KR20130131418A - 절개형 플랩을 구비한 밸브를 갖는 호흡기 - Google Patents

Abstract

마스크 본체(12), 하니스(13), 및 호기 밸브(14)를 갖는 호흡기(10)가 제공된다. 하니스(13) 및 호기 밸브(14) 둘 모두는 마스크 본체(12)에 고정된다. 호기 밸브(14)는 밸브 시트(20) 및 절개된 표면(57)을 갖는 플랩(22)을 포함한다. 절개형 플랩의 사용을 통해, 플랩의 특성은 원하는 밸브 성능을 달성하기 위해 보다 양호하게 만들어질 수 있다. 밸브 플랩은 임의의 배향 하에서 폐쇄된 상태로 유지되지만, 또한 착용자의 호기된 공기로부터의 최소의 힘 또는 압력으로 개방되도록 만들어질 수 있다. 이러한 품질을 갖는 밸브는 사람이 착용하기에 더욱 쾌적할 수 있는 호흡기를 제공하며, 이는 오랜 기간 동안 호흡기를 착용하는 근로자들에게 특히 유리할 수 있다.

Description

절개형 플랩을 구비한 밸브를 갖는 호흡기{RESPIRATOR HAVING VALVE WITH AN ABLATED FLAP}

본 발명은 하나 이상의 절개 영역(ablated area)을 갖는 플랩(flap)을 사용하는 호기 밸브(exhalation valve)를 갖는 호흡기에 관한 것이다.

오염된 환경에서 작업하는 사람들은 보통 공기 중 오염물을 흡입하는 것으로부터 자신을 보호하기 위해 호흡기를 착용한다. 호흡기는 전형적으로, 공기로부터 미립자 및/또는 기체상 오염물을 제거할 수 있는 섬유상 또는 흡수흡착성(sorbent) 필터를 갖는다. 오염된 환경에서 호흡기를 착용할 때, 착용자들은 그들의 건강이 보호되고 있다라는 생각에 안심하게 되지만, 그와 동시에 그들의 안면 주위에 축적되는 호기된 따뜻하고 습한 공기에 의해 불쾌하게 된다. 이러한 안면의 불쾌함이 커질수록, 불쾌한 상태를 완화하기 위해 착용자가 그의 안면으로부터 마스크를 제거할 가능성이 커진다.

착용자가 오염된 환경에서 그의 안면으로부터 마스크를 제거할 가능성을 줄이기 위해, 호흡기 제조업자는 종종, 따뜻하고 습한 공기가 마스크 내부로부터 신속하게 배기(purging)되게 하도록, 마스크 본체에 호기 밸브를 설치한다. 호기된 공기의 신속한 제거는 마스크 내부를 더 차갑게 만들고, 이어서 마스크 착용자들이 그들의 코와 입 주위에 위치되는 고온의 습한 환경을 제거하기 위해 그들의 안면으로부터 호흡기를 제거할 가능성이 적기 때문에, 작업자 안전에 이롭다.

수년 동안, 상업용 호흡 마스크는 호기된 공기를 마스크 내부로부터 배기하기 위해 "버튼식" 호기 밸브를 사용하여 왔다. 버튼식 밸브는 전형적으로, 호기된 공기가 내부 기체 공간으로부터 빠져나가게 하는 동적 기계식 요소로서 얇은 원형의 가요성 플랩을 채용하였다. 플랩은 중심 포스트(post)를 통해 밸브 시트(valve seat)에 중심 장착된다. 버튼식 밸브의 예가 미국 특허 제2,072,516호, 제2,230,770호, 제2,895,472호, 및 제4,630,604호에 나타나 있다. 사람이 호기할 때, 공기가 외부 기체 공간으로 신속하게 이동할 수 있도록, 플랩의 주연부가 밸브 시트로부터 들어올려진다.

버튼식 밸브는 착용자의 쾌적함을 개선하고자 하는 시도에서 진전을 보였지만, 연구자들은 다른 개선을 이루었고, 그의 예가 미국 특허 제4,934,362호(브라운(Braun))에 도시된 "나비식(butterfly-style)" 밸브이다. 이 특허에 기술된 밸브는 나비 형식으로 장착된 긴 가요성 플랩 및 포물선 형상의 밸브 시트를 사용한다.

브라운의 개발 이후, 자펀티치(Japuntich) 등에 의해 호기 밸브 기술분야에서 다른 혁신이 이루어졌다 - 미국 특허 제5,325,892호 및 제5,509,436호 참조. 자펀티치 등의 밸브는 밸브를 개방하는 데 필요한 호기 압력을 최소화하기 위해, 외팔보 형식으로 편심 장착되는 단일의 가요성 플랩을 사용한다. 밸브 개방 압력이 최소화될 때, 더 낮은 동력이 밸브를 작동시키기 위해 요구되고, 이는 착용자가 호흡 시에 호기된 공기를 마스크 내부로부터 방출하기 위해 힘들일 필요가 없다는 것을 의미한다.

자펀티치 등의 밸브 이후에 소개된 다른 밸브들이 또한 외팔보 장착식 플랩을 사용하였다 - 미국 특허 제5,687,767호 및 제6,047,698호 참조. 또 다른 개발에서, 밸브 시트의 시일(seal) 표면은 보다 강하고 또한 더 단단한 플랩이 사용되게 하도록 탄성 재료로 만들어졌는데, 이는 밸브 효율을 개선하였다 - 마틴(Martin) 등의 미국 특허 제7,188,622호 참조.

호기 밸브 설계의 진화는 주로, 밸브 시트에 대한 구조적 변경 및 밸브 시트에 대한 플랩의 장착이 그 중심이 되어 왔지만, 연구자들은 또한 밸브 성능의 개선을 위해 플랩 자체에 대한 구조적 변경도 진행해왔다. 마틴 등의 미국 특허 제7,028,689호에서, 더 얇고 보다 동적인 플랩이 사용될 수 있도록 다수의 층들이 플랩에 도입되었는데, 이는 밸브가 보다 작은 압력 강하 하에 더 용이하게 개방되게 하였다. 그리고, 마틴 등의 미국 특허 출원 공개 제2009/0133700호에서, 밸브 성능의 개선을 위해, 힌지에서 밸브 플랩에 슬롯이 제공되었다.

본 발명은 마스크 본체, 하니스, 및 호기 밸브를 포함하는 신규한 호흡기를 제공한다. 하니스 및 호기 밸브 둘 모두는 마스크 본체에 고정된다. 호기 밸브는 밸브 베이스(base) 및 절개된 표면을 갖는 플랩을 포함한다.

본 발명은 또한, 밸브 베이스 및 마스크 본체를 제공하는 단계; 밸브 베이스에 절개형 플랩을 고정시키는 단계; 및 마스크 본체에 밸브 베이스를 고정시키는 단계를 포함하는, 신규한 호흡기의 제조 방법을 제공한다.

절개형 플랩의 제공은, 플랩 상의 특별히 요구되는 영역에서 강성 및 두께에 있어서 특징을 갖도록 플랩이 맞춤될 수 있다는 점에서 유리한데, 이러한 특별히 맞춤된 영역은 플랩이 최소의 힘으로 개봉될 수 있게 할 수 있거나, 특정 밸브 속성을 원하는 방식으로 변경시킬 수 있다. 밸브를 가로질러 거의 압력 강하가 없는 상태로, 최소의 힘 하에 연속적으로 개봉될 수 있는 밸브는 작동을 위해 보다 적은 에너지를 필요로 한다. 착용자는 밸브를 작동시키기 위한 동력원이므로, 착용자는 밸브가 최적의 성능을 나타내는 호흡기를 착용하고 있을 때에는 힘들일 필요가 없다. 이어서, 개선된 밸브 성능은 호흡기가 장기간에 걸친 착용에도 보다 쾌적하게 할 수 있으며, 이는 착용자가 오염된 환경에서 안면으로부터 마스크를 제거할 가능성을 낮추기 때문에, 안전상의 견지에서 특히 유리하다.

