KR20140110904A - 원위치 에어-레이드 웨브(들)로부터 제조된 호흡기 - Google Patents

원위치 에어-레이드 웨브(들)로부터 제조된 호흡기 Download PDF

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KR20140110904A
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존 티 투샤우스
티엔 티 우
게리 에이 호프달
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Abstract

안면부 여과식 호흡기를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 컵 형상 몰드(30)를 제공하는 단계, 상기 몰드(30)가 배치되고 느슨한 섬유(22)들이 성형 챔버(24) 내의 공기 내로 도입되는 성형 챔버(24)를 제공하는 단계, 상기 느슨한 섬유(22)들이 성형 챔버(24) 내의 몰드(30) 상에 축적되도록 하는 단계(10), 및 상기 축적된 섬유들을 섬유 교차 지점에서 서로 접합하는 단계(12)를 포함한다. 본 발명의 방법은 이에 따라 제조 공정에서의 단계를 배제하는데 도움이 된다. 섬유는 또한 마스크 본체 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되고, 웨브가 호흡기를 제조하는 동안에 절단되지 않기 때문에, 더 적은 웨브 폐기물이 발생된다.

Description

원위치 에어-레이드 웨브(들)로부터 제조된 호흡기{RESPIRATOR MADE FROM IN-SITU AIR-LAID WEB(S)}
본 발명은 마스크 본체를 포함하는 섬유질 웨브들 중 적어도 하나가 몰드 자체에 형성되는 안면부 여과식 호흡기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상, 작업자는 2가지 목적, 즉 (1) 불순물 또는 오염물이 착용자의 호흡관으로 들어가는 것을 방지하는 것; 및 (2) 다른 사람 또는 물건이 착용자에 의해 내쉬어진 병원체 및 다른 오염물에 노출되는 것을 보호하는 것 중 적어도 한 가지의 목적을 위해 작업자의 코와 입에 걸쳐 호흡기를 착용한다. 첫 번째 상황에서, 마스크는 예를 들어 자동차 정비소 내에서와 같이 공기가 착용자에게 유해한 입자를 함유하는 환경에서 착용된다. 두 번째 상황에서, 마스크는 예를 들어 수술실 또는 청정실 내에서와 같이 내쉰 오염물에 또 다른 사람 또는 물건이 노출될 수 있는 곳에서 착용된다.
일부 호흡기는 마스크 본체 자체가 여과 메커니즘으로서 기능하기 때문에, "안면부 여과식" 호흡기로서 분류된다. 부착가능한 필터 카트리지 또는 필터 라이너(예를 들어, 유샤크(Yuschak) 등의 미국 특허 제RE39,493호 및 타예비(Tayeb)의 미국 특허 제5,094,236호 참조) 또는 삽입 몰딩된 필터 요소(예를 들어, 브라운(Braun)의 미국 특허 제4,790,306호 참조)와 함께 고무 또는 탄성중합체 마스크 본체를 사용하는 호흡기와는 달리, 안면부 여과식 호흡기는 필터 매체가 전체 마스크 본체의 대부분에 걸쳐 연장되어 필터 카트리지를 설치하거나 또는 교체할 필요가 없다. 이에 따라, 안면부 여과식 호흡기는 중량 면에서 상대적으로 가볍고 사용하기 쉽다.
안면부 여과식 호흡기는 통상적으로 열 접합 섬유로부터 제조된다. 열 접합 섬유는 가열 및 냉각된 이후에 인접한 섬유에 접합된다. 이러한 섬유로부터 형성된 안면부 여과식 호흡기의 예는 다이루드(Dyrud) 등의 미국 특허 제4,807,619호, 및 베르그(Berg)의 미국 특허 제4,536,440호에 도시된다. 이들 특허에 개시된 호흡기는 열 접합 섬유의 하나 이상의 층을 갖는 컵 형상 마스크이다. 열 접합 섬유의 층은 "형상화 층"으로 지칭되고, 여과 층에 대한 지지부 및 마스크에 형상을 제공하기 위해 사용된다. 미국 특허 제4,807,619호 및 제4,536,440호에 개시된 형상화 층은 가열된 몰드 내에서 열 접합 섬유의 부직포 웨브를 몰딩함으로써 제조된다. 가열된 몰드는 열 접합 섬유의 접합 성분의 연화점 초과의 온도에서 작용한다. 열 접합 섬유의 웨브는 가열된 몰드 내에 배치되고, 안면 마스크에 대한 형상화 층을 형성하기 위해 압력과 열에 노출된다. 이 종류의 몰딩 작업은 "열간 몰딩 공정"으로 알려졌다.
안면부 여과식 호흡기는 또한 미리 제조된 부직포 웨브가 우선 가열되고 그 후에 가열된 상태에서 "냉간 몰드" 내에 배치되는 "냉간 몰딩 공정"에 의해 제조된다. 몰드는 "냉간"인 것으로 지칭되는데, 이는 몰딩 부재가 웨브 내의 열 접합 섬유의 연화점 미만의 온도에 있기 때문이다. 냉간 몰딩 공정의 예는 크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제7,131,442B1호에 개시된다 - 또한 스코브(Skov)의 미국 특허 제4,850,347호 참조 -. 열간 및 냉간 몰딩 작업 둘 모두에서, 몰딩된 웨브는 미리 제조되며, 즉 이는 컵 형상 구조물로의 변환을 위해 몰딩 부재 상에 배치되기 전에 미리 조립된다.
본 발명은 안면부 여과식 호흡기를 제조하는 신규한 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 안면부 여과식 호흡기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 안면부 여과식 호흡기를 제조하는 신규한 방법을 제공한다. 신규한 방법은 (a) 컵 형상 몰드를 제공하는 단계, (b) 상기 몰드가 배치되고 느슨한 섬유들이 성형 챔버 내의 공기 내로 도입되는 성형 챔버를 제공하는 단계, (c) 상기 느슨한 섬유들이 성형 챔버 내의 몰드 상에 축적되도록 하는 단계, 및 (d) 컵 형상 안면부 여과식 호흡기를 형성하기 위해 섬유 교차 지점에서 축적된 섬유들을 서로 접합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 원위치 웨브(in situ web), 즉 몰드 자체 상에 형성된 웨브를 포함하는 마스크 본체를 포함한 안면부 여과식 호흡기를 제공한다. 호흡기는 또한 마스크 본체에 고정되는 하니스를 갖는다.
