KR20100129762A - 일체로 결합된 호기 밸브를 구비한 안면부 여과식 호흡기 - Google Patents

Abstract

하니스, 및 여과 구조물과 지지 구조물을 포함하는 마스크 본체를 구비하는 안면부 여과식 호흡기가 개시된다. 호기 밸브가 마스크 본체에 부착되며, 마스크 본체와 일체형인 밸브 시트를 포함한다. 본 발명은 호기 밸브의 비-동적(non-dynamic) 부품들 중 일부 또는 전부를 별개로 제조할 필요성을 제거한다는 점에서 유리하다. 또한, 밸브 시트를 마스크 본체에 후속하여 부착시킬 필요가 없게 된다.

Description

일체로 결합된 호기 밸브를 구비한 안면부 여과식 호흡기{Filtering Face-Piece Respirator Having An Integrally-Joined Exhalation Valve}

본 발명은 마스크 본체 지지 구조물에 일체로 고정된 호기 밸브(exhalation valve)를 사용하는 안면부 여과식 호흡기(filtering face-piece respirator)에 관한 것이다.

호흡기는 두 가지 통상적인 목적, 즉 (1) 불순물 또는 오염물이 착용자의 호흡 경로로 진입하는 것을 방지하는 것; 및 (2) 다른 사람 또는 물건이 착용자가 내쉬는 병원균 및 다른 오염물에 노출되는 것을 방지하는 것 중 적어도 한 가지 목적을 위해 사람의 호흡 경로 위로 통상 착용된다. 첫 번째 상황에서, 호흡기는, 예를 들어 자동차 정비소 내에서와 같이 공기가 착용자에게 유해한 입자를 함유하는 환경에서 착용된다. 두 번째 상황에서, 호흡기는, 예를 들어 수술실 또는 청정실에서와 같이 다른 사람 또는 물건에 대한 오염의 위험이 있는 환경에서 착용된다.

몇몇 호흡기는 마스크 본체 자체가 여과 메커니즘으로서 기능하기 때문에, "안면부 여과식"으로서 분류된다. 부착가능한 필터 카트리지(예컨대, 유샤크(Yuschak) 등의 미국 재발행 특허 제39,493호 참조) 또는 삽입 성형된 필터 요소(예컨대, 브라운(Braun)의 미국 특허 제4,790,306호 참조)와 함께 고무 또는 탄성중합체 마스크 본체를 사용하는 호흡기와 달리, 안면부 여과식 호흡기는 필터 카트리지를 설치 또는 교체할 필요가 없도록 필터 매체가 전체 마스크 본체의 대부분을 구성하도록 한다. 이에 따라, 안면부 여과식 호흡기는 중량 면에서 상대적으로 가볍고 사용하기 쉽다. 안면부 여과식 호흡기를 개시하는 특허의 예는 크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제7,131,442호, 앙가드지반트(Angadjivand) 등의 제6,923,182호 및 제6,041,782호, 보스톡(Bostock) 등의 제6,568,392호 및 제6,484,722호, 첸(Chen)의 제6,394,090호, 및 매기드슨(Magidson) 등의 제4,873,972호를 포함한다.

영구적인 컵 형상의 구성을 갖는 안면부 여과식 호흡기를 제공하기 위해, 마스크 본체에는 전형적으로 성형된 형상화 층(molded shaping layer)이 제공된다. 성형된 형상화 층은 컵 형상의 구성으로 성형되는 열 접합 섬유(thermally bonded fiber) 또는 투각 필라멘트 메시(open-work filamentary mesh)로부터 제조되었다 - 예를 들어, 스코브(Skov)의 미국 특허 제4,850,347호, 다이루드(Dyrud) 등의 제4,807,619호, 베르그(Berg)의 제4,536,440호, 및 허버(Huber) 등의 의장 특허 제285,374호 참조. 형상화 층은, 전기 대전된 마이크로섬유의 부직 웨브를 포함할 수 있는 여과 구조물을 적절하게 지지한다.

착용자의 편안함을 개선하기 위해, 안면부 여과식 호흡기는 때로는 마스크 내부로부터 착용자가 내쉰 공기를 신속하게 제거하도록 마스크 본체에 장착되는 호기 밸브를 구비한다; 마틴(Martin) 등의 미국 특허 제7,028,689호, 제7,188,622호, 및 제7,013,895호, 야푼티히(Japuntich) 등의 미국 특허 제7,117,868, 제6,854,463호, 및 제6,843,248호, 및 보워스(Bowers)의 미국 재발행 특허 제37,974호 참조. 마스크 내부로부터의 내쉰 공기의 신속한 제거는 착용자의 편안함을 개선한다.

호기 밸브는 다양한 기술을 사용하여 호흡기 마스크 본체에 장착되었다. 몇몇 호흡기에서, 밸브는 마스크 본체를 구성하는 다양한 층들에 직접 용접된다. 다른 구성에서, 밸브 시트(valve seat)가 마스크 본체에 클램핑된다; 쿠란(Curran) 등의 미국 특허 제7,069,931호, 제7,007,695호, 제6,959,709호, 및 제6,604,524호 참조. 또한, 접착제의 인쇄된 패치(patch)가 호기 밸브를 마스크 본체에 고정하도록 사용되었다; 윌리엄스(Williams) 등의 미국 특허 제6,125,849호 참조. 이들 다양한 기술 각각에서, 밸브는 마스크 본체와 별개로 제조되고, 후속하여 마스크 본체를 구성하는 섬유질 매체 및/또는 투각 필라멘트 메시에 부착된다.

본 발명은 호기 밸브를 안면부 여과식 호흡기의 마스크 본체에 고정하기 위한 신규한 구성을 제공한다. 이와 같이 함에 있어서, 본 발명은, (a) 하니스(harness); (b) (i) 여과 구조물과; (ii) 지지 구조물을 포함하는 마스크 본체; 및 (c) 지지 구조물과 일체형인 밸브 시트를 포함하는 호기 밸브를 포함하는 안면부 여과식 호흡기를 제공한다.

전술한 바와 같이, 종래의 안면부 여과식 호흡기는 별개로 구성된 호기 밸브를 마스크 본체의 섬유질 및 투각 플라스틱 구조물에 직접 고정시켰다. 본 발명은 호기 밸브 시트를 지지 구조물과 동시에 제조하며, 이로써 이들 추가적인 제조 단계를 제거한다. 본 발명에서, 밸브 시트를 별개로 제조하거나 밸브 시트를 마스크 본체에 장착할 필요가 없게 된다.

종래의 안면부 여과식 호흡기를 위한 마스크 본체는 열 접합 섬유의 성형된 부직 웨브 또는 투각 필라멘트 메시로 구성되는 형상화 층을 적절하게 사용하여 마스크 본체에 대한 구조적 완전성을 제공하였기 때문에, 마스크 본체와 일체형인 호기 밸브를 제공하는 능력은 없었다. 일 실시 형태에서, 본 발명은 밸브 시트가 마스크 본체의 견고한 부품이 되도록 하는 하나 이상의 횡단 부재(cross member)를 구비하는 마스크 본체 지지 구조물을 제공한다. 밸브 시트는 하나 이상의 횡단 부재에 일체로 부착되어, 신규하고 개선된 지지 구조물을 제공할 수 있다.

용어

이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:

"양분하다"는 2개의 대체로 동일한 부분들로 분할하는 것을 의미한다.

"중심에서 이격되는"은 마스크 본체를 양분하는 선 또는 평면을 따라 서로로부터 상당하게 분리되는 것을 의미한다.

"포함하다(또는 포함하는)"는 특허 용어에서 표준인 것과 같은 그의 정의를 의미하는데, "구비하다", "갖는", 또는 "함유하는"과 대체로 동의어인 개방형 용어이다. "포함하다", "구비하다", "갖는", "함유하는" 및 이들의 변형이 통상적으로 사용되는 개방형 용어이지만, 본 발명은 또한 본 발명의 호흡기의 그의 의도된 기능을 제공하는 데 있어서의 성능에 대해 악영향을 미치는 것 또는 요소만을 배제한다는 점에서 반개방형 용어인 "본질적으로 ~로 이루어진"과 같은 더 좁은 용어를 사용하여 적합하게 설명될 수도 있다.