본 발명은 또한, 특정 품질 관리/성능 요건을 충족하기 위해 제품 제조 동안에 개별 플랩이 맞춤될 수 있기 때문에, 제조상의 견지에서 유리할 수 있다. 밸브 조립 동안에 소정의 플랩 부분을 절개함으로써, 품질 관리 평가 동안에 원하는 성능 요건을 충족시키지 못해 불합격되는 상품이 더 적을 수 있다.

용어

이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:

"절개" 또는 "절개형"은 완전하게 절단되지 않도록 표면으로부터 제거된 부분(들)을 갖는 것을 의미한다.

"깨끗한 공기"는 오염물을 제거하기 위해 여과된 소정 체적의 대기 중의 주위 공기를 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", 및 "함유하는" 및 이의 변형이 통상적으로 사용되는 개방형 용어이지만, 본 발명은 또한 이 용어가 관련되는 요지의 성능에 대해 악영향을 미치는 것 또는 요소만을 배제한다는 점에서 반개방형 용어인 "본질적으로 ~로 이루어진"과 같은 더 좁은 용어를 사용하여 적합하게 설명될 수도 있다.

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

"호기된 공기"는 호흡기 착용자에 의해 호기되는 공기이다;

"외부 기체 공간"은 호기된 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통해 이를 지나 통과한 후에 들어가는 주위 대기 기체 공간을 의미한다.

"필터" 또는 "여과 층"은 하나 이상의 재료 층을 의미하며, 이 층(들)은 그를 통과하는 공기 스트림으로부터 (입자와 같은) 오염물을 주로 제거하기 위하여 구성된다.

"필터 매체"는 그를 통과하는 공기로부터 오염물을 제거하도록 설계된 공기 투과성 구조물을 의미한다.

"플랩"은 밸브 작동 동안에 개폐되도록 설계된 박판형(sheet-like) 물품을 의미한다.

"가요성 플랩"은 호기 기체 스트림으로부터 가해지는 힘에 응답하여 구부려지거나 휘어질 수 있는 박판형 물품을 의미한다.

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

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

"레이저"는 고도로 방향성인 단색의 응집성 광 빔을 제공하는 장치를 의미한다.

"마스크 본체"는 적어도 사람의 코와 입 위에 밀착 착용될 수 있으며 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 형성하는 데 도움을 주는 공기 투과성 구조물을 의미한다.

"다수의"는 5개 초과를 의미한다.

"복수의"는 2개 이상을 의미한다.

"호흡기"는 내부 기체 공간으로 공기가 진입하기 전에 공기를 여과하기 위해 사람에 의해 착용되는 기구를 의미한다.

"밸브 시트" 또는 "밸브 베이스"는 유체가 통과하는 오리피스를 갖고, 그것이 장착되는 기재 또는 물품에 인접 또는 접촉하여 배치되는 밸브의 고체 부분을 의미한다.

<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 절개형 플랩(22)을 갖는 호기 밸브(14)가 배치된 마스크 본체(12)를 갖는 호흡기(10)의 정면도.
<도 2>
도 2는 도 1의 호기 밸브(14)의 측단면도.
<도 3>
도 3은 도 2에 도시된 밸브(14)를 위한 밸브 베이스(20)의 정면도.
<도 4>
도 4는 본 발명에 따른 호기 밸브(14')의 대안적인 실시 형태의 측단면도.
<도 5>
도 5는 버튼식 호기 밸브를 위한 밸브 베이스(20b)의 정면도.
<도 6>
도 6은 본 발명에 따른 호기 밸브에 사용될 수 있는 밸브 커버(40)의 사시도.
<도 7a>
도 7a는 도 1 내지 도 4에 도시된 밸브 또는 밸브 베이스에 사용되는 플랩(22)의 확대 사시도.
<도 7b>
도 7b는 본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 절개형 플랩(44)의 대안적인 실시 형태의 사시도.
<도 8>
도 8은 본 발명에 따른 버튼식 밸브와 관련하여 사용될 수 있는 절개형 플랩(60)의 정면도.
<도 9>
도 9는 본 발명에 따른 버튼식 또는 나비식 밸브와 관련하여 사용될 수 있는 절개형 플랩(74)의 정면도.
<도 10>
도 10은 본 발명에 따른 외팔보형 밸브와 관련하여 사용될 수 있는 절개형 플랩(76)의 다른 실시 형태의 사시도.
<도 11>
도 11은 본 발명에 따른 버튼식 밸브와 관련하여 사용될 수 있는 절개형 플랩(76)의 다른 실시 형태의 정면도.
<도 12>
도 12는 본 발명에 따른 플랩을 절단 및 조립하기 위한 공정의 개략도.
<도 13>
도 13은 본 발명에 따른 품질 관리(quality control) 공정에서의 플랩을 절개하는 방법을 예시하는 도면.
<도 14>
도 14는 본 발명에 따른 마스크 본체(12)의 단면도.

본 발명의 실시에 있어서, 착용자의 쾌적함을 개선할 수 있고, 부수적으로 오염된 환경에서 사용자가 마스크를 지속적으로 착용하게 될 가능성을 높일 수 있는 신규한 여과식 안면 마스크가 제공된다. 따라서, 본 발명은 근로자의 안전성을 개선할 수 있고, 근로자 및 개인용 호흡 보호 기구를 착용하는 사람들에게 장기간의 건강상의 이점을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 여과식 안면 마스크(10)의 일례를 도시한다. 여과식 안면 마스크(10)는 하니스(13) 및 호기 밸브(14)가 부착되는 컵형 마스크 본체(12)를 갖는 하프 마스크(half mask)(코와 입을 덮지만 눈은 덮지 않기 때문임)이다. 호기 밸브는 초음파 용접, 점착, 접착 접합(윌리엄스(Williams) 등의 미국 특허 제6,125,849호 참조), 또는 기계적 클램핑(미국 특허 출원 공개 제2001/0029952A1호 참조)과 같은 다양한 기술을 사용하여 마스크 본체(12)에 고정될 수 있다. 호기 밸브(14)는 마스크(10) 내측의 증가된 압력에 응답하여 개방되는데, 이러한 증가된 압력은 착용자가 호기할 때 발생한다. 호기 밸브(14)는 바람직하게는, 호흡들 사이, 그리고 흡기 동안에는 폐쇄된 채로 유지된다. 안면 마스크가 착용자의 안면 상에서 밀착되게 유지하기 위해, 하니스(13)는 스트랩(strap)(15), 타이 스트링(tie string), 또는 착용자의 안면 상에서 마스크 본체(12)를 지지하기 위해 하니스에 부착된 임의의 다른 적합한 수단을 포함할 수 있다. 본 발명과 함께 사용될 수 있는 마스크 하니스의 예가 브로스트롬(Brostrom) 등의 미국 특허 제6,457,473B1호, 제6,062,221호 및 제5,394,568호; 쉐(Xue) 등의 미국 특허 제6,332,465B1호; 바이람(Byram)의 미국 특허 제6,119,692호 및 제5,464,010호; 및 디러드(Dyrud) 등의 미국 특허 제6,095,143호 및 제5,819,731호에 나타나 있다.