본 발명은 마스크 본체를 포함하는 섬유질 웨브(들)가 몰드 상에 형성되는 안면부 여과식 호흡기를 제조하는 공지된 방법과 상이하다. 공지된 호흡기 제조 공정에서, 마스크 본체를 포함하는 부직포 섬유질 웨브는 미리제조되며, 즉 몰드 상에 배치되기 전에 조립된다. 본 발명에서, 마스크 본체의 하나 이상의 웨브는 마스크 본체가 제조되는 몰드 상에서 조립된다. 따라서, 본 발명의 방법은 제조 공정에서 단계를 배제하는데 있어서 도움이 된다. 호흡기를 제조하기 위해 사용되는 부직포 웨브는 미리-조립, 운반, 펼쳐짐, 절단 및 호흡기 마스크 본체 조립 공정으로 도입될 필요가 없다. 생성된 호흡기는 또한 마스크 본체 전체에 걸쳐서 더욱 균일하게 분포되는 섬유를 가질 수 있다. 웨브 내의 섬유는 마스크 본체를 포함하는 웨브가 몰드 자체 상에 형성되기 때문에 몰드 상에 이의 배치 상태로부터 연신되지 않을 수 있다. 그리고, 웨브가 호흡기의 조립 동안에 절단되지 않기 때문에, 호흡기 제조 공정에서 웨브 폐기물이 더 적게 발생될 수 있다. 성형 챔버 내에서 사용되지 않는 섬유는 수집될 수 있고 챔버 내로 재도입될 수 있다.
용어해설
이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:
"활성 미립자"는 화학적 특성, 예컨대 촉매 및 이온 교환을 포함하는 일부 특징 및 특성에 기인할 수 있는 수착(흡착 및/또는 흡수)과 같은 일부 작용 또는 기능을 수행하기에 특히 적합한 입자 또는 과립을 의미하고,
"2성분 섬유"는 상이한 연화 온도를 갖는 상이한 중합체 조성물을 포함한 둘 이상의 성분으로 구성된 섬유를 의미하고 - 상기 성분은 섬유의 길이를 따라 개별 및 별개의 영역에 배열됨 -,
"결합제 섬유"는 열 접합가능 섬유를 의미하고,
"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 있고,
"청정 공기"는 여과되어 오염물질을 제거한 다량의 대기 중의 주위 공기를 의미하며,
"오염물"은 대체로 입자(예를 들어, 유기 증기 등)인 것으로 여겨지지 않을 수 있지만 호기 유동 스트림 내의 공기를 포함하는 공기 내에 현탁될 수 있는 입자(먼지, 안개 및 연무를 포함함) 및/또는 다른 물질을 의미하고,
"커버 웨브"는 주요하게 오염물을 여과하도록 설계되지 않은 부직포 섬유질 층을 의미하고,
"컵 형상"은 제품이 중실 구조일 경우 상향 개방 단부와 함께 수직으로 배치된 경우 액체를 보유할 수 있는 형상을 갖는 것을 의미하고,
"외부 기체 공간"은 내쉰 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통해 이를 지나 통과한 후에 들어가는 주위 대기 기체 공간을 의미하고,
"섬유" 또는 "섬유들"은 천연으로 제조되거나 또는 합성으로 제조된 가느다란 신장된 구조물(들)을 의미하고,
"안면부 여과식"은 마스크 본체 자체가 그를 통과하는 공기를 여과하도록 설계되어, 이러한 목적을 달성하기 위해 마스크 본체에 부착되거나 또는 그 내에 몰딩되는 별도의 식별가능한 필터 카트리지, 필터 라이너 또는 삽입 몰딩된 필터 요소가 존재하지 않는 것을 의미하고,
"필터" 또는 "여과 층"은 공기 투과성 재료의 하나 이상의 층을 의미하며, 층(들)은 그를 통과하는 공기 스트림으로부터 (입자와 같은) 오염물을 제거하는 주된 목적을 위해 구성되고,
"여과 구조물"은 주로 공기를 여과시키기 위해 설계되는 구성물을 의미하고,
"성형 챔버"는 섬유가 이러한 축적을 위해 의도된 표면 상에 축적될 수 있는 정해진 또는 정해질 수 있는 부피의 공간을 의미하고,
"하니스"는 마스크 본체를 착용자의 안면 상에 지지하는 것을 보조하는 구조물 또는 부품들의 조합을 의미하고,
"원위치"는 몰딩이 수행되는 몰드 상에서 제조되는 것을 의미하고,
"일체형"은 해당 부품들이 후속하여 함께 결합되는 2개의 별개의 부품들이 아니라 단일 부품으로서 동시에 제조되었음을 의미하고,
"내부 기체 공간"은 마스크 본체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미하고,
"느슨한 섬유"는 웨브 형태로 조립되지 않는 섬유를 의미하고,
"마스크 본체"는, 사람의 코와 입 위에 맞게 설계되며 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 형성하는 데 도움을 주는 공기 투과성 구조물을 의미하고,
"몰드"는 열 및/또는 압력의 인가에도 불구하고 원하는 형상 또는 구성으로 제품을 형성하기 위하여 사용되는 장치를 의미하며,
"비열 접합"은 비열 접합된 섬유가 수용되는 웨브를 몰딩하기에 적합한 온도로 가열한 후에 인접한 접촉 섬유에 섬유가 실질적으로 접합되지 않는 것을 의미하고,
"부직포"는 웨브 성분이 위빙(weaving) 이외의 수단에 의해 서로 고정되는 구조물 또는 구조물의 일부를 의미하고,
"중합체" 및 "가소성"은 각각 주로 하나 이상의 중합체를 포함하고 또한 다른 성분을 함유할 수 있는 재료를 의미하고,
"다공성"은 공기 투과성을 의미하며,
"복수의"는 2개 이상을 의미하고,
"호흡기"는 호흡하는 착용자에 대해 청결한 공기를 제공하기 위하여 코와 입에 걸쳐 안면에 사람이 착용하는 공기 여과 장치를 의미하고,
"형상화 층"은 정상적인 취급에서 원하는 형상(및 형상화 층에 의해 지지되는 다른 층의 형상)을 유지하기에 충분한 구조적 보전성을 갖는 층을 의미하고,
"연화 온도"는 냉각 시에 접합된 상태로 유지되고 섬유 성분이 또 다른 섬유에 접합되도록 허용되는 정도로 섬유 성분이 연화되는 최저 온도를 의미하고,
"스테이플 섬유"는 한정된 길이의 섬유를 의미하고,
"기재"는 아래에 배치되는 층을 의미하며,
"흡입"은 낮은 압력 또는 진공(전체적으로 또는 부분적으로)을 생성함으로써 또는 이와는 달리 기류를 생성함으로써 내부로 또는 이를 통하여 인입되는 것을 위미하고,
"상부층"은 위에 배치되는 층을 의미하고,
"열 접합 (또는 접합가능한) 섬유"는 이의 연화 온도 초과의 온도로 가열하고 그 후에 냉각된 뒤에 인접한 접촉 섬유에 접합되는 섬유를 의미하고, 및
"웨브"는 공기 투과성이며, 3차원이기보다는 2차원으로 상당히 더 큰 수동 취급가능 구조물을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따르는 방법에서 사용될 수 있는 단계의 개략도.
