야(effective field of view) 및 60%보다 큰 주변 시야(peripheral field of view)를 형성하는 데 도움을 주는 렌즈를 포함하는 전면 호흡 보호 장치를 제공한다.

용어

이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:

"청정 공기"는 오염물 제거를 위해 여과되거나 달리 호흡에 안전하게 만들어진 일정 체적의 공기 또는 산소를 의미한다.

"오염물"은 일반적으로 입자인 것으로 간주되지 않을 수 있지만 (예컨대, 유기 증기 등) 공기 중에 부유될 수 있는 입자 및/또는 다른 물질을 의미한다.

"유효 시야(effective field of view: EFV, 이하 "EFV"라 함)"는 문헌[European Standards Organizations, Standard Number I.S. EN 136 RESPIRATORY PROTECTIVE DEVICES - FULL-FACE MASKS - REQUIREMENTS, TESTING, MARKING; Version 1998, Part 7.21 Field of Vision]에 기재된 바와 같은 시험에 대해 구면(spherical surface)에 도달하는 광의 백분율 값을 의미한다.

"호기된 공기"는 안면 마스크 착용자에 의해 호기되는 공기이다;

"외부 기체 공간"은 호기된 기체가 전면 마스크 호흡 마스크를 지나 통과한 후에 궁극적으로 유입되는 주위 대기 기체 공간을 의미한다.

"전면 호흡 보호 장치"는 청정 공기를 착용자에게 공급할 목적으로 사람의 코와 입과 눈에 맞추어진 장치를 의미한다.

"흡입 필터 요소"는 착용자가 공기를 흡입하기 전에 그로부터 오염물 및/또는 입자를 제거시킬 수 있도록 공기를 통과시키는 유체 투과성 구조체를 의미한다.

"흡입 밸브"는 유체가 안면 마스크의 내부 기체 공간으로 유입되게 하도록 개방되는 밸브를 의미한다.

"내부 기체 공간"은 호흡 마스크와 사람의 안면 사이의 공간을 의미한다.

"렌즈"는 광이 통과하도록 하는 재료로 제조되는 장치를 의미한다.

"마스크 본체"는, 적어도 사람의 코와 입과 눈에 맞추어질 수 있으며 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 형성하는 데 도움을 주는 구조체를 의미한다.

"주변 시야(peripheral field of view: PFV, 이하 "PFV"라 함)"는 문헌[European Standards Organizations, Standard Number I.S. EN 136 RESPIRATORY PROTECTIVE DEVICES - FULL-FACE MASKS - REQUIREMENTS, TESTING, MARKING; Version 1998, Part 7.21 Field of Vision]에 기재된 바와 같은 시험에 대해 시험 헤드의 각각의 면에서 경선 60 및 120과 위선 90 및 110 사이의 구면에 도달하는 광의 백분율 값을 의미한다.

본 명세서에서 제시된 개념은 여러 도면 전체에서 동일한 구조물 또는 시스템 요소가 동일한 도면 부호로 지칭될 수 있는 첨부된 도면을 참조하여 추가로 설 명될 것이다.

도 1은 착용자에 의해 착용된 호흡 보호 장치(10)의 등각도.

도 2는 호흡 보호 장치(10)의 분해 등각도.

도 3은 시험 헤드(70) 및 구면(72)의 개략적인 측면도.

도 4는 시험 헤드(70) 및 구면(72)의 개략적인 배면도.

도 5는 주변 시야 영역(80)을 도시하는, 시험 헤드(70) 및 구면(72)의 개략적인 측면도.

도 6은 2개의 주변 시야 영역(80, 82)을 도시하는, 시험 헤드(70) 및 구면(72)의 개략적인 배면도.