도 1은 고정 부분(25)에서 플랩(22)이 고정된 밸브 시트(20)를 밸브(14)가 구비함을 추가로 보여준다. 플랩(22)은 호기 동안에 밸브 시트(20)로부터 들어올려지는 자유 부분(26)을 갖는 가요성 플랩일 수 있다. 자유 부분(26)이 밸브 시트(20)와 접촉하지 않을 때, 호기된 공기는 내부 기체 공간으로부터 외부 기체 공간으로 통과할 수 있다. 호기된 공기는 바로 외부 기체 공간으로 통과할 수 있거나, 예를 들어 마스크가 임팩터(impactor) 요소를 또한 포함하는 경우(자펀티치 등의 미국 특허 제6,460,539B1호 참조) 또는 마스크가 여과 호기 밸브를 포함하는 경우(자펀티치 등의 미국 특허 출원 공개 제2003/0005934A1호 및 미국 특허공개 제2002/0023651A1호 참조)에는 보다 복잡한 경로를 취할 수 있다.

마스크 본체(12)는 착용자의 안면과 마스크 본체의 내부 표면 사이에 내부 기체 공간 또는 공극을 생성하도록 착용자의 안면에 대해 이격된 관계로 사람의 코 및 입 위에서 밀착 착용되도록 구성된다. 알루미늄과 같은 금속의 유연하고 완전히 부드러운 밴드를 포함하는 코 클립(16)이 마스크 본체(12) 상에 배치되어, 착용자의 코 위에서 그리고 코와 뺨이 만나는 곳에서 원하는 밀착 착용 관계로 안면 마스크를 유지하도록 마스크 본체가 형상화되게 할 수 있다. 적합한 코 클립의 일례가 카스티글리온(Castiglione)의 미국 특허 제5,558,089호 및 의장 특허 제412,573호에 나타나 있다. 도시된 마스크 본체(12)는 유체 투과성이고, 전형적으로는 호기 밸브(14)가 마스크 본체(12)에 부착되는 곳에 위치된 개구(도시되지 않음)를 구비하여, 호기된 공기가 마스크 본체 자체를 통과하지 않고서 밸브(14)를 통해 내부 기체 공간을 빠져나갈 수 있게 한다. 마스크 본체(12) 상에서의 개구의 바람직한 위치는 마스크가 착용될 때 착용자의 입이 있을 곳의 바로 앞이다. 이러한 위치에서 개구 및 따라서 호기 밸브(14)를 배치하는 것은 밸브가 호기 유동 스트림으로부터의 힘 또는 운동량에 응답하여 더 쉽게 개방되게 한다. 도 1에 도시된 유형의 마스크 본체(12)의 경우, 본질적으로 마스크 본체(12)의 전체 노출 표면은 흡기되는 공기에 대해 유체 투과성이다.

마스크 본체(12)는 도 1에 도시된 바와 같은 만곡된 반구 형상(디러드 등의 미국 특허 제4,807,619호를 또한 참조)을 가질 수 있거나, 원하는 바와 같은 다른 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 마스크 본체는 자펀티치의 미국 특허 제4,827,924호에 개시된 안면 마스크와 같은 구성을 갖는 컵형 마스크일 수 있다. 마스크는 또한, 미사용 시에는 납작하게 접혀질 수 있고 착용 시에는 컵형 구성으로 펴질 수 있는 3겹 구성을 가질 수 있다 - 보스톡(Bostock) 등의 미국 특허 제6,484,722B2호 및 제6,123,077호, 및 헨더슨(Henderson) 등의 미국 의장 특허 제431,647호, 및 브라이언트(Bryant) 등의 의장 특허 제424,688호 참조. 본 발명의 안면 마스크는 또한, 첸(Chen)의 미국 의장 특허 제448,472S호 및 의장 특허 제443,927S호에 개시된 납작한 2겹 마스크와 같은 많은 다른 구성을 취할 수 있다. 마스크 본체는 또한 유체 불투과성일 수 있고, 예를 들어 홀름퀴스트 브라운(Holmquist-Brown) 등의 미국 특허 제6,277,178B1호에 또는 번스(Burns) 및 레이첼(Reischel)의 미국 특허 제5,062,421호에 나타난 마스크들처럼 마스크 본체에 부착되는 필터 카트리지를 가질 수 있다. 게다가, 마스크 본체는 또한 바로 언급된 음압식 마스크와 반대로 양압 공기 흡입으로 사용하도록 구성될 수 있다. 양압 마스크의 예가 호그(Hoague)의 미국 특허 제6,186,140B1호, 그라니스(Grannis) 등의 제5,924,420호, 및 브라운 등의 제4,790,306호에 나타나 있다. 이들 마스크는 사용자의 허리 주위에 착용되는 전동식 공기 정화 호흡기 본체에 연결될 수 있다 - 예를 들어, 페더브리지(Petherbridge) 등의 미국 의장 특허 제464,725호 참조. 여과식 안면 마스크의 마스크 본체는 또한, 예를 들어 미국 특허 제5,035,239호 및 제4,971,052호에 개시된 바와 같이 착용자에게 깨끗한 공기를 공급할 수 있는 자급식 호흡 장치에 연결될 수 있다. 마스크 본체는 착용자의 코와 입을 덮도록 구성("하프 마스크"라 함)될 수 있을 뿐만 아니라 착용자의 호흡기계에 더하여 착용자의 시력에 대한 보호를 제공하도록 눈을 또한 덮을 수 있다("풀 페이스 마스크"라 함) - 예를 들어, 레이첼 등의 미국 특허 제5,924,420호 참조.

마스크 본체는 착용자의 안면으로부터 이격될 수 있거나, 착용자의 안면과 동일 높이에 있거나 그에 근접하여 있을 수 있다. 어느 경우든, 마스크는 호기된 공기가 호기 밸브를 통해 마스크 내부를 떠나기 전에 지나게 되는 내부 기체 공간을 한정하는 것을 돕는다. 마스크 본체는 또한 착용자가 적절한 밀착 착용이 확립되었는지를 쉽게 확인하게 하도록 그의 주연부에서 열색성(thermochromic) 밀착 착용 표시 시일을 가질 수 있다 - 스프링겟(Springett) 등의 미국 특허 제5,617,849호 참조.