도 2는 본 발명에 따르는 호흡기를 제조하는 방법의 개략도.
도 3은 본 발명에 따르는 호흡기(40)의 사시도.
도 4는 호흡기 마스크 본체(42)를 통해 취한 단면도.
[발명의 실시를 위한 구체적인 내용]
본 발명을 실시함에 있어서, 안면부 여과식 호흡기를 제조하는 신규한 방법이 제공되며, 이 방법은 컵 형상 몰드를 제공하는 단계, 몰드가 배치되고 느슨한 섬유들이 그 내부에 도입되는 성형 챔버(예컨대, 룸(room) 또는 밀폐된 영역)를 제공하는 단계, 느슨한 섬유들이 몰드 상에 축적되도록 하는 단계, 및 섬유 교차 지점에서 섬유들을 서로 접합하는 단계를 포함한다. 일회용 호흡기를 몰딩하는 통상적인 방법에 있어서, 일반적으로 평평하고 접합된 부직포 사전-조립 웨브가 몰드 내에서 가열된 상태에서 압축된다. 이러한 압력에 노출 시에, 상기 웨브는 연신 및 변형될 수 있어서 몰딩된 제품 내에서 웨브 균일성 문제가 야기된다. 또한, 둥근 호흡기 형상이 호흡기 제조 동안에 평평한 웨브로부터 절단될 때, 상당한 폐기물이 발생될 수 있다.
본 명세서에 기재된 공정은 이들 문제점을 줄일 수 있다. 열 접합 이전에 또는 열 접합 중에 원하는 호흡기 형상으로의 웨브의 직접 성형은 웨브 균일성을 저하시킬 수 있는 추가 후-접합 처리에 대한 필요성을 경감시킨다. 축적된 섬유가 열 접합되기 전에 호흡기 형상을 성형하는 것은 또한 접합 이전에 과잉의 재료를 제거하고 재료가 폐기되는 대신에 재사용되도록 허용하는 가능성을 제공한다. 추가로, 우수한 경제적 및 환경적 실행을 호흡기 제조에 추가로 확립하는 방식으로서 재사용된 섬유질 스크랩 재료 또는 다른 재활용된 재료를 통합시키기 위해 이 공정을 이용할 수 있다.
도 1에는 안면부 여과식 호흡기가 본 발명에 따라 제조될 수 있는 방식의 예시가 도시된다. 컵 형상 몰드는 느슨한 섬유들이 몰드 상에 축적되는(10) 성형 챔버 내에 배치된다. 축적은 예를 들어, 다공성 몰드를 통하여 성형 챔버 내에 공기를 인입하는(draw) 부분 진공을 이용하여 촉진될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 몰딩 부재는 섬유들이 진공, 블로워 및/또는 중력 운동으로부터 이러한 접촉을 이룰 때 섬유들이 몰드 상에 잔류시키는 수단을 가질 수 있다. 섬유 축적을 촉진시키기 위한 이러한 수단은 섬유들이 접촉하는 몰드의 외부 표면 상에 배치된 거친 텍스처(roughened texture) 또는 작은 핀(small pin)을 포함할 수 있다. 느슨한 섬유는 성형 챔버 내로 블로잉, 드로잉 또는 드로핑될 수 있다. 느슨한 섬유들이 성형 챔버 전체에 걸쳐 이동함에 따라, 이 섬유들은 몰드의 외부 표면과 접촉할 수 있다. 텍스처화된 표면은 섬유들이 몰딩 부재와 접촉한 상태로 유지되도록 하거나 또는 이 위에 축적되도록 한다. 성형 챔버의 하부 또는 어디든 다른 곳에 축적되는 과잉의 느슨한 섬유는 성형 챔버로부터 제거될 수 있고, 폐기물을 배제하거나 또는 최소화하기 위해 나중에 성형 챔버 내로 재도입될 수 있다.
느슨한 섬유들이 몰드 상에 축적되면, 섬유들은 섬유 교차 지점에서 서로 접합된다(12). 접합은 섬유의 하나 이상의 접합 성분(들)의 연화 온도 초과의 온도로 축적된 섬유를 가열함으로써 달성될 수 있다. 섬유들이 충분히 접합되면, 생성된 몰딩된 마스크 본체가 몰드로부터 분리될 수 있다(14). 하니스가 그 뒤에 몰딩된 마스크 본체에 부착되어(16) 오염물이 주변 공기로부터 여과될 필요가 있는 환경에서 사용하기에 적합한 안면부 여과식 호흡기가 형성될 수 있다. 대안으로, 하니스는 마스크 본체가 몰드로부터 분리되기 전에 마스크 본체에 부착될 수 있다. 호기 밸브가 또한 이와 같이 원하는 경우 마스크 본체에 부착될 수 있다. 필터 재료의 추가 층 또는 형상화 층이 또한 성형 챔버 내의 섬유들이 몰드 상에 배치되기 이전에 또는 이후에 몰드 상에 도입될 수 있다(18). 따라서, 추가 층이 몰드 상에 형성되는 에어 레이드 웨브에 대한 기재 또는 상부층(suprastrate)이 될 수 있다. 추가 층이 또한 성형 챔버 내의 몰드 상에 형성된 섬유질 웨브의 일 측면 또는 양 측면에 배치된 커버 웨브일 수 있다. 추가 층(18)의 도입이 섬유가 몰드 상에 축적된 이후에 발생되는 바와 같이 도시될지라도, 추가 층은 이러한 축적 이전에(기재와 같이) 또는 접합 단계 이후에(상부층과 같이) 도입될 수 있다.