"청정 공기"는 오염물을 제거하기 위해 여과된 다량의 대기 중의 주위 공기를 의미한다.

"오염물"은 대체로 입자(예를 들어, 유기 증기, 박테리아 등)인 것으로 여겨지지 않을 수 있지만 호기 유동 스트림 내의 공기를 포함하는 공기 중에 현탁될 수 있는 입자(먼지, 안개 및 연무를 포함함) 및/또는 기타 물질을 의미한다.

"횡단 부재"는 마스크 본체를 (횡방향으로(좌우로) 또는 종방향으로(수직으로)) 가로질러 적어도 부분적으로 연장하는 견고한 부품을 의미한다.

"가로방향 치수(crosswise dimension)"는 호흡기를 전방으로부터 볼 때 좌우로 호흡기를 가로질러 측방향으로 연장하는 치수이다.

"호기 밸브"는 내쉰 공기가 안면 여과식 마스크의 내부 기체 공간에서 배출되게 하도록 개방되는 밸브를 의미한다.

"외부 기체 공간"은 내쉰 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통해 이를 지나 통과한 후에 진입하는 주위의 대기 기체 공간을 의미한다.

"안면부 여과식"은 마스크 본체 자체가 그를 통과하는 공기를 여과하도록 설계되어, 이러한 목적을 달성하기 위해 마스크 본체에 부착되거나 그 내에 성형되는 별도의 식별가능한 필터 카트리지 또는 삽입 성형된 필터 요소가 존재하지 않는 것을 의미한다.

"필터" 또는 "여과 층"은 공기 투과성 재료의 하나 이상의 층을 의미하며, 층(들)은 그를 통과하는 공기 스트림으로부터 오염물을 제거하는 주된 목적을 위해 구성된다.

"여과 구조물"은 주로 공기를 여과시키기 위해 설계되는 구성물을 의미한다.

"제1 측부"는, 마스크를 수직으로 양분하는 평면으로부터 측방향으로 이격되고 호흡기가 착용 중일 때 착용자의 볼 및/또는 턱의 영역 내에 존재할 마스크 본체의 영역을 의미한다.

"가요성 플랩(flexible flap)"은 호기 기체 스트림으로부터 가해지는 힘에 응답하여 구부려지거나 휘어질 수 있는 시트형(sheet-like) 물품을 의미한다.

"하니스"는 마스크 본체를 착용자의 안면 상에 지지하는 것을 보조하는 구조물 또는 부품들의 조합을 의미한다.

"이동을 저지하다"는 정상적인 사용 조건 하에 존재하는 힘에 노출될 때 상당한 이동을 허용하지 않는 것을 의미한다.

"일체형"은 동시에 함께 제조되는, 즉 후속하여 함께 결합되는 2개의 별개로 제조되는 부품들이 아니라 단일 부품으로서 함께 제조되는 것을 의미한다.

"내부 기체 공간"은 마스크 본체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미한다.

"경계선"은 절첩부, 시임, 용접선, 접합선, 봉제선, 힌지선 및/또는 이들의 임의의 조합을 의미한다.

"리빙 힌지(living hinge)"는 메커니즘으로부터 연장하는 부재가 대체로 그를 중심으로 회전 유형의 방식으로 피봇되도록 하되, 정상적인 사용 하에서 부재 또는 힌지 조인트에 손상이 초래되지 않을 정도로 쉽게 피봇되도록 하는 메커니즘을 의미한다.

"마스크 본체"는, 사람의 코와 입 위에 맞게 설계되며 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 한정하는 데 도움을 주는 공기 투과성 구조물을 의미한다.

"주연부"는 사람이 호흡기를 착용하고 있을 때 착용자의 안면에 대체로 근접하여 배치될 마스크 본체의 외부 에지를 의미한다.

"주름"은 자신 상으로 절첩되어 넣어지도록 설계되는 부분을 의미한다.

"주름진"은 자신 상으로 절첩되어 넣어진 것을 의미한다.

"중합체" 및 "플라스틱"은 각각 주로 하나 이상의 중합체를 포함하고 또한 다른 성분을 포함할 수 있는 재료를 의미한다.

"복수"는 2개 이상을 의미한다.

"호흡기"는 착용자가 호흡할 청정 공기를 제공받도록 사람에 의해 착용되는 공기 여과 장치를 의미한다.

"강직성(rigid)"은 부품이 단지 사람의 손가락으로부터의 압력에 응답하여 실질적으로 및 쉽게 즉시 변형되지 않는 것을 의미한다.

"시일 표면(seal surface)"은 밸브가 그의 폐쇄된 위치에 있을 때 가요성 플랩이 그 상에서 접촉하게 되는 표면을 의미한다.

"제2 측부"는, 마스크를 수직으로 양분하는 평면 선으로부터 이격되고(제2 측부는 제1 측부에 대향됨) 호흡기가 착용 중일 때 착용자의 볼 및/또는 턱의 영역 내에 있게 될 마스크 본체의 영역을 의미한다.

"지지 구조물"은, 정상적인 취급 하에서, 그의 원하는 형상을 유지하기에 충분한 구조적 완전성을 갖도록, 그리고 그에 의해 지지되는 여과 구조물의 의도된 형상을 유지하는 데 도움을 주도록 설계되는 구성물을 의미한다.

"이격되는"은 물리적으로 분리되거나 그 사이에 측정가능한 거리를 갖는 것을 의미한다.

"횡방향으로 연장하는"은 대체로 가로방향 치수로 연장하는 것을 의미한다.

"밸브 기부(valve base)"는, 시일 표면을 포함하고 마스크 본체에 결합되는 호기 밸브의 부분을 의미한다.

"밸브 시트(valve seat)"는 시일 표면 및 밸브 기부를 포함하는 호기 밸브의 부분을 의미한다.

<도 1>
도 1은 사람의 안면 상에 착용된, 본 발명에 따른 안면부 여과식 호흡기(10)의 전방 사시도.
<도 2a 및 도 2b>
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 지지 구조물(16)에 일체로 고정된 호기 밸브(28)의 단면도.
<도 3>
도 3은 본 발명에 따라 지지 구조물(16)과 일체형인 밸브 시트(38)를 구비한 마스크 본체(12)의 정면도.
<도 4>
도 4는 밸브 시트(38)에서 지지 구조물(16)에 일체로 결합된 호기 밸브(28)를 구비한 마스크 본체(12)의 정면도.
<도 5>
도 5는 본 발명의 마스크 본체(12)에 사용될 수 있는 여과 구조물(18)을 통과하는 도 2b의 선 5-5를 따라 취한 단면도.
<도 6>
도 6은 본 발명의 마스크 본체에 사용될 수 있는 여과 구조물(18)의 사시도.
<도 7>
도 7은 여과 구조물(18)을 형성하는 데 사용될 수 있는 블랭크(blank)의 평면도.

본 발명을 실시함에 있어서, 마스크 본체의 지지 구조물과 일체형인 호기 밸브를 구비한 안면부 여과식 호흡기가 제공된다. 열 접합 섬유 또는 투각 플라스틱 메시를 포함하는 형상화 층에 밸브 시트를 장착하기보다는, 본 발명은 밸브 시트를 지지 구조물 자체에 일체로 결합시킨다. 밸브 시트가 지지 구조물에 일체로 결합될 때, 밸브 시트를 별개로 제조하거나 밸브 시트를 마스크 본체에 기계적으로 고정할 필요가 없게 된다.