도 2는 가요성 플랩(22)이 폐쇄 위치에서 시일 표면(24) 상에 놓여있고, 개방 위치에서는 점선(22a)으로 나타낸 바와 같이 표면(24)으로부터 들어올려져 있는 것을 도시한다. 유체는 화살표(34)로 표시된 대체적인 방향으로 밸브(14)를 통과한다. 마스크 내부로부터 호기된 공기를 배기시키기 위해 여과식 안면 마스크 상에 밸브(14)가 사용되는 경우, 유체 유동(34)은 호기 유동 스트림을 나타낼 것이다. 밸브(14)가 흡기 밸브로서 사용되는 경우, 유동 스트림(34)은 흡기 유동 스트림을 나타낼 것이다. 밸브 오리피스를 통과하는 유체는 가요성 플랩(22)에 힘을 가하여(또는 그의 운동량을 가요성 플랩에 전달하여), 플랩(22)의 자유 부분(26)이 시일 표면(24)으로부터 들어올려져 밸브(14)가 개방되게 한다. 밸브(14)가 호기 밸브로서 사용되는 경우, 밸브는 바람직하게는, 마스크(10)가 도 1에 도시된 바와 같이 직립하여 위치될 때, 가요성 플랩(22)의 자유 부분(26)이 고정 부분(25) 아래에 위치되도록, 안면 마스크(10) 상에 배향된다. 이는 호기된 공기가 하방으로 편향되게 하여, 습기가 착용자의 안경류 상에서 응축되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 플랩이 부착되어 있지 않은 밸브 시트(20)를 정면으로부터 도시한다. 밸브 오리피스(30)는 시일 표면(24)으로부터 반경방향 내측에 배치되고, 시일 표면(24) 및 궁극적으로는 밸브(14)를 안정화시키는 십자형 부재(35)를 구비할 수 있다. 십자형 부재(35)는 또한, 흡기 동안에 가요성 플랩(22)(도 2)이 오리피스(30) 내로 뒤집히는 것을 방지할 수 있다. 십자형 부재(35) 상에 축적된 습기는 플랩(22)의 개방을 방해할 수 있다. 따라서, 밸브 개방의 방해를 피하기 위하여, 플랩에 대면하는 십자형 부재(35)들의 표면들은 바람직하게는 시일 표면(24) 아래에서 약간 만입되지만, 이들은 측면에서 볼 때 시일 표면과 동일 평면 상에 있을 수도 있다.

시일 표면(24)은, 밸브가 폐쇄된 때 오염 물질이 오리피스를 통과하는 것을 방지하도록 오리피스(30)의 주위에 경계를 긋거나 이를 둘러싼다. 시일 표면(24) 및 밸브 오리피스(30)는 정면으로부터 볼 때 본질적으로 임의의 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 시일 표면(24) 및 오리피스(30)는 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 등일 수 있다. 시일 표면(24)의 형상은 오리피스(30)의 형상에 대응할 필요는 없으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어, 오리피스(30)는 원형일 수 있고, 시일 표면(24)은 직사각형일 수 있다. 그러나, 시일 표면(24) 및 오리피스(30)는 바람직하게는 유체 유동의 방향에 반대로 볼 때, 원형 단면을 갖는다.

밸브 시트(20)의 대부분은 전형적으로, 예를 들어 사출 성형 기술을 사용하여 일체형 단일편 몸체로 성형되는 비교적 경량의 플라스틱으로 제조되고, 탄성 시일 표면이 그에 결합될 것이다. 가요성 플랩(22)과 접촉하는 시일 표면(24)은 바람직하게는 양호한 시일이 발생하는 것을 보장하도록 실질적으로 균일하게 매끄럽게 만들어진다. 시일 표면(24)은 시일 리지(ridge)(29)(도 2)의 상단에 놓일 수 있거나, 밸브 시트 자체와 평면 정렬될 수 있다. 시일 표면(24)의 접촉 영역은 바람직하게는, 가요성 플랩(22)과 함께 시일을 형성하기에 충분히 큰 폭을 갖지만, 접착력 - 응축된 수분 또는 방출된 타액에 의해 야기됨 - 이 가요성 플랩(22)을 개방하기가 더 어렵게 만드는 것을 허용할만큼 넓지는 않다. 시일 표면의 전체 주연부 둘레에서 시일 표면에 대한 플랩의 접촉을 용이하게 하기 위해, 플랩이 시일 표면과 접촉하는 시일 표면의 접촉 영역은 바람직하게는 오목한 방식으로 만곡된다. 탄성 시일 표면이 없는 밸브(14) 및 그 밸브 시트(20)가 자펀티치 등의 미국 특허 제5,509,436호 및 제5,325,892호에 더 완전하게 기술되어 있다.

도 4는 호기 밸브(14')의 다른 실시 형태를 도시한다. 도 2에 도시된 실시 형태와는 달리, 이 호기 밸브는 측면에서 볼 때 플랩-유지 표면(27')과 정렬되는 평면 시일 표면(24')을 갖는다. 따라서, 도 4에 도시된 플랩은 가요성 플랩(22) 상에 있게 되는 임의의 기계적 힘 또는 내부 응력에 의해 시일 표면(24')을 향해 또는 시일 표면에 대항하여 가압되지 않는다. "중립 상태" - 즉, 어떠한 유체도 밸브를 통과하지 않고 플랩이 중력 이외의 다른 외부 힘을 달리 받지 않을 때 - 에서 플랩(22)은 시일 표면(24')을 향해 편의되거나 예비하중을 받지 않기 때문에, 플랩(22)은 호기 동안 보다 용이하게 개방될 수 있다. 본 발명에 따른 탄성 시일 표면을 사용하는 경우, 플랩이 시일 표면(24')과의 접촉 상태로 편의되거나 가압되게 하는 것이 필요하지 않을 수 있다 - 하지만, 그러한 구성은 일부 경우에 요구될 수 있다. 따라서, 본 발명은 공지된 상품에서의 플랩보다 더 강성인 가요성 플랩의 사용을 허용할 수 있다. 플랩은, 중력 자체가 플랩에 작용하고, 플랩이 시일 표면 아래에 배치되도록 밸브가 배향된 때, 플랩이 비편의 상태에서 시일 표면(24')으로부터 현저하게 멀리 처지지 않을 정도로 강성일 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 호기 밸브(14')는, 플랩이 시일 표면을 향해 편의(또는 실질적으로 편의)되게 함이 없이, 착용자가 바닥을 향해 하방으로 머리를 숙이는 경우를 포함한 임의의 배향 하에 플랩(22)이 시일 표면과 양호한 접촉을 이루도록 만들어질 수 있다. 따라서, 강성인 플랩은, 밸브 시트의 시일 표면을 향한 예비 응력 또는 편의가 매우 적거나 전혀 없이, 밸브의 임의의 배향 하에 시일 표면(24')과 밀폐형 접촉을 이룰 수 있다. 중립 상태 하에서 밸브 폐쇄 동안에 플랩이 밀봉 표면에 대항하여 가압되는 것을 보장하기 위한 플랩 상의 상당한 소정의 응력 또는 힘의 부족은, 호기 동안에 플랩이 더 쉽게 개방되는 것을 가능하게 할 수 있고, 따라서 호흡하는 동안에 밸브를 작동시키기 위해 필요한 힘을 감소시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 버튼 밸브와 관련하여 사용하기에 적합한 밸브 시트(20b)를 도시한다. 외팔보 밸브 플랩과 관련하여 사용하도록 만들어진 밸브 시트(20)(도 3)와는 달리, 밸브 시트(20b)는 가요성 플랩이 위치(32')에서 중앙에 장착된다. 이는 호기 동안에, 본질적으로 플랩의 주연부의 임의의 부분이 시일 표면으로부터 들어올려지게 할 수 있다. 외팔보형 플랩에서는, 고정 부분에 대향하는 플랩의 단부가 호기 동안 시일 표면으로부터 들어올려지는 플랩의 부분이다. 대조적으로, 버튼식 밸브에서는, 그 원주의 임의의 부분이 호기 동안 시일 표면으로부터 들어올려질 수 있다. 종래의 버튼식 밸브에서는, 전체 밸브 플랩이 본질적으로 동일한 두께를 갖도록 구성되었다. 이는 플랩이 호기 동안에 저항 영역을 형성하게 하였는데, 그 이유는 원주의 모든 부분이 호기 동안에 밸브 플랩으로부터 들어올려질 수 없기 때문이다. 후술되는 바와 같이, 버튼식 밸브와 관련하여 사용되는 경우, 본 발명의 플랩은 플랩이 소정의 부분 또는 영역에서 선택적으로 구부러지도록 더 얇은 영역 및 더 두꺼운 영역을 생성하기 위해 밸브 플랩 표면으로부터 절개되는 선택된 영역을 가질 수 있다. 이와 같이, 중앙 장착식 버튼 플랩과 관련하여 절개 기술을 사용할 때, 개방에 대한 저항이 감소될 수 있다. 이는 보다 낮은 압력 강하를 생성할 수 있으며, 이에 따라 착용자의 쾌적함을 개선할 수 있다.