도 2는 본 발명의 공정이 생성된 마스크 본체의 하나 이상의 층을 조립하기 위하여 사용되는 느슨한 섬유(22)를 수집하도록 호흡기 마스크 본체의 형상으로 다공성 몰드(20)를 사용할 수 있는 것을 도시한다. 마이크로섬유, 접합 섬유, 및 스테이플 섬유와 같은 느슨한 섬유(22)들의 혼합물이 성형 챔버(24) 내로 전달될 수 있다. 또한 공기가 다공성 몰드(20)를 통해 흡입되도록 하기 위해 공기가 성형 챔버(24)로부터 인입될 수 있다(26). 성형 챔버 내의 공기가 다공성 몰드를 통하여 인입될 때, 성형 챔버(24) 내의 느슨한 섬유(22)들은 이들 몰드 상에서 동축을 이룬다. 몰드는 이 위에 스크린 또는 다른 다공성 매질을 가질 수 있어서 다공성 몰드를 형성한다. 다공성 매질은 의도된 마스크 본체의 형상으로 구성된다. 다공성 몰드는 이 몰드가 성형 챔버(24)에 유입되기 전에 또는 유입됨에 따라 이동식 진공 벨트(28) 상에 배치될 수 있다. 진공 벨트(28)가 성형 챔버(24)를 가로질러 몰드(20)를 이동시킬 때, 응축기 팬과 같은 팬이 몰드(20)를 통하여 성형 챔버(24)로부터 공기를 끌어당길 수 있다(26). 성형 챔버(24) 내의 생성된 공기 움직임은 몰드(22)를 향하여 느슨한 섬유들을 인입시켜 느슨한 섬유들이 몰드 표면 상에 또는 이에 대해 배치되는 미리제조된 웨브의 표면 상에 포획되도록 한다. 성형 챔버(24)는 창문 또는 유리 측벽과 같은 하나 이상의 투명 부분을 포함할 수 있어서 마스크 쉘의 제조를 담당하는 사람이 섬유 수집 공정을 볼 수 있다. 몰드(20)가 성형 챔버(24)를 가로질러 이동한 후에, 제2 세트의 몰드(30)가 축적된 섬유를 제 위치에 보유하기 위하여 제1 몰드(20)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 그 후에, 몰딩된 웨브가 몰드로부터 제거되면 접합된 섬유가 원하는 호흡기 형상을 유지하도록 몰드-섬유-몰드 개재물이 섬유들을 서로 접합시키기 위해 오븐 내에 또는 가열 유닛(32) 아래에 배치될 수 있다. 몰딩된 제품의 평량은 느슨한 섬유 공급 속도, 컨베이어의 속도, 및 다공성 몰드를 통한 기류량(air flow rate)을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 본 발명의 공정은 또한 웨브가 3차원 형상으로 형성됨에 따라 활성 탄소와 같은 활성 미립자를 느슨한 섬유 공급 스트림 내로 추가할 수 있도록 한다. 이 단계는 트렌드(Trend) 등의 미국 특허 출원 제2006/0254427A1호에 기재된 입자-함유 섬유질 웨브와 같은 활성 미립자 또는 다른 첨가된 성분을 함유하는 완성된 호흡기를 제조하기 위해 필요한 기계의 복잡성 및 공정 단계의 수를 줄일 수 있다. 추가로, 둘 이상의 성형 챔버가 순차적으로 배치될 수 있어서 복수의 층(1개, 2개, 3개, 4개, 또는 5개 또는 더 많은 개수의 층)이 조립될 수 있다. 따라서, 제1 성형 챔버는 마스크 본체에 대한 하부에 배치된 형상화 층을 형성하기 위해 사용될 수 있는 반면 제2 성형 챔버는 여과 층을 형성하기 위하여 사용될 수 있고, 제3 성형 챔버는 커버 웨브를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 둘 이상의 섬유질 웨브가 연속적인 성형 챔버 내의 몰드 상에 형성될 수 있고, 복수의 웨브가 예를 들어 초음파 용접에 의해 주연부에서 서로 고정될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 제조될 수 있고 마스크 본체(42) 및 마스크 하니스(44)를 포함하는 안면부 여과식 호흡 마스크(40)의 예를 도시하고 있다. 하니스(44)는 탄성 재료로 제조될 수 있는 하나 이상의 스트랩(46)을 포함할 수 있다. 하니스 스트랩(46)은 접착제 수단, 접합 수단, 또는 기계적 수단(예를 들어, 카스티글리온(Castiglione)의 미국 특허 제6,729,332호 참조)을 비롯한 다양한 수단으로 마스크 본체(42)에 고정될 수 있다. 하니스(46)는 예를 들어 마스크 본체에 초음파 용접되거나 또는 마스크 본체에 스테이플러로 고정될 수 있다. 가능하게는 사용될 수 있는 다른 하니스의 예는 브로스트롬(Brostrom) 등의 미국 특허 제5,394,568호 및 세팔라(Seppala) 등의 미국 특허 제5,237,986호 및 브로스트롬 등의 제EP 608684A호에 기재된다.마스크 본체(42)는 코의 콧마루 위에, 볼을 가로질러 그리고 볼 주위에, 그리고 턱 아래에서 착용자의 안면과 접촉하도록 형상화되는 주연부(48)를 갖는다. 마스크 본체(42)는 착용자의 코와 입 주위에 밀폐된 내부 기체 공간을 형성하고, 도면에 도시된 바와 같이 곡선 반구형 형상을 취할 수 있거나 또는 원하는 바에 따라 다른 형상을 취할 수 있다. 예를 들어, 형상화 층 및 이에 따라 마스크 본체는 자푼티치(Japuntich)의 미국 특허 제4,827,924호에 개시된 안면 여과식 마스크와 같은 컵 형상 구성을 가질 수 있다. 가단성 코 클립이 이의 상부 에지에 대해 중심에 인접한 마스크 본체(42)의 외부 면에 고정될 수 있어서 마스크가 특정 착용자의 코 위에 알맞게 정합되도록 이 영역에서 변형 또는 형상화될 수 있다. 적합한 코 클립의 예가 카스티글리온의 미국 특허 제5,558,089호 및 제Des. 412,573호에 도시 및 개시된다. 마스크 본체(42)는 또한 제품 파손 저항을 향상시키기 위하여 마스크 본체(42)의 중심 영역의 모든 또는 일부 층을 통하여 연장될 수 있는 선택적 주름진 패턴을 가질 수 있다.