도 1은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 형상화된 안면부 여과식 호흡기(10)의 일례를 도시한다. 도시된 바와 같이, 안면부 여과식 호흡기(10)는 마스크 본체(12) 및 하니스(14)를 포함한다. 마스크 본체(12)는 지지 구조물(16) 및 여과 구조물(18)을 구비한다. 지지 구조물(16)은 주연부(20), 제1 측부(22), 및 대향하는 제2 측부(24)를 포함한다. 지지 구조물(16)의 주연부(20)는, 반드시 그러할 필요는 없지만, 호흡기(10)가 착용 중일 때 착용자의 안면과 접촉할 수 있다. 주연부(20)는 마스크 본체(12)의 주변부 둘레로 그리고 그에 인접하게 연속적으로 360°로 연장하는 부재 또는 부재들의 조합을 포함할 수 있다. 전형적으로, 착용자의 안면은 편안한 맞춤이 달성되도록 단지 여과 구조물(18)의 내부 표면 또는 주변부 - 또는 추가의 안면 시일(face seal) 재료 - 와만 접촉할 것이다. 따라서, 여과 구조물(18)의 주변부 에지는 지지 구조물 주연부(20)를 약간 넘어 반경방향으로 연장할 수 있다. 마스크 본체(12)는 또한 마스크 본체(12)를 가로질러 횡방향으로 연장하는 횡단 부재(25, 27)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 이들 횡방향으로 연장하는 횡단 부재(25, 27)는 호흡기의 제1 측부(22)로부터 제2 측부(24)로 연장한다. 그러나, 본 발명은, 횡단 부재가 마스크 본체(12)를 가로질러 완전하게 연장할 필요가 없고 단지 마스크 본체를 가로질러 부분적으로만 연장하는 실시 형태를 고려한다. 제1 측부(22)로부터 제2 측부(24)로 연장하는 횡단 부재의 사용은 매우 양호한 구조적 안정성을 갖는 지지 구조물(16)을 제공할 수 있으며, 그에 따라 본 발명과 관련하여 바람직할 수 있지만, 호기 밸브(28)가 그 상으로 일체로 고정될 수 있는 구조물을 제공하는 데 필수적인 것은 아닐 수 있다. 횡단 부재는 또한, 예를 들어 마스크 본체(12)를 종방향으로 가로질러 부분적으로 또는 완전하게 연장할 수 있다. 밸브(28) 또는 그의 부분들을 지지 구조물(16)과 동시에 또는 "일체형으로" 쉽게 형성하기 위해, 지지 구조물(16)은, 마스크 본체의 형상을 한정하는 것을 돕고 동시에 밸브(28) 및 여과 구조물(18)을 지지하는 복수의 횡단 부재를 포함할 수 있다.

지지 구조물(16)은 또한 종방향으로 이동가능한, 횡방향으로 연장하는 부재(30)를 포함할 수 있다. 이러한 종방향으로 이동가능한, 횡방향으로 연장하는 부재(30)는, 바람직하게는 횡방향으로 연장하는 부재(30)의 종방향으로의 이동을 저지할 수 있는 임의의 종방향으로 연장하는 부재(들)에 의해 측부(22, 24)들 사이에서 함께 결합되지 않고서, 마스크 본체(12)의 제1 측부(22)로부터 제2 측부(24)로 연장할 수 있다. 즉, 착용자가 그의 턱을 벌리거나 그의 입을 열 때 부재(30)가 부재(27)로부터 멀어지게 이동하는 것을 제한하도록 부재(30)를 부재(27)에 결합시키는 구조적 부재는 없는 것이 바람직하다. 호흡기를 전방으로부터 평면 상에 투영된 것과 같이 볼 때, 횡방향은 일반적인 "x" 방향으로 호흡기를 가로질러 연장하는 방향이고, 종방향은 일반적인 "y" 방향으로 호흡기(10)의 하부와 상부 사이에서 연장하는 치수이다. 그러한 평면 투영을 통해 볼 때, 횡방향으로 연장하는 부재(30)는 일반적인 "y" 방향으로 부재(27)를 향해 그리고 그로부터 멀어지게 이동할 수 있다. 종방향으로 이동가능한 부재(30)의 사용은 마스크 본체(12)가 착용자의 턱 움직임 및 다양한 크기의 안면을 보다 양호하게 수용하도록 확장되게 할 수 있다 - 2007년 9월 20일자로 출원된, 발명의 명칭이 확장가능한 마스크 본체를 구비한 안면부 여과식 호흡기(Filtering Face-Piece Respirator That Has Expandable Mask Body)인 미국 특허 출원 제60/974,025호(대리인 관리 번호 63165US002) 참조.

호흡기(10)는 제1 및 제2 스트랩(32a, 32b)을 포함할 수 있는 하니스(14)에 의해 착용자의 안면 상에서 지지된다. 이들 스트랩(32a, 32b)은 하나 이상의 버클(34)에 의해 길이가 조절될 수 있다. 버클(34)은 스테이플 고정(stapling), 접착제 접합, 용접 등을 포함하는 다양한 방법을 사용하여 제1 및 제2 측부(22, 24)에서 하니스 고정 플랜지 부재(36a, 36b)에서 마스크 본체(12)에 고정될 수 있다. 버클(34)은 또한 지지 구조물(16) 내로 일체로 성형될 수 있다; 2007년 9월 20일자로 출원된, 발명의 명칭이 마스크 본체와 일체형인 버클을 구비한 안면부 여과식 호흡기(Filtering Face-Piece Respirator Having Buckles Integral To The Mask Body)인 미국 특허 출원 제60/974,031호(대리인 관리 번호 63355US002) 참조. 하니스 플랜지(36a, 36b)의 두께는 전형적으로 약 2 내지 3 ㎜일 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 밸브 시트(38)에서 지지 구조물(16)에 고정된 호기 밸브(28)를 단면으로 도시한다. 밸브 시트(38)는 횡단 부재(25, 27)에서 지지 구조물(16)에 일체로 결합된 밸브 기부(40)를 포함한다. 호기 밸브(28)는 또한 밸브 커버(42)를 구비하며, 이 밸브 커버는 내쉰 공기가 밸브 커버 개구(들)(44)에서 밸브(28)로부터 배출되기 전에 통과하는 공기 챔버(43)를 한정하도록 밸브 시트(38) 위에 있게 된다. 호기 밸브(28)는 또한 호기 중에 호흡기 착용자에 의해 발생되는 호기 압력에 응답하여 시일 표면(48)으로부터 들어올려지는 가요성 플랩(flexible flap)(46)을 구비한다. 측면으로부터 볼 때, 도 2a에서 밸브 시트는 곡선형 시일 표면(48)을 갖는 반면, 도 2b에서 시일 표면은 대체로 평면형이다. 플랩은 공지된 가요성 재료로부터 제조될 수 있으며(예컨대, 야푼티히 등의 미국 특허 제6,854,463호 및 마틴 등의 미국 특허 제7,028,689호 참조), 다양한 시트형(sheet-like) 형상을 취할 수 있다(예컨대, 미텔슈타트(Mittelstadt) 등의 미국 특허 제6,883,518호 참조).

도 3은 밸브 시트(38)가 더 잘 보이도록 밸브 커버(42, 도 2a 및 도 2b)와 가요성 플랩(46, 도 2a 및 도 2b)이 제거된 마스크 본체(12)의 정면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 밸브 시트(38)는 시일 표면(48) 및 개방부(50)를 포함한다. 시일 표면(48) 및 개방부(50)가 모두 원형인 것으로 도시되어 있지만, 이들은 독립적으로 직사각형, 타원형 등을 포함하는 다양한 다른 형상을 취할 수 있다. 개방부(50)는 내쉰 공기가 내부 기체 공간으로부터 밸브를 통과하여 궁극적으로 외부 기체 공간으로 진입하도록 한다. 도 3에 도시된 바와 같이 전방으로부터 볼 때, 시일 표면(48)은 개방부(50)를 둘러싼다. 하나 이상의 오리피스 분할기(orifice divider)(52)가 개방부(50) 내에 채용되어, 전체 개방부(50) 내에 복수의 개구(54)를 제공할 수 있다. 하나 이상의 밸브 포스트(valve post)(56) 또는 다른 수단이 밸브 시트(38) 내에 제공되어, 가요성 플랩(46, 도 2a 및 도 2b)이 밸브 시트(38)에 고정될 때 적절히 정렬되도록 할 수 있다.