상기 도면들은 본 발명의 한 가지 이상의 실시예들을 도시하고 있지만, 본 명세서에 언급된 바와 같이 다른 실시예들도 또한 고려된다. 모든 경우에, 본 명세서에서 제시되는 개념은 본 발명을 제한하기 위해서가 아닌 설명하기 위해서 기술한다. 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 이론의 범위 및 정신 내에 속하는 다른 변형예 및 실시예들을 고안할 수 있다.

도 1은 전면 호흡 보호 장치(10)의 등각도로서, 이는 안면 시일(14)과, 장치(10)를 착용자의 머리(12)에 고정시키는 하네스(16)를 포함한다. 외기와 오염물이 착용자의 안면에 도달하지 못하도록 하기 위해서 단일체(18)가 안면 시일(14)과의 인터페이스를 형성한다. 코 컵(nose cup)(19)이 단일체(18)에 결합되어, 착용자(12)의 코와 입을 둘러싼다. 단일체(18)를 안면 시일(14)에 클램핑시키도록 프레임(20)이 제공된다. 작동 중에, 장치(10)는 착용자(12)를 유해 기체, 증기 및/또는 입상 물질로부터 보호한다. 흡입 밸브를 포함하는 적어도 하나의 포트가 공기 입구용 및/또는 출구용 연결부를 제공하기 위해서 단일체(18)에 구비된다. 몇몇 경우에, 별도의 흡기 포트 및 별도의 배기 포트가 사용된다.

도 2는 장치(10)의 분해 등각도이다. 안면 시일(14)은, 착용자 안면과의 유체 밀봉 시일과, 단일체(18)와 같은 여러 단일체 구조들과의 인터페이스를 제공하도록 설계된다. 이와 함께, 안면 시일(14)과 단일체(18)는 외부 기체 공간과 착용자의 내부 기체 공간 사이의 경계를 한정하는 마스크 본체를 형성한다. 단일체(18)는 장치(10)의 여러 기능적 구성요소들을 지지 및 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 착용자는 장치(10)가 사용되는 상황에 따라서 대화 포트(speaking port) 및/또는 동력 공기 공급원으로의 연결부를 포함하는 특정 단일체를 선택할 수 있다.

단일체(18)와의 인터페이스를 형성하기 위해서, 안면 시일(14)은 환형 링(22)을 포함한다. 환형 링(22)은 실리콘 고무와 같은 탄성 고무로 제조될 수 있으며, 착용자의 시야를 현저히 저해하지 않게 착용자의 안면을 둘러싸도록 하는 크기일 수 있다. 단일체(18)는 환형 링(22)의 내표면(24)과 인터페이스를 형성한다. 프레임(20)은 시일 내표면(24)에 단일체(18)를 클램핑시키도록 환형 링(22)의 외표면(26)을 둘러싼다.

단일체(18)는 섀시(30)와 그 섀시(30)와 일체인 렌즈(32)를 포함한다. 섀시(30)는 호흡 장치(10)의 기능적 구성요소에 대한 지지 구조체를 형성한다. 이러한 기능적 구성요소는 하나 이상의 렌즈, 호흡용 구성요소, 대화용 구성요소, 센서 등을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 섀시(30)는 렌즈(32), 측면 카트리지(34), 배출 포트(36) 및 대화 포트(38)를 지지한다. 다른 실시예에서, 단일체(18)는 별도의 섀시 및 렌즈를 포함할 필요가 없고, 오히려 본체(18)와 유사한 구성을 갖는 일체형 부재이다.

섀시(30)는 고온 및 화학 작용제에 내성을 갖는 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 섀시(30)는 나일론, 제노이(Xenoy^®) 수지 및/또는 이들의 조합과 같은 엔지니어링 등급(engineering-grade)의 열가소성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 제노이(Xenoy^®) 수지는 반결정질 폴리에스테르(예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있음)와 폴리카보네이트의 혼합물이다. 제노이(Xenoy^®) 수지는 미국 매사추세츠주 피츠필드 소재의 지이 플라스틱스(GE Plastics)로부터 입수 가능하다. 원하는 경우에, 섀시(30)는 그를 통한 광의 투과를 방지하도록 불투명일 수 있다. 섀시는 예컨대 연마, 충격 및/또는 용접 스패터(spatter)에 대한 내성과 같은 다른 원하는 물리적 특성을 포함할 수 있다.