도 4는 마스크 본체(42)가 내부 형상화 층의 반경방향 외향 측면에 필터 재료(54)의 층 및 필터 층(54)의 반경방향 외향 측면에 형상화 층(52)과 같이 또한 일반적인 형상을 취하는 외부 커버 웨브(56)를 갖는 내부 형상화 층(52)을 포함할 수 있는 것을 도시한다. 형상화 층(52)의 기능은 주요하게 필터 층(54)을 지지하고 마스크 본체 형상을 유지시키는 것이다. 형상화 층(52)이 또한 마스크 내로 인입되는 공기를 위한 거친 초기 필터로서 기능을 할 수 있을지라도, 마스크(10)의 주요한 여과 작용은 필터 층(54)에 의해 제공된다. 외부 형상화 층은 또한 외부 커버 웨브(56)와 필터 층(54) 사이의 필터 층(54)의 반경방향 외향 측면에 배치될 수 있다. 도시된 조립 층에 추가로, 마스크 본체(42)는 또한 특히 코 영역에서 마스크 주연부 주위에 발포체 밀봉부를 포함할 수 있다 - 예를 들어, 자푼티치의 미국 특허 제4,827,924호 참조 -. 이러한 밀봉부는 마스크가 착용될 때 착용자의 안면과 접촉하는 써모크로믹 정합-표시 재료(thermochromic fit-indicating material)를 포함할 수 있다. 안면 접촉으로부터의 열은 써모크로믹 재료의 색상이 변화하도록 하여 착용자가 적합한 정합이 이루어진 경우를 결정할 수 있도록 한다 - 스프링젯(Springett) 등의 미국 특허 제5,617,749호 참조 -. 마스크 본체(42)는 또한 형상화 층(52)으로부터 느슨해질 수 있는 임의의 섬유를 포획하고 마스크의 내부 측면에서 착용자에게 향상된 편안함을 제공하기 위하여 내부 커버 웨브가 제공될 수 있다. 이러한 커버 웨브의 구조는 형상화 및 여과 층의 기술내용과 함께 하기에서 기재된다.
형상화 층
형상화 층(들)은 열 및/또는 압력을 사용하여 원하는 형상으로 몰딩될 수 있고 냉각된 때 그의 형상을 유지하는 섬유질 재료의 적어도 하나의 층으로부터 본 발명에 따라 형성될 수 있다. 형상 보유력은 전형적으로, 섬유가 예를 들어, 융합 또는 용접에 의해 이들 사이의 접촉점에서 서로에 접합되도록 함으로써 달성된다. 직접 몰딩된 호흡기 마스크의 형상 유지 층을 제조하기 위한 공지된 임의의 적합한 재료는, 예를 들어 바람직하게는 주름진 합성 스테이플 섬유와 2성분 스테이플 섬유의 혼합물을 포함하는 마스크 쉘을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 2성분 섬유는 섬유질 재료의 둘 이상의 별개 영역, 전형적으로 중합체 재료의 별개의 영역을 포함하는 섬유이다. 전형적인 2성분 섬유는 결합제 성분 및 구조적 성분을 포함한다. 결합제 성분은 형상 유지 쉘의 섬유가 가열 및 냉각 시 섬유 교차점에서 함께 접합될 수 있도록 한다. 가열 중에, 결합제 성분이 유동하여 인접한 섬유와 접촉한다. 형상 유지 층은, 예를 들어 0/100 내지 75/25의 범위일 수 있는 중량% 비로 스테이플 섬유와 2성분 섬유를 포함하는 섬유 혼합물로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는, 재료는 보다 많은 개수의 교차 접합점들을 생성하도록 적어도 50 중량%의 2성분 섬유를 포함하는데, 이는 이어서 쉘의 탄성 및 형상 보유력을 증가시킨다.
형상화 층에 사용될 수 있는 적합한 2성분 섬유는, 예를 들어 나란한 구성, 동심형 시스 코어(sheath-core) 구성 및 타원형 시스 코어 구성을 포함한다. 적합한 2성분 섬유의 하나는 미국 노스 캐롤라이나 샬롯 소재의 코사(Kosa)로부터 상표명 "코사(KOSA) T254"(12 데니어, 길이 38 mm)로 입수 가능한 폴리에스테르 2성분 섬유이며, 이는 예를 들어 코사로부터 상표명 "T295"(3 데니어, 길이 38 mm)로 입수 가능한 폴리에스테르 스테이플 섬유 및 가능하게는 또한 예를 들어, 코사로부터 상표명 "T259"(15 데니어, 길이 32 mm)로 입수 가능한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 조합으로 사용될 수 있다. 대안으로, 2성분 섬유는 일반적으로 아이소프탈레이트 및 테레프탈레이트 에스테르 단량체로부터 형성되는 중합체의 시스에 의해 둘러싸이는 결정 PET의 코어를 갖는 대체로 동심 시스-코어 구성을 포함할 수 있다. 후자의 중합체는 코어 재료보다 낮은 온도에서 열 연화성을 갖는다. 폴리에스테르는, 마스크 복원력에 기여할 수 있고 다른 섬유보다 수분을 적게 흡수할 수 있다는 점에서 이점을 갖는다.
대안으로, 형상화 층은 2성분 섬유 없이 제조될 수 있다. 예를 들어, 열 유동성 폴리에스테르 섬유는, 웨브 재료의 가열 시 결합제 섬유가 용융되고 웨브 재료가 질량체(mass)를 형성하는 섬유 교차점으로 유동할 수 있도록 형상화 층 내에 스테이플, 바람직하게는 주름진, 섬유와 함께 포함될 수 있는데, 질량체는 결합제 재료의 냉각 시 교차점에서 접합부를 형성한다. 중합체 스트랜드의 메시 또는 네트가 또한 형상화 층을 형성하기 위하여 열 접합식 섬유 대신에 사용될 수 있다. 이 유형의 구조물의 예가 스코브의 미국 특허 제4,850,347호에서 기재된다. 메시는 섬유질 웨브가 다공성 몰드 상에 축적되기 전에 또는 이후에 공정에 도입될 수 있다.
섬유질 웨브가 형상 유지 쉘을 위한 재료로서 사용될 때, 섬유는 느슨한 섬유의 하나 이상 또는 집합으로서 성형 챔버에 전달될 수 있다. 웨브가 성형 챔버 내에 도입될 때, 웨브는 "란도 웨버(Rando Webber)" 에어 레잉 기계(미국 뉴욕 마세돈 소재의 란도 머신 코포레이션(Rando Machine Corporation)으로부터 입수가능함) 또는 카딩 기계로 편리하게 제조될 수 있다. 어느 하나의 경우에, 웨브는 이러한 설비에 적합한 종래의 스테이플 길이로 2성분 섬유 또는 다른 섬유로부터 형성될 수 있다. 필요한 복원력 및 형상 보유력을 갖는 형상 유지 층을 얻기 위해, 비록 더 낮은 평량도 가능하지만, 층은 바람직하게는 적어도 약 100 g/m2의 평량을 갖는다. 예를 들어, 대략 150 또는 200 g/m2 초과의 더 높은 평량이 변형에 대해 더 큰 저항 및 더 큰 복원력을 제공할 수 있으며, 마스크 본체가 호기 밸브를 지지하는 데 사용된다면 더욱 적합할 수 있다. 이들 최소 평량과 함께, 형상화 층은 전형적으로 마스크의 중심 영역에 걸쳐 약 0.2 g/㎠의 최대 밀도를 갖는다. 전형적으로, 형상화 층은 약 0.3 내지 2.0, 더 전형적으로는 약 0.4 내지 0.8 mm의 두께를 가질 것이다. 본 발명에 사용하기에 적합한 형상화 층의 예는 하기의 특허들에 기재되어 있다: 크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제5,307,796호, 디러드(Dyrud) 등의 미국 특허 제4,807,619호, 및 버그(Berg)의 미국 특허 제4,536,440호.