본 발명에 따라 지지 구조물에 일체로 부착되는 호기 밸브는 마틴 등의 미국 특허 제7,188,622호, 제7,028,689호, 및 제7,013,895호, 야푼티히 등의 제7,117,868호, 제6,854,463호, 제6,843,248호, 및 제5,325,892호, 미텔슈타트 등의 제6,883,518호, 및 보워스의 재발행 특허 제37,974호에 기술된 단방향 밸브와 유사한 구성을 가질 수 있다. 밸브 커버는 또한 힌지식 연결 방식으로 밸브 시트와 일체형으로 성형될 수 있어서, 밸브 커버는 마찰식 및/또는 기계식 또는 접착식 체결구에 의해 밸브 시트에 완전하게 고정되도록 하기 위해 밸브 시트와의 맞물림 상태로 단지 회전하기만 하면 된다 - 미국 특허 제6,047,698호 참조. 밸브 커버 설계의 예가 야푼티히 등의 미국 의장 특허 제347,298호 및 브라이언트(Bryant) 등의 제347,299호에 도시되어 있다. 적합한 압력 강하를 제공하고 지지 구조물에 일체로 고정될 수 있는 본질적으로 임의의 호기 밸브가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.

밸브 기부는 전형적으로, 전방으로부터 볼 때 약 25 제곱센티미터(㎠) 미만의 (그의 외부 치수로부터 측정된) 면적을 에워싸도록 크기 설정된다. 더 전형적으로는, 기부는 전형적으로 약 16 ㎠ 미만의 면적을 에워싸도록 크기 설정된다. 플래퍼(flapper) 또는 외팔보형(cantilevered-style) 밸브가 사용될 때(예컨대, 야푼티히 등의 미국 특허 제5,509,436호 및 매기드슨 등의 제6,047,698호 참조), 밸브 기부는 가로방향 치수보다 종방향 치수가 더 길 수 있다. 전형적으로, 기부를 포함하는 부재는 1 ㎝ 미만의 두께이다. 기부 부재(들)의 두께는 전형적으로 2 ㎜ 초과 및 5 ㎜ 미만이다. 더 전형적으로는, 기부 부재(들)의 두께는 약 2 내지 4 ㎜이다. 밸브 기부는 전형적으로 약 2 내지 10 ㎠, 더 전형적으로는 약 3 내지 7 ㎠의 면적을 차지한다. 기부는 바람직하게는 마스크 본체 내의 개구 둘레로 연속적으로 360°로 연장한다. 마스크 본체 개구 및 그에 따른 밸브 시트는 바람직하게는 호흡기가 착용 중일 때 착용자의 입이 있게 될 위치 바로 전방에 위치된다. 지지 구조물의 횡단 부재의 두께는 약 0.25 내지 5 ㎜, 더 전형적으로는 약 1 내지 3 ㎜일 수 있다. 하니스 플랜지(36a, 36b)의 두께는 전형적으로 약 2 내지 3 ㎜일 수 있다.

밸브 시트 및/또는 지지 구조물은 사출 성형과 같은 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 공지된 플라스틱, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 및 폴리메틸(펜텐)을 포함하는 올레핀; 소성중합체(plastomer); 열가소성재; 열가소성 탄성중합체; 및 이들의 블렌드가 프레임 및/또는 지지 구조물을 제조하는 데 사용될 수 있다. 첨가제, 예컨대 안료, UV 안정제, 상호점착 방지제(anti-block agent), 핵화제, 살진균제, 및 살균제가 또한 프레임 및/또는 지지 구조물을 형성하는 조성물에 첨가될 수 있다. 플라스틱은 전형적으로 약 75 내지 300 메가파스칼(MPa), 더 전형적으로는 약 100 내지 250 MPa, 및 더욱 전형적으로는 약 175 내지 225 MPa의 휨 강성(stiffness in flexure)을 나타낸다. 처분/비용/가요성 이유로 인해 플라스틱이 바람직할 수 있지만, 밸브 시트 및/또는 지지 구조물을 구성하는 데 플라스틱 대신에 금속 또는 세라믹 재료가 또한 사용될 수 있다.

밸브 시트 및/또는 지지 구조물을 위해 사용되는 플라스틱은 지지 구조물이 특히 임의의 힌지 지점에서 여러 번(즉, 100회 초과) 변형되고 그의 원래 위치로 복원될 수 있도록 탄력성, 형상 기억력, 및 휨 피로에 대한 저항성을 나타내도록 선택될 수 있다. 선택된 플라스틱은 지지 구조물이 필터 구조물보다 더 긴 사용 수명을 나타내도록 부정(indefinite) 횟수의 변형을 견딜 수 있어야 한다. 지지 구조물은 여과 구조물에 일체형이지(또는 그와 함께 제조되지) 않은 부품 또는 조립체이며, 여과 구조물에 사용되는 섬유보다 더 크도록 크기 설정된 부재를 포함한다. 지지 구조물 부재는 단면으로 볼 때 직사각형, 원형, 삼각형, 타원형, 사다리꼴 등일 수 있다. 밸브 시트는 바람직하게는 시일 표면이 그의 원하는 형상을 유지하도록 구조 면에서 강직성이다. 밸브 시트가 구조 면에서 강직성인 것이 바람직하지만, 밸브 시트가 그 상으로 결합되는 횡단 부재는 마스크 본체가 착용자의 안면에 순응할 수 있도록 그리고 마스크 본체가 예컨대 사용 중에 다른 물체와의 충돌로 인해 변형될 때 그의 원하는 형상으로 복원되도록 하기에 충분하게 가요성일 수 있다.

도 4는 밸브 커버(42)가 밸브 시트(38) 위에 배치될 수 있다는 것을 도시한다. 밸브 커버(42)는 하나의 에지를 따라 힌지식 연결 방식으로 밸브 시트에 일체로 결합될 수 있으며, 또는 접착, 용접, 기계적 결합, 또는 고정과 같은 수단들의 조합에 의해 밸브 시트에 접착, 용접, 기계적 결합, 또는 고정될 수 있다. 따라서, 밸브 커버 및 밸브 시트는 단일 부품으로서 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 밸브 커버의 예는 미국 의장 특허 제347,298호 및 제347,299호에 도시되어 있다. 밸브 커버는 가요성 플랩을 밸브 시트(38)에 기계적으로 고정하는 하나 이상의 표면을 포함할 수 있다. 밸브 커버는 밸브 시트와 유사하거나 상이한 재료로부터 제조될 수 있지만, 전형적으로는 동일한 강직성 플라스틱으로부터 제조될 것이다.

도 5는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 여과 구조물(18)의 일례의 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 여과 구조물(18)은 하나 이상의 커버 웨브(70a, 70b) 및 여과 층(72)을 포함할 수 있다. 커버 웨브(70a, 70b)는 여과 층으로부터 풀려 나올 수 있는 임의의 섬유를 포획하기 위해 여과 층(72)의 대향하는 면들 상에 위치될 수 있다. 전형적으로, 커버 웨브(70a, 70b)는 특히 착용자의 안면과 접촉하는 여과 구조물(18)의 면 상에 편안한 감촉을 제공하는 섬유를 선택하여 제조된다. 본 발명의 지지 구조물과 함께 사용될 수 있는 다양한 필터 층 및 커버 웨브의 구성은 이하에서 더 상세히 기술된다.