도 6은 다른 도면들에 도시된 호기 밸브와 관련하여 사용하기에 적합할 수 있는 밸브 커버(40)를 도시한다. 밸브 커버(40)는 가요성 플랩이 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동할 수 있는 내부 챔버를 한정한다. 밸브 커버(40)는 가요성 플랩을 손상으로부터 보호할 수 있고, 호기된 공기를 착용자의 안경류로부터 멀리 하방으로 지향시키는 것을 도울 수 있다. 도시된 바와 같이, 밸브 커버(40)는 호기된 공기가 밸브 커버에 의해 한정된 내부 챔버로부터 빠져 나가게 하는 복수의 개구(42)를 가질 수 있다. 개구(42)를 통해 내부 챔버를 빠져 나가는 공기는 바람직하게는 착용자의 안경류로부터 멀리 하방으로 외부 기체 공간으로 들어간다. 밸브 커버는 마찰, 클램핑, 점착, 접착 접합, 용접 등을 포함한 다양한 기술을 사용하여 밸브 시트에 고정될 수 있다.

도 7a는 제1 및 제2 대향 단부(46, 48)들과, 제1 및 제2 대향 측부(50, 52)들을 갖는 밸브 플랩(22)을 도시한다. 플랩(22)은 직사각형 형상을 갖지만, 도 7b에 도시된 플랩(44)은 사다리꼴 형상을 갖는다. 플랩(22, 44)은 또한, 플랩의 힌지 구역(56)에 위치된 절개 영역(54)을 포함한다. 도 7b에 도시된 플랩은 호기 유동 스트림의 운동량으로 인한 플랩의 굽힘 모멘트에 노출되는 재료를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 절개 영역(54)은 플랩 재료의 제1 주 표면(57) 내로 절삭된 다수의 홈(58)을 포함한다. 홈(58)은 개폐 동안 플랩이 구부러지거나, 피벗되거나 회전할 때 중심이 되는 축에 평행하게 절삭된다. 홈들 각각은 플랩 두께의 약 10 내지 90%, 더 전형적으로는 총 플랩 두께의 20 내지 70%이고, 약 5 내지 15 ㎜의 길이를 갖는다. 호기 밸브의 경우, 홈은 깊이가 약 0.1 내지 1 밀리미터(㎜), 더 통상적으로는 깊이가 0.2 내지 0.4 ㎜일 수 있다. 홈들은 약 0.1 내지 1 ㎜, 더 전형적으로는 0.2 내지 0.3 ㎜ 이격될 수 있다. 본 문서에서 설명된 절개형 플랩의 다른 실시 형태에서와 같이, 플랩의 하나 또는 둘 모두의 주 표면이 절개될 수 있다. 고정 구멍(59)이 플랩(22, 44)의 힌지 단부(46)에 제공된다.

도 8은 버튼식 밸브 시트(도 5 참조)와 관련하여 사용하기에 적합한 원형 플랩(60)을 도시한다. 이 플랩(60)은 또한, 절개 영역(62) 및 비절개 영역(64)을 갖는다. 종래의 버튼식 밸브가 개방되는 경우, 밸브의 반경방향 특성은 플랩이 그의 전체 원주(66) 둘레에서 개방되는 것에 저항하게 한다. 따라서, 사용 동안에 플랩(60)의 일 부분 또는 세그먼트만이 시일 표면으로부터 들어올려지는 경향이 있다. 여기에 예시된 플랩(60)은 이러한 "개방 저항 문제"를 완화시킬 수 있다. 플랩(60)의 절개 영역(62)은 재료가 적어서, 이들 영역에서의 굽힘을 촉진시키며, 이는 사용 동안 플랩의 전체 원주(66)가 시일 표면으로부터 들어올려지게 할 수 있다. 절개 영역(62)들은 플랩(60)의 중심(72)으로부터 원주(66)까지 진행함에 따라 서로로부터 멀리 이동하는 경계(68, 70)에 의해 각각의 측부에서 경계가 설정된다. 절개 영역들은 플랩의 주 표면들 중 하나의 주 표면의 총 표면적의 약 5 내지 80%를 차지할 수 있으며, 대체로 서로에 대해 120°로 반경방향 외측으로 연장될 수 있다.

도 9는 절개 영역(76, 78)들이 대향하는 방향들로, 즉 서로에 대해 180도로, 원주를 향해 연장되는 중심 장착식 밸브 플랩(74)을 도시한다. 따라서, 절개 영역들은 직선으로 플랩(74)을 가로질러 선형으로 연장된다. 이는 절개 영역의 연장 방향에 평행한 축을 중심으로 한 플랩의 굽힘을 촉진시킨다. 그러한 절개 배열을 사용하여, 밸브 플랩(74)은 사용 동안 나비 형상으로 구부러질 수 있다. 이 실시 형태에서, 밸브 플랩(74)은 원형일 필요는 없으며, 휴지 상태일 때의 플랩(74)의 주 표면의 평면에서 절개 영역의 연장 방향에 수직인 방향으로 길이가 더 길 수 있다. 절개 영역은 플랩의 휨 길이의 약 10 내지 90%, 그리고 반경방향 길이의 약 5 내지 80%일 수 있다.

도 10은 본 발명의 밸브와 관련하여 사용될 수 있는 플랩(76)의 또 다른 실시 형태를 도시한다. 이 경우에, 절개 영역은 플랩의 힌지 구역이 되도록 의도되는 곳에 위치되지 않는다. 오히려, 절개 영역(78)은 고정 부분(80)에 대해 이격된 관계로 플랩의 자유 부분(80)의 중앙에 위치된다. 플랩(76)의 이러한 자유부는 유체 불투과성을 유지하기에 충분한 두께만을 가질 필요가 있으므로, 자유 부분에서의 플랩의 중량은 실질적으로 감소될 수 있으며, 이는 플랩이 보다 적은 힘으로 개방되게 할 수 있다(변위되는 중량이 적기 때문임). 도면에 도시된 바와 같이, 절개 영역(78)은 비절개 에지 구역(82)에 의해 경계가 설정된다. 비절개 에지 구역을 따른 증가된 두께는 플랩이 플랩(76)의 이 부분 아래 또는 이에 인접하여 놓이는 밸브 시일 표면과 보다 잘 맞닿게 할 수 있다. 절개는 또한, 단차를 갖는 뚜껑과 같은 시일 표면 상에 안착되는 플랩을 생성하도록 플랩이 시일 표면과 접촉하는 플랩의 밑면 또는 제2 주 표면 상에서 실행될 수 있다. 그러한 절개는 제2 주 표면 상에 홈을 생성할 것이고, 이 홈은 시일 표면과 홈 사이에 상호 보완적인 정합이 있도록 시일 표면의 경로 또는 구성을 따르거나 이에 대응한다.