여과 층
본 발명의 마스크 본체에 사용되는 필터 층은 입자 포획 또는 기체 및 증기 유형일 수 있다. 필터 층은 또한 예를 들어 액상 에어로졸 또는 액상 파편(splash)이 필터 층을 통과하는 것을 방지하기 위해, 필터 층의 일 측면으로부터 또 다른 측면으로의 액체의 전달을 방지하는 장벽 층일 수 있다. 유사하거나 또는 유사하지 않은 필터 유형의 다수의 층이 본 출원이 요구하는 바와 같은 본 발명의 여과 층을 구성하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 적층식 마스크 본체에 유익하게 이용되는 필터는 마스크 착용자의 호흡을 최소화하기 위해 압력 강하가 일반적으로 낮다(예를 들어, 초당 13.8 센티미터의 면속도에서 약 196 내지 294 Pa(20 내지 30 mm H2O) 미만). 추가적으로, 여과 층은 가요성을 갖고, 이들 여과 층이 예상되는 사용 조건하에서 탈층되지 않기에 충분한 전단 강도를 갖는다. 일반적으로, 전단 강도는 접착제 또는 형상화 층의 전단 강도보다 작을 수 있다. 입자 포획 필터의 예에는 미세 무기 섬유(예컨대, 섬유유리) 또는 중합체 합성 섬유의 하나 이상의 웨브가 포함된다. 합성 섬유 웨브는 멜트블로잉(meltblowing)과 같은 공정으로부터 생성되는 일렉트릿(electret) 대전된 중합체 마이크로섬유를 포함할 수 있다. 비극성 포획 전하(non-polarized trapped charge)를 생성하기 위해 일렉트릿 대전되고 표면 불소화된 폴리프로필렌으로부터 형성되는 폴리올레핀 마이크로섬유는 미립자 포획 응용에 대한 특정 용도를 제공한다. 대안적인 필터 층은 호흡 공기로부터 유해하거나 또는 냄새나는 기체를 제거하기 위한 흡착제 성분을 포함할 수 있다. 흡수제 및/또는 흡착제는 접착제, 결합제 또는 섬유질 구조물에 의해 필터 층에 구속되어 있는 분말 또는 과립을 포함할 수 있다 - 브라운의 미국 특허 제3,971,373호 참조 -. 화학적으로 처리되거나 또는 그렇지 않은 활성 탄소, 다공성 알루미나-실리카 촉매 기재 및 알루미나 입자와 같은 흡착제 재료가 본 발명의 응용에 유용한 흡착제의 예이다. 브레이(Brey) 등의 미국 특허 제7,309,513호 및 미국 특허 제7,004,990호, 및 아브러(Abler)의 미국 특허 제5,344,626호는 적합할 수 있는 활성 탄소의 예를 개시한다.
여과 층은 전형적으로 요구되는 여과 효과를 달성하도록 선택되며, 일반적으로, 여과 층을 통과하는 기체 스트림으로부터 입자 또는 다른 오염물의 높은 비율을 제거한다. 섬유질 필터 층에 대해, 선택된 섬유는 여과될 물질의 종류에 따르며, 전형적으로 이들 섬유가 몰딩 작업 동안 서로 접합되지 않도록 선택된다. 지적된 바와 같이, 필터 층은 다양한 형상 및 형태일 수 있다. 필터 층은 전형적으로 약 0.2 밀리미터 내지 1 센티미터, 더욱 전형적으로는 약 0.3 밀리미터 내지 1 센티미터의 두께를 가지며, 형상화 층과 동일 공간에 걸치는 평면 웨브일 수 있거나, 또는 형상화 층에 대해 확장된 표면적을 갖는 주름진 웨브일 수 있다 - 예를 들어, 브라운 등의 미국 특허 제5,804,295호 및 제5,656,368호 참조 -. 여과 층은 또한 접착제 성분에 의해 함께 결합되는 필터 매체의 다수의 층을 포함할 수 있다 - 아가드지방드 등의 미국 특허 제6,923,182호 참조 -.
여과 층을 형성하기 위해 공지된(또는 이후 개발될) 임의의 적합한 재료가 본질적으로 여과 재료로서 사용될 수 있다. 문헌[Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., 1342 et seq. (1956)]에 교시된 것들과 같은 멜트-블로운 섬유의 웨브는, 특히 지속적으로 대전된(일렉트릿) 형태인 경우에 특히 유용하다(예를 들어, 쿠빅(Kubik) 등의 미국 특허 제4,215,682호 참조). 이들 멜트-블로운 섬유는 약 20 마이크로미터(μm) 미만, 전형적으로 약 1 μm 내지 12 μm의 유효 섬유 직경을 갖는 마이크로섬유일 수 있다("블로운 마이크로섬유"에 대해 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 포함하는 BMF 웨브가 특히 선호된다. 멜트블로운 웨브는 에릭슨(Erickson) 등의 미국 특허 제7,690,902호, 제6,861,025호, 제6,846,450호, 및 제6,824,733호에 기재된 장치 및 다이를 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 반 턴하우트(van Turnhout)의 미국 특허 제RE31,285호에서 교시된 바와 같은 대전된 미소섬유형 필름 섬유 뿐만 아니라, 로진-울 섬유질 웨브 및 특히 마이크로섬유 형태의 유리 섬유 또는 용액-블로운 또는 정전기적으로 분무된 섬유의 웨브가 적합할 수 있다. 나노섬유 웨브가 또한 여과 층으로서 사용될 수 있다 - 폭스(Fox) 등의 미국 특허 제7,691,168호 참조 -. 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 생성되는 웨브의 여과 성능을 향상시키기 위해 첨가제가 섬유에 포함될 수 있다(루쏘(Rousseau) 등의 미국 특허 제5,908,598호 참조). 특히, 불소 원자가 필터 층의 섬유 표면에 배치되어 유성 안개(oily mist) 환경에서 여과 성능을 향상시킬 수 있다 - 존스(Jones) 등의 미국 특허 제6,398,847 B1호, 제6,397,458 B1호 및 제6,409,806 B1호 및 커크(Kirk) 등의 미국 특허 제7,244,292호, 스파츠(Spartz) 등의 미국 특허 제7,244,291호, 및 세바스챤(Sebastian) 등의 미국 특허 제7,765,698호 참조 -. 일렉트릿 BMF 여과 층을 위한 전형적인 평량은 약 10 내지 100 g/m2이다. 전술된 바와 같이 대전되고 임의로 불소화될 경우, 평량은 각각 약 20 내지 40 g/m2및 약 10 내지 30 g/m2일 수 있다.