도 6은 본 발명의 호흡기에 사용될 수 있는 여과 구조물(18)의 일례의 사시도를 도시한다. 여과 구조물(18)은 횡방향으로 연장하는 제1 및 제2 경계선(74a, 74b)을 포함할 수 있다. 이들 경계선(74a, 74b)은 여과 구조물(18)의 중심 부분에서 서로로부터 상당히 이격될 수 있지만, 측부(76, 78)의 방향으로 측방향으로 이동하면서 서로를 향해 수렴할 수 있다. 경계선(74a, 74b)은 절첩부, 용접선, 봉제선, 접합선, 힌지선, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제1 및 제2 경계선(74a, 74b)은 지지 구조물 상의 소정의 횡단 부재의 위치에 대응한다. 제1 및 제2 경계선(74a, 74b)이 그들 사이에 형성될 수 있는 주름(80)을 한정할 때, 제1 및 제2 경계선(74a, 74b)은 바람직하게는 횡방향으로 연장하는 부재(27, 30)에 각각 고정되어, 여과 구조물이 그들 사이에 위치된 주름(80)에 대해 아코디언과 유사한(accordion-like) 방식으로 개폐되도록 한다. 여과 구조물(18)은 또한, 다른 경우에 제조 공정 중에 코 영역에 축적될 과잉의 재료를 제거하기 위해 여과 구조물의 코 영역에 제공될 수 있는, 대체로 수직한 경계선(82)을 포함한다. 여과 구조물(18)이 단지 단일의 주름(80)을 갖는 것으로 도시되었지만, 여과 구조물(18)은 가로방향 치수에서 2개 이상의 그러한 주름을 포함할 수 있다. 그러한 상황 하에서, 이동가능한 횡방향으로 연장하는 부재들이 만나는 위치에 다수의 리빙 힌지를 구비한 지지 구조물을 제공하는 것이 바람직하다. 맞춤 및 착용자 편안함을 개선하기 위해, 탄성중합체 안면 시일이 여과 구조물(18)의 주연부(86)에 고정될 수 있다. 그러한 안면 시일은 호흡기가 착용 중일 때 착용자의 안면과 접촉하도록 반경방향 내향으로 연장할 수 있다. 안면 시일은 열가소성 탄성중합체로부터 제조될 수 있다. 안면 시일의 예는 보스톡 등의 미국 특허 제6,568,392호, 스프링겟(Springett) 등의 제5,617,849호, 매리야넥(Maryyanek) 등의 제4,600,002호, 및 야드(Yard)의 캐나다 특허 제1,296,487호에 기술되어 있다.

여과 구조물은 다양한 상이한 형상 및 구성을 취할 수 있다. 여과 구조물은 전형적으로 지지 구조물에 맞대어져 또는 그 내에서 적절하게 맞춰지도록 구성된다. 일반적으로, 여과 구조물의 형상 및 구성은 지지 구조물의 전체적인 형상에 대응한다. 여과 구조물은 지지 구조물로부터 반경방향 내향으로 배치될 수 있거나, 지지 구조물로부터 반경방향 외향으로 배치될 수 있거나, 지지 구조물을 구성하는 다양한 부재들 사이에 배치될 수 있다. 여과 구조물이 여과 층 및 2개의 커버 웨브를 포함하는 다수의 층을 구비한 것으로 도시되었지만, 여과 구조물은 단순히 하나의 여과 층 또는 여과 층들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전처리-필터(pre-filter)가 더 미세한 및 선택적인 하류 여과 층의 상류에 배치될 수 있다. 또한, 활성탄과 같은 흡착(sorptive) 재료가 여과 구조물을 구성하는 다양한 층들 및/또는 섬유들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 미립자 및 증기 둘 모두에 대한 여과를 제공하기 위해 별개의 미립자 여과 층이 흡착 층과 함께 사용될 수 있다. 여과 구조물은 그러한 컵 형상의 구성이 유지되도록 하는 하나 이상의 강화 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 여과 구조물은 컵 형상의 구성을 유지하는 데 도움을 주기 위해 그의 구조적 완전성에 기여하는 하나 이상의 수평 및/또는 수직 경계선을 가질 수 있다.

본 발명의 마스크 본체에 사용되는 여과 구조물은 입자 포획 또는 기체 및 증기 유형 필터일 수 있다. 여과 구조물은 또한, 예를 들어 액상 에어로졸 또는 액상 파편(splash)이 필터 층을 통과하는 것을 방지하기 위해, 필터 층의 일 면으로부터 다른 면으로의 액체의 전달을 방지하는 장벽 층일 수 있다. 유사하거나 유사하지 않은 필터 매체의 다수의 층이 응용에서 요구되는 바와 같은 본 발명의 여과 구조물을 구성하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 층상 마스크 본체에 유리하게 채용될 수 있는 필터는 마스크 착용자의 호흡 작업을 최소화하기 위해 압력 강하가 대체로 낮다(예를 들어, 초당 13.8 센티미터의 면속도에서 약 195 내지 295 파스칼 미만). 추가적으로, 여과 층은 가요성이고, 이들 여과 층이 예상되는 사용 조건 하에서 그 구조를 대체적으로 유지하기에 충분한 전단 강도를 갖는다. 입자 포획 필터의 예는 미세 무기 섬유(예를 들어, 섬유유리) 또는 중합체 합성 섬유의 하나 이상의 웨브를 포함한다. 합성 섬유 웨브는 멜트블로잉(meltblowing)과 같은 공정으로부터 제조되는 일렉트릿 대전된 중합체 마이크로섬유(electret charged polymeric microfiber)를 포함할 수 있다. 전기 대전된 폴리프로필렌으로부터 형성된 폴리올레핀 마이크로섬유는 미립자 포획 응용에 대한 특정한 유용성을 제공한다. 대안적인 필터 층은 호흡 공기로부터 유해하거나 냄새나는 기체를 제거하기 위한 흡착제 성분을 포함할 수 있다. 흡착제는 접착제, 결합제, 또는 섬유질 구조물에 의해 필터 층에 구속되어 있는 분말 또는 과립을 포함할 수 있다 - 브라운의 미국 특허 제3,971,373호 참조. 흡착제 층은 얇은 밀착 층을 형성하기 위해, 섬유질 또는 망상 폼(reticulated foam)과 같은 기재를 코팅함으로써 형성될 수 있다. 흡착제 재료는 화학적으로 처리되거나 처리되지 않은 활성탄, 다공성 알루미나-실리카 촉매 기재, 및 알루미나 입자를 포함할 수 있다. 다양한 구성으로 맞추어질 수 있는 흡착 여과 구조물의 일례는 센쿠스(Senkus) 등의 미국 특허 제6,391,429호에 기술되어 있다.