렌즈(32)는 폴리카보네이트와 같은 투명한 엔지니어링 등급의 열가소성 플라스틱으로 형성되어, 섀시(30)에 부착될 수 있다. 따라서, 섀시(30) 및 렌즈(32)는 유사하거나 상이한 재료로 형성될 수 있다. 렌즈(32)는 일체형 구조를 형성하도록 섀시(30)에 접합될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(32)는 섀시(30)에 화학적, 기계적 또는 열적으로 접합될 수 있다. 렌즈(32)는 성형되거나 달리 형성되어, 예컨대 성형 또는 용접 공정을 이용하여 섀시(30)에 부착될 수 있다. 대안적으로, 렌즈와 섀시는 동시에 제조될 수 있다. 어느 경우든, 유체 밀봉 시일은 섀시(30)와 렌즈(32) 사이에 형성된다. 또한, 전체 렌즈(32)는 투명할 수 있으며, 화학 물질 및/또는 스크래칭에 대한 내성을 증대시키도록 코팅으로 처리될 수 있다. 도시된 바와 같이, 단일체(18)는 렌즈 부분과, 유체 연통/부착 구성요소를 포함한 부분을 포함한다.

상이한 적용 분야에 대해서, 렌즈(32)는 예컨대 착색, 투명, 편광, 자동 명암 조절(auto darkening) 등의 여러 유형일 수 있다. 섀시(30)가 장치(10)의 기능적 구성요소들을 포함하기 때문에, 렌즈(32)는 이들 구성요소를 포함할 필요가 없으며, 이는 렌즈(32)에 사용되는 재료의 양과 렌즈(32)의 복잡성을 저감시킬 수 있다. 따라서, 단일체(18)의 설계와 장치(10)의 전체 구성은 다른 구성요소들을 지지하는 데 필요한 복잡성으로 인해 가시 영역에 중요한 광학 특성들을 손상시키지 않고 이러한 광학 특성들에 집중될 수 있다. 예를 들어, 착용자의 시야와 간섭될 수 있는 구조적 기하학 형상(structural geometry) 및/또는 다른 요소는 저감 및/또는 제거될 수 있다. 그러나, 장치(10)에 추가적인 프로파일 및/또는 중량을 부가시키지 않고서 위험한 상황시 적절한 보호를 제공하기 위해서, 착용자(12)의 안면과 시일(14) 사이의 밀봉과 적합한 맞춤이 유지되어야 한다. 렌즈(32)는 호흡 보호 장치의 적절한 착용자를 측면에서 볼 때 착용자의 눈 뒤로 연장될 수 있는 실린더형 단면을 가질 수 있다. 그 때문에, 안면 시일(14)과 프레임(20)은 아래에서 논의되는 바와 같이 EFV 및 PFV의 형성을 위해 눈 뒤로 연장될 수 있다. 또한, 안면 시일(14)은 적절한 착용자(12)의 턱 아래로 연장될 수 있다. "적절한 착용자"는 머리의 크기가 마스크에 적합하게 맞는 사람이다. 한 가지 예에서, 렌즈(32)는 착용자(12)에 대해 직립축을 중심으로 한 실린더형이다. 일 실시예에서, 축은 수직으로부터 +/-30°의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 축은 수직으로부터 0 내지 30°의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 축은 수직으로부터 20 내지 30°의 범위에 있다. 또한, 섀시(30)의 하단부는 카트리지(34) 및/또는 다른 구성요소가 착용자의 시야를 간섭하지 않게 하기 위해서 렌즈(32)에 대해 경사지게 배향될 수 있다.