본 발명의 호흡기는 또한 형상화 층 및 여과 층 둘 모두로서 기능을 하는 단지 하나의 층만을 갖도록 제조될 수 있다. 이러한 호흡기는 열 접합된 스테이플 섬유 및 비-열 접합되고 대전된 마이크로섬유를 포함하는 마스크 본체를 가질 수 있다 - 스프링젯(Springett) 등의 미국 특허 제6,827,764호 참조 -.
커버 웨브
커버 웨브는 마스크 본체로부터 느슨할 수 있는 섬유를 포집하기 위해 그리고 미적 이유로 사용될 수 있다. 커버 웨브는, 비록 여과 층의 외부(또는 상류)에 배치될 때 프리-필터로서 작용할 수 있지만, 전형적으로는 여과 구조물에 임의의 실질적인 여과 이득을 제공하지 않는다. 커버 웨브는 바람직하게는 비교적으로 낮은 평량을 가지며, 비교적 미세한 섬유로부터 형성된다. 더 구체적으로, 커버 웨브는 약 5 내지 50 g/m2(전형적으로 10 내지 30 g/m2)의 평량을 갖도록 형성될 수 있으며, 섬유는 3.5 데니어 미만(전형적으로 2 데니어 미만, 그리고 더욱 전형적으로는 1 데니어 미만이지만 0.1 데니어를 초과함)일 수 있다. 커버 웨브에 사용된 섬유는 종종 약 5 내지 24 마이크로미터, 전형적으로 약 7 내지 18 마이크로미터, 그리고 더욱 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)일 수 있다. 커버 웨브는 전술된 바와 같이 성형 챔버 내로 느슨한 커버 웨브 섬유를 도입함으로써 제조될 수 있다. 대안으로, 커버 웨브는 사비(Sabee) 등의 미국 특허 제4,013,816호에 기술된 바와 같이 미리-제조될 수 있다. 후자의 경우, 미리-제조된 웨브는 매끄러운 표면, 전형적으로 매끄러운 표면의 드럼 또는 회전 수집기 상에 섬유를 수집함으로써 형성될 수 있다 - 베리건(Berrigan) 등의 미국 특허 제6,492,286호를 참조 -. 스펀-본드 섬유가 또한 본 발명에 따라 커버 웨브들을 조립함으로써 느슨한 섬유로서 사용될 수 있다.
전형적인 커버 웨브는 폴리프로필렌 또는 50 중량% 이상의 폴리프로필렌을 함유하는 폴리프로필렌/폴리올레핀 블렌드로 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 사용하기 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/m2의 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/m2의 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 공중합체인 "이그잭트(Exact) 4023"을 포함하는 혼합물로부터 제조됨)이다. 적합한 스펀본드 재료는 독일 파이네 소재의 코로빈 게엠베하(Corovin GmbH)로부터 상표명 "코로소프트 플러스(Corosoft Plus) 20", "코로소프트 클래식(Corosoft Classic) 20" 및 "코로빈(Corovin) PP-S-14"로 입수가능하고, 카디드(carded) 폴리프로필렌/비스코스 재료는 핀란드 나킬라 소재의 제이.더블유. 수오미넨 오와이(J.W. Suominen OY)로부터 상표명 "370/15"로 입수가능하다.
본 발명에 사용되는 커버 웨브는 일반적으로 처리 이후에 웨브 표면으로부터 돌출되는 매우 적은 개수의 섬유를 가져서 매끄러운 외부 표면을 제공한다 - 앙가지반트의 미국 특허 제6,041,782호, 보스톡(Bostock) 등의 미국 특허 제6,123,077호, 및 보스톡 등의 국제 출원 공개 WO 96/28216A호 참조 -.
호흡기 구성요소
하니스에 사용되는 스트랩(들)은 다양한 재료, 예컨대 열경화성 고무, 열가소성 탄성중합체, 편조된(braided) 또는 편직된(knitted) 얀(yarn)/고무 조합, 비탄성의 편조된 구성요소 등으로부터 제조될 수 있다. 스트랩(들)은 탄성 재료, 예컨대 탄성의 편조된 재료로부터 제조될 수 있다. 스트랩은 바람직하게는 그의 총 길이의 2배 초과로 확장될 수 있으며, 그의 이완된 상태로 복원될 수 있다. 스트랩은 또한 가능하게는 그의 이완된 상태의 길이의 3배 또는 4배로 늘어날 수 있으며, 장력이 제거될 때 그에 대한 어떠한 손상도 없이 그의 원래의 상태로 복원될 수 있다. 따라서, 탄성 한계는 일반적으로 그의 이완된 상태일 때의 스트랩의 길이의 2배, 3배 또는 4배 이상이다. 전형적으로, 스트랩(들)은 길이가 약 20 내지 30 cm이고, 폭이 3 내지 10 mm이며, 두께가 약 0.9 내지 1.5 mm이다. 스트랩(들)은 연속적인 스트랩으로서 제1 측면으로부터 제2 측면으로 연장될 수 있으며, 또는 스트랩은 추가의 체결구 또는 버클에 의해 함께 결합될 수 있는 복수의 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 스트랩은 체결구에 의해 함께 결합될 수 있으며 마스크 본체를 안면으로부터 제거할 때 착용자에 의해 신속하게 분리될 수 있는 제1 및 제2 부분을 가질 수 있다. 본 발명과 함께 사용될 수 있는 스트랩의 예가 슈(Xue) 등의 미국 특허 제6,332,465호에 도시되어 있다. 스트랩의 하나 이상의 부분을 함께 결합하는데 사용될 수 있는 체결 또는 고정 기구의 예가 예를 들어 브로스트롬(Brostrom) 등의 뒤이은 미국 특허 제6,062,221호, 세팔라(Seppala)의 미국 특허 제5,237,986호 및 치엔(Chien)의 제EP1,495,785A1호 및 게브레울드(Gebrewold) 등의 미국 특허 공보 제2009/0193628A1호 및 스테판(Stepan) 등의 국제 공보 제WO2009/038956A2호에 도시된다.