여과 층은 전형적으로 요구되는 여과 효과를 달성하도록 선택되며, 일반적으로 여과 층을 통과하는 기체 스트림으로부터 입자 및/또는 다른 오염물을 높은 비율로 제거한다. 섬유질 필터 층의 경우, 선택되는 섬유는 여과될 물질의 종류에 따르며, 전형적으로 이들 섬유가 성형 작업 중에 함께 접합되지 않도록 선택된다. 지시된 바와 같이, 여과 층은 다양한 형상 및 형태로 형성될 수 있고, 전형적으로 약 0.2 밀리미터(㎜) 내지 1 센티미터(㎝), 더 전형적으로는 약 0.3 ㎜ 내지 0.5 ㎝의 두께를 가지며, 대체로 평면형 웨브일 수 있거나, 확장된 표면적을 제공하도록 물결 모양으로 주름질 수 있다 - 예를 들어, 브라운 등의 미국 특허 제5,804,295호 및 제5,656,368호 참조. 여과 층은 또한 접착제 또는 임의의 다른 수단에 의해 함께 결합되는 다수의 여과 층을 포함할 수 있다. 여과 층을 형성하기 위해 공지된(또는 이후 개발될) 임의의 적합한 재료가 본질적으로 여과 재료에 대해 사용될 수 있다. 문헌[Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., 1342 et seq.(1956)]에 교시된 것과 같은 멜트-블로운 섬유의 웨브가 특히 지속적으로 전기 대전된(일렉트릿) 형태일 때 특히 유용하다(예를 들어, 큐빅(Kubik) 등의 미국 특허 제4,215,682호 참조). 이들 멜트-블로운 섬유는 약 20 마이크로미터(㎛) 미만, 전형적으로 약 1 내지 12 ㎛의 유효 섬유 직경을 갖는 마이크로섬유일 수 있다("블로운 마이크로섬유"를 BMF로 지칭함). 유효 섬유 직경은 문헌[Davies, C.N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 따라 결정될 수 있다. 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 조합으로부터 형성된 섬유를 함유하는 BMF 웨브가 특히 바람직하다. 특히 마이크로필름 형태의 로진-울 섬유질 웨브 및 유리 섬유의 웨브 또는 용액-블로운이나 정전기로 분무된 섬유뿐만 아니라, 반 턴하우트(van Turnhout)의 미국 재발행 특허 제31,285호에 교시된 바와 같은 전기 대전된 미소섬유형 필름(fibrillated-film) 섬유가 또한 적합할 수 있다. 아이츠만(Eitzman) 등의 미국 특허 제6,824,718호, 앙가드지반트 등의 제6,783,574호, 인슬리(Insley) 등의 제6,743,464호, 아이츠만 등의 제6,454,986호 및 제6,406,657호, 및 앙가드지반트 등의 제6,375,886호 및 제5,496,507호에 개시된 것과 같이 섬유를 물과 접촉시킴으로써 전하가 섬유에 부가될 수 있다. 전하는 또한 클라쎄(Klasse) 등의 미국 특허 제4,588,537호에 개시된 바와 같은 코로나 대전 또는 브라운의 미국 특허 제4,798,850호에 개시된 바와 같은 트라이보대전(tribocharging)에 의해 섬유에 부가될 수 있다. 또한, 하이드로-대전(hydro-charging) 공정을 통해 제조되는 웨브의 여과 성능을 향상시키기 위해 첨가제가 섬유에 포함될 수 있다(루쏘(Rousseau) 등의 미국 특허 제5,908,598호 참조). 특히, 불소 원자는 유성 안개(oily mist) 환경에서의 여과 성능을 개선하기 위해 필터 층 내에서 섬유의 표면에 배치될 수 있다 - 존스(Jones) 등의 미국 특허 제6,398,847 B1호, 제6,397,458 B1호 및 제6,409,806 B1호 참조. 일렉트릿 BMF 여과 층에 대한 전형적인 평량(basis weight)은 제곱미터당 약 10 내지 100 그램이다. 예를 들어, '507 특허에 설명된 기술에 따라 전기 대전될 때, 그리고 존스 등의 특허에 언급된 것과 같이 불소 원자를 포함할 때, 평량은 각각 약 20 내지 40 g/㎡ 및 약 10 내지 30 g/㎡일 수 있다.

내부 커버 웨브는 착용자의 안면과 접촉하기 위한 매끄러운 표면을 제공하도록 사용될 수 있으며, 외부 커버 웨브는 마스크 본체 내의 풀린 섬유를 포집하기 위해 또는 미적 이유로 사용될 수 있다. 커버 웨브는, 여과 층의 외부(또는 상류)에 배치될 때 전처리-필터로서 작용할 수 있지만, 전형적으로는 여과 구조물에 임의의 실질적인 여과 이득을 제공하지 않는다. 적합한 정도의 편안함을 얻기 위해, 내부 커버 웨브는 바람직하게는 상당히 낮은 평량을 가지며, 상당히 미세한 섬유로부터 형성된다. 더 구체적으로, 커버 웨브는 약 5 내지 50 g/㎡(전형적으로 10 내지 30 g/㎡)의 평량을 갖도록 형성될 수 있으며, 섬유는 3.5 데니어 미만(전형적으로 2 데니어 미만, 그리고 더 전형적으로는 1 데니어 미만이지만 0.1을 초과함)이다. 커버 웨브에 사용되는 섬유는 흔히 약 5 내지 24 마이크로미터, 전형적으로 약 7 내지 18 마이크로미터, 더 전형적으로는 약 8 내지 12 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는다. 커버 웨브 재료는 일정 정도의 탄성도(반드시 그렇지는 않지만, 전형적으로, 100 내지 200%의 파단 탄성도)를 가질 수 있고, 소성적으로 변형될 수도 있다.

커버 웨브용으로 적합한 재료는 블로운 마이크로섬유(BMF) 재료, 특히 폴리올레핀 BMF 재료, 예를 들어 폴리프로필렌 BMF 재료(폴리프로필렌 블렌드 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 블렌드 또한 포함)이다. 커버 웨브용 BMF 재료를 제조하기에 적합한 공정이 사비(Sabee) 등의 미국 특허 제4,013,816호에 기술되어 있다. 웨브는 매끄러운 표면, 전형적으로 매끄러운 표면의 드럼 상에 섬유를 수집함으로써 형성될 수 있다. 스펀-본드 섬유가 또한 사용될 수 있다.

전형적인 커버 웨브는 폴리프로필렌 또는 50 중량% 이상의 폴리프로필렌을 함유하는 폴리프로필렌/폴리올레핀 블렌드로부터 제조될 수 있다. 이들 재료는 착용자에게 고도의 부드러움과 편안함을 제공하고 또한 필터 재료가 폴리프로필렌 BMF 재료일 때 층들 사이에 접착제를 필요로 하지 않고서 필터 재료에 고정되어 유지되는 것으로 밝혀졌다. 커버 웨브에 사용하기에 적합한 폴리올레핀 재료는, 예를 들어 단일 폴리프로필렌, 2개의 폴리프로필렌의 블렌드, 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 블렌드, 폴리프로필렌과 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 블렌드, 및/또는 폴리프로필렌과 폴리부틸렌의 블렌드를 포함할 수 있다. 커버 웨브용 섬유의 일례는 약 25 g/㎡의 평량을 제공하고 0.2 내지 3.1 범위의 섬유 데니어(100개의 섬유에 대한 평균이 약 0.8로 측정됨)를 갖는, 엑손 코포레이션(Exxon Corporation)으로부터의 폴리프로필렌 수지 "에스코린(Escorene) 3505G"로부터 제조되는 폴리프로필렌 BMF이다. 다른 적합한 섬유는 약 25 g/㎡의 평량을 제공하고 약 0.8의 평균 섬유 데니어를 갖는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 BMF(역시 엑손 코포레이션으로부터의 85%의 수지 "에스코린 3505G" 및 15%의 에틸렌/알파-올레핀 공중합체 "이그젝트(Exact) 4023"을 포함하는 혼합물로 제조됨)이다. 적합한 스펀본드 재료가 독일 파이네 소재의 코로빈 게엠베하(Corovin GmbH)로부터 "코로소프트 플러스(Corosoft Plus) 20", "코로소프트 클래식(Corosoft Classic) 20" 및 "코로빈(Corovin) PP-S-14"라는 상표명으로 입수가능하며, 카디드 폴리프로필렌/비스코스 재료가 핀란드 나킬라 소재의 제이.더블유. 수오미넨 오와이(J.W. Suominen OY)로부터 "370/15"라는 상표명으로 입수가능하다.

본 발명에 사용되는 커버 웨브는 바람직하게는 처리 후에 웨브 표면으로부터 돌출하는 아주 적은 수의 섬유를 가지며, 따라서 매끄러운 외부 표면을 갖는다. 본 발명에 사용될 수 있는 커버 웨브의 예는, 예를 들어 앙가드지반트의 미국 특허 제6,041,782호, 보스톡 등의 미국 특허 제6,123,077호, 및 보스톡 등의 국제 출원 공개 WO 96/28216A호에 개시되어 있다.

실시예

시험 방법

1. 휨 강성 시험(Stiffness in Flexure Test, SFT)

지지 구조물을 제조하는 데 사용되는 재료의 휨 강성을 ASTM D 5342-97 섹션 12.1 내지 12.7에 따라 측정하였다. 이렇게 함에 있어서, 6개의 시험 시편을 블랭크 필름으로부터 약 25.4 ㎜ 폭 및 약 70 ㎜ 길이의 직사각형 단편으로 절단하였다. 시편을 후술되는 바와 같이 제조하였다. 시험 시편을 측정하기 위해 테이버(Taber) V-5 강성 시험기 모델 150-E(미국 14120 뉴욕주 노스 토너완다 브라이언트 스트리트 455 소재의 테이버 코포레이션(Taber Corporation))를 10 - 100 테이버 강성 유닛 구성으로 사용하였다. 시험 종료시 장비 디스플레이로부터 테이버 강성 판독치를 기록하였고, 다음의 식을 사용하여 휨 강성을 계산하였다.