도 11은 절개 구역들이 동일한 이격 거리로 중심(86)으로부터 반경방향으로 연장되는 버튼 밸브용 플랩(84)의 다른 실시 형태를 도시한다. 대체로 일정한 두께를 갖는 다수의 절개 구역이 존재한다. 절개 구역들 각각은 중심(86)으로부터 원주(90)를 향해 직선으로 연장되는 홈(88)들로 이루어질 수 있다. 홈(88)들 각각은 본 문서의 다른 곳에서 참조되는 홈들과 유사한 깊이 및 두께를 가질 수 있다.

레이저 절삭 및 절개를 채용한 자동화 방법이 본 발명의 플랩 밸브 조립체의 조립 및 성능 인증을 위해 사용될 수 있다. 도 12 및 도 13은 호흡 보호에서와 같은, 최종 제품에서 매우 일관된 밸브 성능이 요구되는 경우에 유리하게 채용될 수 있는 일련의 단계들을 도시한다. 도 12는 방법에 대한 인라인 접근법을 도시하지만, 단계들은 또한 회전식 또는 터릿 장비에서 실행될 수도 있다. 방법 내에 사용되는 일반적인 구성요소 배향 또는 장비와 상관 없이, 2개의 기본적인 스테이지, 즉 조립 및 인증이 도시되어 있다.

도 12에서, 밸브 플랩 재료의 연속적인 스트립(111)이 롤(110)로부터 풀려 밸브 시트(115)로 이송된다. 밸브 시트(115)는, 밸브 시트(115)와 플랩 재료(111)가 동일한 속도로 이동하는 상태에서, 플랩 재료의 연속적인 스트립(111)으로 도입된다. 적당한 정합 상태로 유지되도록 플랩 스트립(111)을 밸브 시트(115)를 향해 당기기 위해 진공 공급원(116)이 사용된다. 밸브 플랩 재료의 스트립(111) 및 밸브 시트(115)가 적당한 배향에 있는 상태에서, 레이저(118)를 사용하여 스트립(111)으로부터 플랩(120)을 정밀하게 절단하여, 이제 분리되어 있는 플랩(120)이 밸브 시트(115) 상에 위치되게 할 수 있다. 이 스테이지에서, 레이저(118)는 부가적으로, 플랩(120)에 임의의 고정 및/또는 정렬 구멍을 절삭할 수 있다. 이어서, 밸브 플랩(120)은 적당한 위치에서 밸브 시트(115)에 부착된다. 진공(116)으로부터의 당기는 힘이 제거될 수 있다. 밸브 조립체가 다음 스테이션(117)으로 진행할 때, 플랩 스트립 재료의 미사용 부분(113)은 밸브 조립체(122)로부터 분리된다. 부가적으로, 이 스테이지에서, 보호 밸브 커버가 밸브 조립체에 부착될 수 있다.

도 13에서, 밸브(122)의 작동 성능이 평가되고, 레이저 절개를 사용하여 조정된다. 밸브 인증 스테이지는 밸브의 작동 특성을 평가하고, 추가적인 레이저 절개를 사용하여 상기 작동을 조정한다. 절개는 원하는 밸브 작동을 달성하기 위해 필요한 대로 플랩의 힌지 부분 또는 자유 부분에서 실행될 수 있다. 조립된 밸브는 일련의 평가, 수정, 및 확인 단계들을 통해 이동할 수 있다. 제1 단계에서, 조립된 밸브(122)에는 제어된 체적 속도의 유체 유동(123)이 인가된다. 이어서, 유체 유동 인가에 대한 밸브 응답을 결정하기 위해, 예를 들어 머신 비전(machine vision)(컴퓨터 해석에 의한 광학적 모니터링)을 사용하여 "131"에서 플랩 작동이 모니터링된다. 인가에 대한 응답은 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 분석될 수 있고 모델 작동과 비교될 수 있다. 밸브 조립체가 다음 스테이지(126)로 이동할 때, 컴퓨터는 이때 연결된 레이저(128)를 사용하여 밸브 플랩(120)의 제어된 절개를 용이하게 한다. 제2 스테이지(126)에서의 머신 비전(132)은 실시간으로 플랩 작동을 평가한다. 밸브(122)가 유체 인가 하에 있는 상태에서, 컴퓨터는 적당한 작동 프로파일이 달성될 때까지 플랩을 절개하도록 레이저(128)를 지향시킨다. 올바른 작동이 달성될 때 절개는 중단된다. 적당한 작동으로 평가되지 않으면, 이 부품은 자동으로 불합격 처리될 것이다. 공정의 최종 스테이지에서, 머신 비전(133)은 무부하 상태의 플랩이 그의 시트에 적당하게 개장됨을 확인하는 데 사용되어 인증 스테이지를 완료한다. 공정의 인증 스테이지는 밸브 커버가 밸브 조립체 상에 있는 상태 또는 없는 상태에서 완료될 수 있다. 밸브 커버가 설치된 경우에는, 머신 비전을 위한 적절한 시선을 허용하는 설비 및 레이저 절개 빔에 투과성인 영역이 준비되어야 할 것이다.

설명된 방법의 채용은 광범위한 중요한 응용들에 대한 밸브의 연속적인 조립, 성능 평가, 성능 경감, 및 인증을 가능하게 한다. 동작들의 순서에 대한 많은 변형들이 고려될 수 있다. 방법의 조립 스테이지 접근법과는 상관없이, 기본 인증 스테이지가 채용될 수 있고, 절개는 레이저 절개 이외의 다양한 기술들을 사용하여 실행될 수 있다. 예를 들어, 연마, 미세기계가공, 워터제트 등이 사용될 수 있다.

도 14는 조립된 밸브가 설치될 수 있는 호흡기 마스크 본체(12)의 단면도를 도시한다. 마스크 본체(12)는 내부 형상화 층(17) 및 외부 여과 층(18)과 같은 다수의 층들을 포함할 수 있다. 형상화 층(17)은 마스크 본체(12)에 대한 구조 및 여과 층(18)을 위한 지지를 제공한다. 형상화 층(17)은 여과 층(18)의 내측 및/또는 외측에(또는 양측에) 위치될 수 있으며, 예를 들어 컵형 구성으로 성형되는 열 접합가능한 섬유들의 부직 웨브로 제조될 수 있다 - 디러드 등의 미국 특허 제4,807,619호 및 버그(Berg)의 미국 특허 제4,536,440호 참조. 이는 또한 스코브(Skov)의 미국 특허 제4,850,347호에 개시되어 있는 형상화 층과 유사하게 다공성 층 또는 가요성 플라스틱의 투각 "어망" 유형의 망상 조직(open work "fishnet" type network)으로부터 제조될 수 있다. 형상화 층은 스코브의 특허 또는 크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제5,307,796호에서 설명되는 것과 같은 공지된 절차에 따라 성형될 수 있다. 형상화 층(17)은 주로 마스크에 대한 구조를 제공하고 여과 층을 위한 지지를 제공하는 주 목적을 가지고 설계되지만, 형상화 층(17)은 전형적으로는 보다 큰 입자를 포집하기 위한 필터로서 또한 작용할 수 있다. 층(17, 18)들은 함께 흡기 필터 요소로서 작용할 수 있다.

여과 층은 선택적으로 브라운(Braun)의 미국 특허 제5,804,295호 및 제5,763,078호에 설명된 바와 같이 주름질 수 있다. 그리고, 마스크 본체(12)는 또한, 마모 힘으로부터 여과 층(18)을 보호할 수 있고 여과 층(18) 및/또는 형상화 층(17)으로부터 풀릴 수도 있는 임의의 섬유를 보유할 수 있는 내부 및/또는 외부 커버 웨브(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 커버 웨브는 또한 여과 능력을 가질 수 있지만, 전형적으로는 거의 여과 층(18)만큼 양호하지 않고/않거나, 마스크를 착용하기에 보다 쾌적하게 하는 역할을 할 수 있다. 커버 웨브는, 예를 들어 폴리올레핀 및 폴리에스테르를 함유하는 스펀 본디드 섬유와 같은 부직 섬유상 재료로 제조될 수 있다 - 예를 들어, 앙가드지반트(Angadjivand) 등의 미국 특허 제6,041,782호, 디러드 등의 제4,807,619호 및 버그의 제4,536,440호 참조.