측면 카트리지(34)는 착용자가 장치(10)의 외부로부터 주변 공기를 호흡하도록 흡입 필터 요소를 포함한 적합한 공기 처리 매체를 포함할 수 있으며, 이는 호흡하거나 그리고/또는 피부와 접촉되도록 공기 처리 매체에 의해 여과되거나 달리 안전하게 만들어진다. 대안적으로, 공기 공급 호스가 청정 공기를 착용자에게 전달하도록 유체 흡입 구성요소에 부착될 수 있다. 카트리지(34)는 다른 카트리지가 섀시(30)에 부착되게 하도록 분리될 수 있다. 착용자(12)가 일단 청정 공기를 흡입하면, 공기는 호기된 공기로서 배출 포트(36)를 통해 배출될 수 있다. 포트(36)를 통한 원하지 않는 오염물의 유입을 방지하기 위해서, 밸브 커버(37)가 포트(36)를 덮도록 구비된다. 대화 포트(38)는 착용자로부터 음성을 장치(10)의 외부로 증폭시키거나 달리 전달할 수 있다.

단일체(18)를 안면 시일(14)에 밀봉시키기 위해서, 단일체(18)는 환형 링(22)의 내부 가장자리(24)와 접촉 배치된다. 단일체(18)는 안면 시일(14)과 단일체(18) 사이의 인터페이스에 대한 보다 안정적인 시일을 제공하는 리브를 구비한 채널을 포함할 수 있다. 이어서, 고정 밴드 또는 칼라일 수 있는 프레임(20)이 환형 링(22)의 외부 가장자리(26) 둘레에 위치된다. 프레임(20)은 안면 시일(14)을 단일체(18)에 클램핑시키는 데 사용될 수 있는 메커니즘들 중 단지 하나의 예이다. 다른 적합한 메커니즘들이 또한 채택될 수 있다. 도시된 실시예에서, 안면 시일(14)과 단일체(18) 사이에 밀봉 인터페이스가 형성되도록 외표면(26) 둘레에 클램핑력을 제공하는 데 체결구(40)가 사용될 수 있다. 프레임(20)은 체결구(40)를 수용하는 제1 개구(42) 및 제2 개구(44)를 포함한다. 제2 개구(44)에는 체결구(40)의 나사부와 정합되는 나사부가 형성될 수 있다.

호흡 장치(10)는 95%보다 큰 EFV 및 60%보다 큰 PFV를 형성하도록 구성된다. 이는 렌즈 형상, 유체 흡입 및 배출 위치의 적절한 선택과, 안면 시일 개조에 의해 달성된다. 호흡 장치(10)는 측면 카트리지(34) 없이 평가되었다. 따라서, 안면 시일(14), 하네스(16), 단일체(18) 및 프레임(20)이 사용되었으며, 이는 이하에서 마스크라 할 것이다. 단일체는 투명 섀시(30) 및 투명 렌즈(32)를 포함하였다. 마스크는 문헌[European Standards Organizations, Standard Number I.S. EN 136 RESPIRATORY PROTECTIVE DEVICES - FULL-FACE MASKS - REQUIREMENTS, TESTING, MARKING; Version 1998, Part 7.21 Field of vision]에 기재된 시험 방법에 의해 평가되었다. 도 3 내지 도 4는 시험 헤드(70) 및 구면(72)을 도시하고 있다. 이러한 시험에서, 마스크는 광원(74)이 눈 위치에 배치된 시험 헤드 상에 장착되었다. 경선 및 위선으로 표시된 반투명 구면(72) 상으로의 마스크를 통한 광의 투사가 측정되어, 마스크를 통한 가능한 시야 범위를 모델링하였다. 표준은 투사 경계(perimeter of projection)(76)를 상술하고 있으며, 이의 내측 범위(inner bound)가 EFV인 것으로 정의된다. 전체 EFV를 커버하는 광 투사를 갖는 마스크는 100% EFV를 갖는 것으로 간주될 것이며, 단지 EFV 영역의 0.9만을 커버하는 투사를 갖는 마스크는 90% EFV를 가질 것이다.