테이버 강성 = ASTM D5342-97 섹션 12.1 내지 12.7에 따라 측정된 굽힘에 대한 기록된 재료 저항성.

폭 = ㎝ 단위의 시험 필름 시편의 폭으로서, 2.54 ㎝였음.

두께 = 재료의 길이를 따라 5개의 등간격으로 이격된 위치에서 표준 디지털 캘리퍼를 사용하여 측정된 ㎝ 단위의 시험 시편의 평균 두께.

휨 강성을 제공하기 위해 6개의 샘플로부터의 휨 강성을 평균하였다.

샘플 제조

1. 휨 강성 시험 시편

호흡기 지지 구조물을 제조하기 위해 함께 블렌딩될 수 있는 동일한 배합된 중합체 성분들로부터 휨 강성 시험을 위한 시험 시편을 제조할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물의 중합체 조성의 일례에 대해서는 표 2를 참조한다. 40 그램의 배합물을 사용하여 반경이 114 ㎜이고 두께가 0.51 내지 0.64 ㎜인 원형 필름을 제조하였다. 최초 40 그램의 배합된 재료를 2축 롤러 블레이드 타입 식스 브라벤더(twin screw roller blade Type Six BRABENDER) 혼합기(미국 07606 뉴저지주 사우스 하켄색 사서함 2127 이스트 웨슬리 스트리트 50 소재의 씨.더블유. 브라벤더 인스트루먼츠 인크.(C.W. Brabender instruments Inc.)) 내로 부었다. 혼합기를 75의 분당 회전수(revolution per minute, RPM)로, 그리고 185℃의 온도에서 작동시켰다. 약 10분 동안 용융된 배합물을 블렌딩한 후에, 혼합물을 44.5 킬로뉴턴(KN)의 힘으로 가압하여, 직경이 114 ㎜인 0.51 내지 0.64 ㎜ 두께의 편평 원형 필름을 제조하였다. 압축은 149℃로 설정된 열판을 사용하여 수행하였다. 열판은 미국 46992 인디애나주 와바시 사서함 298 모리스 스트리트 1569 소재의 와바시 이큅먼츠(WABASH Equipments)로부터의 제네시스(Genesis) 30 톤 압축 성형 프레스였다. 휨 강성을 시험하기 전에, 필름을 25.4 ㎜ 폭 및 70 ㎜ 길이의 필요로 하는 시험 시편 크기로 절단하였다.

2. 호흡기 지지 구조물 제조

호흡기 지지 구조물의 샘플을 표준 사출 성형 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 지지 구조물의 기하학적 형상과 대체로 일치하는 단일 캐비티의 수형 및 암형 주형을 공구 제조업체에서 제조할 수 있다. 이완된 상태에서 또는 지지 구조물이 여전히 주형 상에 있는 동안, 지지 구조물은 상부로부터 하부로 115 ㎜ 및 좌우로 120 ㎜로 측정될 수 있다. 이러한 측정은 호흡기가 비응력 상태에 있는 동안, 각각 주연부 상의 최고 지점과 최저 지점 사이 및 2개의 리빙 힌지 지점들 사이의 직선을 따라 이루어질 수 있다. 지지 구조물을 구성하는 부재들의 목표 두께는 약 2.5 밀리미터이다. 지지 구조물이 더욱 쉽게 주형으로부터 제거되도록 하기 위해, 횡방향으로 연장하는 부재에 사다리꼴 단면이 제공될 수 있다. 횡방향으로 연장하는 부재의 단면적은 약 7.5 내지 12 ㎟ 범위일 수 있다. 밸브 시트는 지지 구조물과 밸브 시트를 동시에 제조하는 주형의 사용을 통해 중심에 위치된 횡단 부재에서 지지 구조물에 일체로 결합될 수 있다.

사출 성형 공정 중에 110 톤 도시바(Toshiba) VIS-6 성형 프레스를 사용하여 표 1에 제시된 조건 및 설정점 하에서 지지 구조물을 제조할 수 있다.

특정 중량 백분율로 아래의 표 2에 열거된 중합체의 배합물을 지지 구조물의 원하는 물리적 특성을 얻기 위해 혼합할 수 있다.

3. 호흡기 여과 구조물 제조

254 ㎜ 폭을 가지며, 백색 부직 섬유질 스펀본드 재료의 하나의 50 gsm(gram per square meter) 외부 층과 동일 폭을 갖는 백색 부직 섬유질 스펀본드 재료의 하나의 22 gsm 내부 층 사이에 라미네이팅된, 부직 섬유질 일렉트릿 필터 재료의 2개의 층으로부터 호흡기 여과 구조물을 형성하였다. 부직 섬유질 스펀본드 재료의 2개의 층은 폴리프로필렌으로 제조하였다. 일렉트릿 필터 재료는 쓰리엠(3M) 8511 N95 호흡기에 사용되는 표준 필터 재료였다. 여과 구조물을 가로질러 횡방향으로 연장하는 3차원(3D) 주름을 갖는 컵 형성물로 형성시키기 전에, 라미네이팅된 웨브 블랭크를 정사각형을 형성하도록 254 ㎜ 길이의 단편으로 절단하였다.

점선이 절첩선을 나타내고 실선이 용접부(또는 도 7의 경계선(74a, 74b))를 나타내는 도 7에 도시된 바와 같이, 동일한 곡률 반경(258.5 ㎜ 반경)의 2개의 곡선(74a, 74b)을 초음파 용접함으로써 복합 3D 주름(80, 도 6)을 형성하였다. 각각의 곡선 상의 최고 지점들 사이의 거리는 40 ㎜였고, 곡선의 2개의 단부는 약 202 ㎜만큼 떨어진 좌측 및 우측 단부 지점에서 만났다. 라미네이팅된 필터 매체를 라미네이팅된 웨브의 하나의 에지로부터 적어도 76 ㎜ 떨어져서 제1 절첩선(90)을 따라 절첩함으로써 제1 곡선(74b)을 생성하였다. 라미네이팅된 웨브를 제1 절첩선(90)으로부터 62 ㎜ 떨어져 위치된 제2 절첩선(92)에서 절첩하여 2차 곡선 라인을 따라 용접함으로써 제2 곡선(74a)을 형성하였다. 일단 3D 주름을 만드는 2개의 곡선이 형성되면, 곡선 라인 외측의 과잉 재료를 제거하였다. 이어서, 층상 재료를 수직 중심선(94)을 따라 절첩하였고, 도 7에 도시된 바와 같이 제2 곡선 라인의 중심으로부터 51 ㎜ 떨어진 지점에서 시작하여, 경계선(82)(도 6)을 용접하였다. 이 단계는 임의의 과잉 재료를 제거하고, 호흡기 지지 구조물 내에 적절하게 맞춰지는 컵을 형성한다. 초음파 용접 공정을 사용하여 용접부를 만들었다. 브랜슨(Branson) 2000ae 초음파 용접 장비 및 전원 장치를 피크 전력 모드, 100% 진폭 및 483 MPa의 공기 압력으로 사용하였다.

4. 기타 호흡기 구성요소

안면 시일: 표준 쓰리엠(3M) 4000 시리즈 호흡기 안면 시일.

코 클립: 표준 쓰리엠 8210 플러스(Plus) N 95 호흡기 코 클립.

헤드밴드: 표준 쓰리엠 8210 플러스 N 95 호흡기 헤드밴드 재료이지만 색상이 백색임. 쓰리엠 8210 플러스 호흡기 헤드밴드를 위한 황색 안료는 제거하였다.

버클: 헤드밴드 재료의 편안한 조절을 가능하게 하도록 가요성 힌지를 구비한 백-팩(back-pack) 버클과 유사한 버클을 사용하였다.

호기 밸브 커버: 8511 호흡기로부터의 쓰리엠 쿨 플로우(Cool Flow™) 밸브 커버.

호기 밸브 플랩: 8511 호흡기로부터의 쓰리엠 쿨 플로우™ 가요성 플랩.