착용자가 흡기할 때, 공기는 마스크 본체를 통해 흡입되고, 공기 중 입자는 섬유들, 특히 필터 층(18) 내의 섬유들 사이의 간극 내에 포집된다. 도 2에 도시된 실시 형태에서, 필터 층(18)은 마스크 본체(12)와 일체형이다 - 즉, 이는 마스크 본체의 일부를 형성하고, 필터 카트리지처럼 이후에 마스크 본체에 부착(또는 그로부터 제거)되는 물품이 아니다.

음압식 하프 마스크 호흡기 - 도 1에 도시된 마스크(10)와 유사함 - 에서 통상적인 여과 재료는 흔히 대전된 미세섬유, 특히 멜트블로운(meltblown) 미세섬유(BMF)의 인탱글링된 웨브(entangled web)를 포함한다. 미세섬유는 전형적으로 약 20 마이크로미터(㎛) 이하의 평균 유효 섬유 직경을 갖지만, 통상적으로는 약 1 내지 약 15㎛, 더욱 더 통상적으로는 약 3 내지 10㎛이다. 유효 섬유 직경은 문헌[Davies, C.N., The Separation of Airborne Dust and Particles , Institution of Mechanical Engineers , London, Proceedings 1B. 1952]에 기술된 바와 같이 계산될 수 있다. BMF 웨브는 문헌[Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers in Industrial Engineering Chemistry, vol. 48, pages 1342 et seq. (1956)] 또는 레포트[No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954, entitled Manufacture of Superfine Organic Fibers by Wente, Van A., Boone, C.D., and Fluharty, E.L]에서 기술된 바와 같이 형성될 수 있다. 멜트블로운 섬유상 웨브는 베리건(Berrigan) 등의 미국 특허 제6,492,286B1호 및 제6,139,308호에서 기술된 웨브와 같이, 균일하게 제조될 수 있고 다수의 층들을 포함할 수 있다. 웨브에서 랜덤하게 인탱글링된 경우에, BMF 웨브는 매트로 취급되기에 충분한 완전성을 가질 수 있다. 예를 들어, 에이츠만(Eitzman) 등의 미국 특허 제6,454,986B1호 및 제6,406,657B1호; 앙가드지반트 등의 미국 특허 제6,375,886B1호, 제6,119,691호 및 제5,496,507호; 쿠빅(Kubik) 등의 미국 특허 제4,215,682호; 및 나카오(Nakao)의 미국 특허 제4,592,815호에 설명된 기술을 사용하여 섬유상 웨브에 전하가 부여될 수 있다.

마스크 본체에서 필터로서 사용될 수 있는 섬유상 재료의 예가, 바우만(Baumann) 등의 미국 특허 제5,706,804호, 페터슨(Peterson)의 미국 특허 제4,419,993호, 메이휴(Mayhew)의 미국 재발행 특허 제Re 28,102호, 존스(Jones) 등의 미국 특허 제5,472,481호 및 미국 특허 제5,411,576호, 및 루쏘(Rousseau) 등의 미국 특허 제5,908,598호에 개시되어 있다. 섬유는 폴리프로필렌 및/또는 폴리-4-메틸-1-펜텐(존스 등의 미국 특허 제4,874,399호 및 디러드 등의 제6,057,256호)과 같은 중합체를 함유할 수 있고, 또한 여과 성능 향상을 위해 불소 원자 및/또는 다른 첨가물을 함유할 수 있으며 - 존스 등의 미국 특허 제6,432,175B1호, 제6,409,806B1호, 제6,398,847B1호, 제6,397,458B1호 및 크레이터(Crater) 등의 미국 특허 제5,025,052호 및 제5,099,026호 참조 - , 또한 성능 개선을 위해 낮은 수준의 추출가능한 탄화수소를 가질 수 있다 - 루쏘 등의 미국 특허 제6,213,122호 참조. 섬유상 웨브는 또한, 리드(Reed) 등의 미국 특허 제4,874,399호, 및 루쏘 등의 둘 모두의 미국 특허 제6,238,466호 및 제6,068,799호에서 기술된 것과 같은 증가된 유상 미스트 저항성(oily mist resistance)을 갖도록 제조될 수 있다.

실시예

유동 고정물

유동 고정물의 도움을 받아 밸브에 대한 압력 강하 시험을 실시하였다. 유동 고정물은 알루미늄 장착판 및 부착된 공기 플리넘을 통해 규정된 유량으로 밸브에 공기를 제공하였다. 시험 동안, 장착판은 밸브 시트를 수용하여 확실하게 보유하였다. 알루미늄 장착판은 밸브 베이스를 수용하는 상부 표면 상에서 약간의 오목부(recess)를 구비하였다. 공기가 밸브로 유동할 수 있게 하는 28 밀리미터(㎜) × 34 ㎜의 개구가 오목부의 중앙에 위치하였다. 밸브 베이스와 장착판 사이에 기밀 시일을 제공하기 위해, 접착제-표면 형성된 폼(adhesive-faced foam) 재료를 오목부 내의 레지(ledge)에 부착하는 데 이용하였다. 2개의 클램프를 사용하여, 밸브 시트의 선단 및 후방 에지를 파지하고 알루미늄 장착부에 고정하였다. 반구형 플리넘을 통해 장착판에 공기를 제공하였다. 호흡기 마스크의 체적 및 공동 형상을 모사하기 위해, 장착판을 반구의 상단 또는 정점에서 플리넘에 부착하였다. 반구 형상의 플리넘은 깊이가 대략 30 ㎜였고, 기부 직경이 80 ㎜였다. 공급 라인으로부터의 공기를 플리넘의 기부에 부여하였고, 원하는 유동을 유동 고정물을 통해 밸브로 제공하도록 조절하였다. 형성된 공기 유동에 대해, 시험 밸브에 걸친 압력 강하를 결정하기 위해, 플리넘 내의 공기 압력을 측정하였다.

압력 강하 시험

전술된 바와 같은 유동 고정물을 사용하여, 시험 밸브에 대한 압력 강하 측정을 행하였다. 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 및 85 리터/분(L/min; 또한 본 명세서에서는 dm³/min으로도 표시됨)의 유량에서 밸브를 가로지른 압력 강하를 측정하였다. 밸브를 시험하기 위해, 밸브 개구가 상방으로 대면하는 상태에서 밸브 시트가 그 기부에서 수평으로 배향되도록, 시험 시편을 유동 고정물에 장착하였다. 밸브 장착 동안, 고정물과 밸브 본체 사이에서 공기의 바이패스가 전혀 없음을 보장하도록 주의를 기울였다. 주어진 유량에 대해 압력 게이지를 교정하기 위해, 먼저 밸브 본체로부터 플랩을 제거하였고, 원하는 공기 유동을 얻었다. 이어서, 압력 게이지를 0으로 설정하여, 시스템을 교정시켰다. 이러한 교정 단계 후에, 플랩을 밸브 본체 상에 재위치시켰고, 규정된 유량의 공기를 밸브의 입구로 전달하였으며, 입구에서의 압력을 기록하였다. 플랩이 막 개방되어 최소 유동이 검출되는 시점에서 압력을 측정함으로써, (유동이 0인 플랩 개방 개시점의 직전에서의) 밸브-개방 압력 강하를 결정하였다. 압력 강하는 주위 공기와 밸브에 대한 입구 압력 사이의 차이였다.