EFV 외에, PFV가 측정되었다. 도 5 내지 도 6은 주변 시야 영역(80, 82)을 도시하고 있다. 시험 헤드의 일측 상의 경선 60 및 120과 위선 90 및 110 사이의 구면으로서, 그리고 시험 헤드의 대향측 상의 경선 60 및 120과 위선 90 및 110 사이의 구면으로서, PFV를 형성하였다. 이러한 공간은 마스크 착용자의 측면 또는 주변 시야를 나타내는 투사를 한정한다.

EFV 및 PFV 시험 방법을 이용하여 마스크를 시험하였다. 또한, 구매 가능한 다른 마스크를 시험하였다. 시험 결과가 아래의 표 1에 주어져 있다. 코 컵은 부착되지만 카트리지는 부착되지 않은 마스크를 평가하였다.

예 1은 전술한 호흡 장치(10)와 관련된 마스크이다. 구매 가능한 전면 호흡 보호 마스크의 예는 미국 노스 캐롤라이나 몬로 소재의 스콧 헬쓰 세이프티(Scott Health Safety)로부터의 스콧(Scott) AV 2000(예 2) 및 세이버 프로텍터(Sabre protector)(예 3)와, 미국 조지아주 로렌스빌 소재의 아이에스아이(ISI)로부터의 ISI(예 4)와, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 코포레이션(3M Corporation)으로부터의 쓰리엠 6800(예 5)과, 미국 로드 아일랜드주 크랜스톤 소재의 노스 세이프티 프라덕츠(North Safety Products)로부터의 노스 7600(예 6)을 포함한다.

표 1에 주어진 시야 데이터로부터 명백한 바와 같이, 장치(10)와 관련된 마스크만이 95%보다 큰 조합된 EFV 및 60%보다 큰 PFV를 갖는다. 이러한 시야 인자(view factor)들의 조합은 다른 예 마스크에 비해 훨씬 개선된 시야 범위를 마스크에 제공한다.

몇몇 대안적인 실시예들과 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 형태 및 세부 사항에 있어서 변경이 행해질 수 있음을 파악할 수 있을 것이다. 또한, 하나의 실시예에 대해 도시되고 설명된 특징은 필요하다면, 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다.

Claims

(a) 안면 시일과;

(b) 청정 공기를 내부 기체 공간으로 공급하는 하나 이상의 부품과;

(c) 마스크를 착용자의 안면에 지지하는 하네스와;

(d) 안면 시일에 결합되고 95%보다 큰 유효 시야 및 60% 보다 큰 주변 시야를 형성하는 것을 돕는 렌즈를 포함하는 전면 호흡 보호 장치.
제1항에 있어서, 주변 시야는 70%보다 큰 호흡 장치.
제1항에 있어서, 주변 시야는 80%보다 큰 호흡 장치.
제1항에 있어서, 유효 시야는 98%보다 큰 호흡 장치.
제1항에 있어서, 유효 시야는 99%보다 큰 호흡 장치.
제1항에 있어서, 유효 시야는 98%보다 크고, 주변 시야는 80%보다 큰 호흡 장치.
제1항에 있어서, 렌즈는 수직축을 중심으로 실린더형 단면을 포함하는 호흡 장치.
제1항에 있어서, 하네스는 안면 시일에 결합되는 호흡 장치.
제1항에 있어서, 안면 시일은 측면으로부터 착용자의 프로파일을 볼 때 착용자의 눈 뒤로 연장되는 호흡 장치.
제1항에 있어서, 렌즈는 측면으로부터 착용자의 프로파일을 볼 때 착용자의 눈 뒤로 연장되는 호흡 장치.