5. 호흡기 조립체

안면 시일 재료를 약 140 ㎜ × 180 ㎜의 단편으로 절단하였다. 이어서, 다이 컷(die cut) 공구를 사용하여, 125 ㎜ × 70 ㎜이고 안면 시일의 중심에 위치되는 타원형 개구를 생성하였다. 중심의 절결된 개구를 구비한 안면 시일을 전술된 바와 같이 제조된 호흡기 여과 구조물에 부착하였다. 여과 요소 구조물을 초음파 용접하도록 사용하였던 것과 동일한 장비를 사용하여 유사한 공정 조건 하에서 안면 시일을 여과 구조물에 고정시켰다. 용접 앤빌은 약 168 ㎜ 폭 및 114 ㎜ 길이의 타원 형상을 가졌다. 안면 시일을 여과 구조물에 결합시킨 후에, 용접선 외측의 과잉 재료를 제거하였다. 코 클립을 코 영역에 걸쳐 가로방향으로 조립된 여과 구조물의 외측에 접착하였다. 이어서, 사전-조립된 여과 요소를 그의 원하는 배향으로 지지 구조물 내로 삽입하였다. 복합 3D 주름을 도 3 및 도 4에 도시된 횡방향으로 연장하는 부재(27, 30)들 사이에 계획적으로 위치시켰다. 100% 출력 및 1.0초 용접 시간에서 휴대형 브랜슨 E-150 초음파 용접 장비를 사용하여, 각각의 횡방향으로 연장하는 부재를 따라 20 내지 25 ㎜의 간격을 두고서 지지 구조물과 여과 구조물 사이에 부착 지점을 생성하였다. 리빙 힌지(96) 위 및 아래의 지지 구조물의 양측에서 12.7 ㎜ 고내구성(Heavy Duty) 스탠리 스테이플 와이어(STANLEY staple wire)를 사용하여 4개의 헤드밴드 버클을 하니스 플랜지(36a, 36b)에 스테이플 고정시켰다. 호흡기 조립 공정을 완료하기 위해 450 ㎜ 길이의 편조된(braided) 헤드밴드 재료를 버클을 통해 꿰어 넣었다. 가요성 플랩을 밸브 시트 상에 배치하였고, 플랩이 밸브 시트 상의 플랩-보유 표면과 밸브 커버 상의 대향하는 표면 사이에서 가압되도록 밸브 커버를 시트의 상부에 배치하였다.

휨 강성 시험 결과

지지 구조물에 필요한 원하는 구조적 및 가요성 특성에 맞도록 표 2에 열거된 배합된 성분을 선택하였다. 지지 구조물 재료에 대한 계산된 휨 강성이 아래의 표 3에 열거되어 있다.

표 3에 기재된 데이터는 지지 구조물 재료의 휨 강성이 약 200 MPa인 것을 보여준다.

본 발명은 그 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 이의 임의의 균등물에 기술된 한계에 의해 좌우되어야 한다.

본 발명은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소가 없을 경우에 적합하게 실시될 수 있다.

배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다. 상기 명세서와 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims (23)

1. (a) 하니스(harness);
   (b) (i) 여과 구조물과;
   (ii) 지지 구조물
   을 포함하는 마스크 본체; 및
   (c) 지지 구조물과 일체형인 밸브 시트(valve seat)를 포함하는 호기 밸브
   를 포함하는 안면부 여과식 호흡기(filtering face-piece respirator).
2. 제1항에 있어서, 지지 구조물은 마스크 본체의 적어도 일부분을 가로질러 연장하는 복수의 이격된 횡단 부재(cross member)를 포함하며, 횡단 부재들 중 적어도 2개는 호기 밸브와 일체형인 안면부 여과식 호흡기.
3. 제1항에 있어서, 지지 구조물은 하나 이상의 횡단 부재를 포함하며, 밸브 시트는 하나 이상의 횡단 부재와 일체형인 안면부 여과식 호흡기.
4. 제3항에 있어서, 횡단 부재는 마스크 본체를 가로질러 완전하게 연장하지 않는 안면부 여과식 호흡기.
5. 제3항에 있어서, 하나 이상의 횡단 부재는 마스크 본체의 제1 측부로부터 제2 측부로 연장하는 안면부 여과식 호흡기.
6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 횡단 부재는 종방향으로 연장하는 안면부 여과식 호흡기.
7. 제5항에 있어서, 하나 이상의 횡단 부재는 횡방향으로 연장하는 안면부 여과식 호흡기.
8. 제1항에 있어서, 밸브 시트는 밸브 기부에서 지지 구조물과 일체형인 안면부 여과식 호흡기.
9. 제8항에 있어서, 호기 밸브는 밸브 시트와 일체형은 밸브 커버를 추가로 포함하는 안면부 여과식 호흡기.
10. 제8항에 있어서, 밸브 기부는 약 2 내지 5 ㎜의 두께이고, 약 3 내지 7 ㎠의 면적을 차지하는 안면부 여과식 호흡기.
11. 제10항에 있어서, 밸브 기부는 밸브 시트를 전방으로부터 볼 때 마스크 본체 내의 개구 둘레로 연속적으로 360°로 연장하는 안면부 여과식 호흡기.
12. 제11항에 있어서, 횡단 부재는 약 1 내지 3 ㎜의 두께를 갖는 안면부 여과식 호흡기.
13. 제12항에 있어서, 밸브 시트 및 지지 구조물은 약 75 내지 300 MPa의 휨 강성(stiffness in flexure)을 갖는 플라스틱을 포함하는 안면부 여과식 호흡기.
14. 제1항에 있어서, 밸브 시트 및 지지 구조물은 약 100 내지 250 MPa의 휨 강성을 갖는 플라스틱을 포함하는 안면부 여과식 호흡기.
15. 제1항에 있어서, 밸브 시트 및 지지 구조물은 약 175 내지 225 MPa의 휨 강성을 갖는 플라스틱을 포함하는 안면부 여과식 호흡기.
16. 제2항에 있어서, 여과 구조물은 여과 층 및 하나 이상의 커버 웨브를 포함하며, 지지 구조물로부터 반경방향 내향으로 배치되는 안면부 여과식 호흡기.
17. (a) 하니스;
    (b) (i) 여과 구조물과;
    (ii) 지지 구조물
    을 포함하는 마스크 본체 - 상기 지지 구조물은 마스크 본체의 제1 측부로부터 제2 측부로 연장하는 복수의 횡방향으로 연장하는 부재를 포함함 - ; 및
    (c) 시일 표면(seal surface) 및 가요성 플랩(flexible flap)을 포함하는 밸브 시트를 포함하는 호기 밸브 - 상기 호기 밸브는 밸브 시트의 기부에서 지지 구조물과 일체형임 -
    를 포함하는 안면부 여과식 호흡기.
18. (a) 지지 구조물을 포함하는 마스크 본체 - 상기 지지 구조물은 지지 구조물과 일체형인 호기 밸브를 구비함 - 를 제공하는 단계; 및
    (b) 적어도 하나의 여과 층을 지지 구조물 상에 지지시키는 단계
    를 포함하는, 안면부 여과식 호흡기를 제조하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 지지 구조물은 복수의 부재를 포함하며, 호기 밸브는 복수의 부재와 일체형인 방법.
20. 제18항에 있어서, 여과 층은 내부에 위치되는 개구를 구비하며, 호기 밸브는 호흡기가 착용 중일 때 착용자의 입이 있게 될 위치 바로 전방의 개구에서 지지 구조물과 일체형인 방법.
21. 제20항에 있어서, 지지 구조물은 복수의 부재를 포함하며, 호기 밸브는 복수의 부재와 일체형인 방법.
22. 제20항에 있어서, 부재는 마스크 본체의 제1 측부로부터 제2 측부로 연장하는 횡방향으로 연장하는 부재를 포함하는 방법.
23. 제21항에 있어서, 호기 밸브는 16 ㎠ 미만의 면적을 에워싸는 기부를 구비하며, 기부는 약 1 내지 7 ㎜의 두께인 부재를 포함하는 방법.

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