실시예 1

실시예 1은 본 발명의 절개형 플랩을 갖는 밸브의 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 밸브의 플랩을 미국 버몬트주 브래틀보로 소재의 풀플렉스, 인크.(Fulflex, Inc.)로부터 입수가능한 0.46 ㎜ 두께의 폴리아이소프렌 고무의 압출된 박판으로부터 형성하였다. 고무 박판을 도 7b에 도시된 형상의 플랩으로 절단하였다. 플랩(44)은 좁은 단부(46)에서 17.6 ㎜였고, 넓은 단부(48)에서 22.4 ㎜였다. 넓은 단부로부터 좁은 단부까지의 플랩의 길이는 25 ㎜였다. 플랩은, 유동 시험 고정물에의 부착을 용이하게 하기 위해, 플랩의 좁은 단부에 배치된 2 ㎜ 직경의 고정 구멍(59) 2개를 가졌다. 도시된 바와 같이, 구멍(59)들은 플랩의 좁은 단부와 측부들로부터 2 ㎜에 중심이 위치되었다. 플랩의 좁은 단부(46)에 절개형 힌지 구역(58)을 형성하였다. 힌지 구역(58)은 플랩의 좁은 단부에서 시작되어 플랩의 넓은 단부를 향해 5.5 ㎜ 연장되었다. 힌지 구역의 폭은 10 ㎜였고, 플랩 상에서 좌우로 중앙에 위치되었다. 고르게 이격된 재료의 채널들 또는 홈들을 절개하도록, 레이저를 사용하여 힌지 구역(58)을 형성하였다. 절개형 구역(58)에서의 채널들은 플랩의 폭에 평행하게 연장되었고, 길이가 10 ㎜, 폭이 0.25 ㎜였으며, 0.25 ㎜ 이격되었다. 절개를 수행하기 위해 사용된 레이저는 미국 캘리포니아주 산타클라라 소재의 코히어런트 인크(Coherent Inc.)로부터 입수가능한 10.6 마이크로미터 파장의 다이아몬드 E400 모델이었다. 레이저는 최대 출력이 600 와트(W)였으며, 50 ㎐ 및 10% 출력에서 작동하였다. 플랩을 레이저원으로부터 대략 350 ㎜ 떨어져 배향시켰으며, 대략 60 ㎜/sec의 속도로 절개하였다.

제조된 플랩을 좁은 단부에서 유동 고정물에 부착하였고, 다양한 유량들에서 압력 강하를 평가하였다. 그 결과가 표 1에 주어져 있다.

실시예 2

실시예 2를, 레이저가 12% 출력에서 작동되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1처럼 형성하고 시험하였다.

비교예 A

비교예 A는 실시예 1 및 실시예 2의 비절개형 대조군을 나타낸다.

실시예들의 유동 시험에 의해 예시된 바와 같이, 본 발명의 밸브는 비절개형 대조군에 비해, 전체 유량 범위에 걸쳐 감소된 압력 강하 및 적은 개방 저항성을 갖는다. 더 낮은 개방 압력 및 정상 상태 압력 강하는 적절하게 절개된 플랩을 사용하는 밸브를 작동시키는 데 보다 적은 일이 필요하다는 것을 보여준다. 이는 플랩 밸브의 성능을 수정하기 위해서뿐만 아니라 유리한 방식으로 절개가 사용될 수 있음을 보여준다. 데이터는 또한, 절개 레이저의 출력을 단순히 변경하는 것에 의해, 플랩 밸브의 작동 특성이 조정될 수 있음을 예시한다.

본 발명은 그의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 여러 변형 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 바에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 이의 임의의 등가물에 기술된 범위에 의해 좌우되어야 한다.

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

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

Claims (20)

1. 호흡기로서,
   (a) 마스크 본체;
   (b) 마스크 본체에 고정되는 하니스(harness); 및
   (c) 마스크 본체에 고정되는 호기 밸브(exhalation valve)를 포함하며,
   호기 밸브는
   (i) 밸브 베이스(base), 및
   (ii) 밸브 베이스에 고정되고, 절개된(ablated) 표면을 갖는 플랩(flap)을 포함하는, 호흡기.
2. 제1항에 있어서, 플랩은 가요성 플랩인, 호흡기.
3. 제2항에 있어서, 가요성 플랩은 외팔보 형식으로 밸브 시트(seat)에 장착되고 가요성 플랩의 힌지 부분에서 절개된, 호흡기.
4. 제2항에 있어서, 가요성 플랩은 가요성 플랩의 자유 부분에서 절개된, 호흡기.
5. 제4항에 있어서, 가요성 플랩은 플랩의 제1 주 표면(major surface) 상에서 절개된, 호흡기.
6. 제5항에 있어서, 플랩은 0.1 내지 1 밀리미터 깊이로 절개된, 호흡기.
7. 제5항에 있어서, 가요성 플랩은 또한 플랩의 제2 주 표면 상에서도 절개된, 호흡기.
8. 제3항에 있어서, 가요성 플랩은 또한 제1 주 표면 상의 플랩의 자유 부분에서도 절개된, 호흡기.
9. 제2항에 있어서, 가요성 플랩은 버튼 형식으로 중심에서 밸브 시트에 고정되며, 플랩은 플랩 상의 중심 위치로부터 반경방향으로 각각 연장되는 3개 이상의 구역들에서 절개된, 호흡기.
10. 제9항에 있어서, 서로 120도로 오프셋된 3개의 절개 구역들이 존재하는, 호흡기.
11. 제9항에 있어서, 절개 구역들은 중심 위치로부터 반경방향 외측으로 연장되는 일련의 홈들을 포함하는, 호흡기.
12. 제2항에 있어서, 가요성 플랩은 나비 형식으로 밸브 시트에 고정되며, 플랩은 플랩의 힌지 부분에서 플랩의 적어도 하나의 주 표면 상에서 절개된, 호흡기.
13. 제12항에 있어서, 힌지 부분에서의 절개는 서로에 대해 그리고 회전축에 대해 대체로 평행하게 연장되는 2개 이상의 홈들을 포함하는, 호흡기.
14. 제3항에 있어서, 힌지 부분에서의 절개는 서로에 대해 그리고 회전축에 대해 대체로 평행하게 연장되는 2개 이상의 홈들을 포함하는, 호흡기.
15. 호흡기의 제조 방법으로서,
    (a) 밸브 베이스 및 마스크 본체를 제공하는 단계;
    (b) 밸브 베이스에 절개형 플랩을 고정시키는 단계; 및
    (c) 마스크 본체에 밸브 베이스를 고정시키는 단계를 포함하는, 방법.
16. 제15항에 있어서, 플랩은 밸브 시트에 플랩을 고정시키기 전에 절개되는, 방법.
17. 제15항에 있어서, 플랩은 밸브 시트에 플랩을 고정시킨 후에 절개되는, 방법.
18. 제15항에 있어서, 밸브 성능을 품질 검사하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
19. 제18항에 있어서, 품질 검사 단계 이후에 플랩 재료를 추가 절개하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
20. 제15항에 있어서, 플랩은 플랩의 힌지 부분에서 절개되는, 방법.

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