내부 기체 공간으로부터 내쉰 공기를 정화시키는 것을 용이하게 하기 위해 호기 밸브가 마스크 본체에 부착될 수 있다. 호기 밸브의 사용은 마스크 내부로부터 덥고 습한 내쉰 공기를 신속하게 제거함으로써 착용자의 편안함을 개선할 수 있다. 예를 들어, 마틴(Martin) 등의 미국 특허 제7,188,622호, 제7,028,689호, 및 제7,013,895호, 자푼티치 등의 제7,493,900호, 제7,428,903호, 제7,311,104호, 제7,117,868호, 제6,854,463호, 제6,843,248호, 및 제5,325,892호, 미텔스타트(Mittelstadt) 등의 제7,849,856호 및 제6,883,518호, 및 보워스(Bowers)의 제RE 37,974호 참조. 내쉰 공기를 내부 기체 공간으로부터 외부 기체 공간으로 신속하게 전달하기 위해, 적합한 압력 강하를 제공하고 마스크 본체에 적절하게 고정될 수 있는 본질적으로 임의의 호기 밸브가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1
본 발명에 따르는 안면부 여과식 호흡기를 제조하는데 있어서, 300 내지 500 g/m2의 섬유 평량을 3M 8210 호흡기 쉘의 중량에 가깝도록 타겟팅하였다. 단일의 스크린 몰드를 벨트의 볼록한 측면 위로 배치하였다. 독일 하테어샤임 소재의 트레비라 게엠베하(Trevira GmbH)로부터의 트레비라(Trevira)™ 1.3 데시텍스(dtex) × 6 밀리미터(mm)의 PE/PET 2성분 결합제 섬유를 성형 챔버 내의 공기 중에 배치하였다. 챔버 내의 공기를 다공성 몰드 스크린을 통해 인입시켜 이 공기가 스크린의 외부 표면 상에 적층되도록 하였다. 몰드 스크린 상에 축적된 섬유들을 그 후에 오븐 내에서 접합하였다. 생성된 컵 형상 제품은 상당히 균일하였고, 스크린과 접촉한 하부(오목한) 측면에서 매끄럽고 정밀하게 몰딩된 형상을 가졌다. 웨브 내의 섬유들이 몰드 상에서 접합된 후에, 몰딩된 제품을 제거하였고, 웨브의 볼록한 측면을 몰드의 오목한 측면에 대해 배치하였고 재차 오븐을 통해 통과시켰다. 오븐을 통한 제2 통과에 의해 제조된 웨브는 양 측면에 매끄러운 표면이 형성되었으며 이는 양 측면이 이제 스크린에 대해 가열되었기 때문이다.
실시예 2
실시예 1의 절차가 수행된 후에, 상하로 적층될 수 있는 2개의 새로운 몰드를 제조하였다. 이 기술은 웨브의 양 측면 상에서 정밀하게 몰딩된 매끄러운 표면 및 웨브 전체에 걸쳐서 균일하게 보이는 중량 분포를 형성하였다. 생성된 제품은 사람의 코와 입에 걸쳐서 착용될 수 있는 컵 형상 몰딩된 마스크 본체이었다.
실시예 3 내지 실시예 7
다수의 섬유 블렌드를 변화하는 균일성 및 강성의 컵 형상의 제품을 형성하기 위하여 사용하였다. 전술된 바와 같이, 제1 블렌드(실시예 3)는 독일 하테어샤임 소재의 트레비라 게엠베하로부터의 100% 트레비라™ 1.3 데시텍스 × 6 mm PE/PET 2성분 결합제 섬유로 구성되었다. 이 섬유는 양 몰드 표면에 정밀하게 일치되었고, 우수한 강성 및 낮은 보풀성(fuzziness)을 갖는 균일한 웨브를 생성하였다. 다음의 섬유 블렌드(실시예 4)는 대한민국 서울 소재의 후비스 코포레이션(Huvis Corporation)에 의해 후비스(Huvis)™라는 상표명으로 판매되는 100% 6 데니어 × 38 mm PET 2성분 멜티 섬유이었다. 이 섬유 축적물은 잘 몰딩되었지만 보풀성을 나타내고 균일성과 강성이 결여된 웨브를 제조하였다. 제3 섬유 블렌드(실시예 5)는 100% 후비스™ 15 데니어 × 51 mm PET 2성분 결합제 섬유이었다. 이 섬유는 오목한 표면 상에 일부 보풀성을 가지며 예외적으로 우수한 강성 및 우수한 균일성을 나타내는 컵 형상의 구성을 나타내는 안면부 여과식 마스크 본체를 제조하였다. 샘플(실시예 6)을 또한 후비스 코포레이션으로부터의 6 데니어 × 38 mm 2성분 섬유와 트레비라™ 1.3 데시텍스 × 6 mm PE/PET 2성분 결합제 섬유 및 중국 장쑤성 소재의 차이나 소이빈 프로테인 파이버 코포레이션 리미티드(China Soybean Protein Fiber Co. Ltd)로부터의 에코라(Ecora)™ 대두 섬유와 트레비라 1.3 데시텍스 × 6 mm PE/PET 2성분 결합제 섬유의 50/50 블렌드를 사용하여 제조하였다. 이들 블렌드 둘 모두는 적당한 보풀성의 우수한 균일성, 강성 및 형상으로 제조되었다. 10% 트레비라™ 1.3 데시텍스 × 6 mm PE/PET 2성분 결합제 섬유 및 몇몇의 다른 비-결합제 섬유를 포함하는 추가 샘플(실시예 7)을 제조하였다. 일부 이들 샘플은 우수한 균일성과 형상을 가졌지만 보풀이 있고 알맞은 강성이 결여되었다.
실시예 C8 내지 실시예 18
3M 8000 시리즈 호흡기 몰드를 미국 사우스 캐롤라이나 소재의 난 야 플라스틱스 코포레이션(Nan Ya Plastics Corporation)으로부터 100% 4 데니어 × 51 mm 테어린(Tairilin)™ PET/PET 결합제 섬유를 포함하는 일련의 샘플들을 제조하기 위하여 실시예 1에서 기재된 스크린 몰드 대신에 사용하였다. 이들 샘플들을 그 후에 강성 및 압력 강하에 대해 시험하였고 현재의 3M 8000 시리즈 쉘(비교예 C8 및 C9)와 비교하였다. 압력 강하 및 품질 지수(QF)를 세바스챤(Sebastian) 등의 미국 특허 제7,765,698호에 기재된 바와 같이 평가하였다. 표 1은 이들 시험에 대한 결과치를 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001

표 1에서의 데이터는 제품이 본 발명의 방법을 이용하여 성공적으로 제조될 수 있는 것을 나타낸다. 본 발명의 몰딩된 쉘을 가로지르는 압력 강하는 몰딩된 상용입수가능한 호흡기 내의 형상화 층을 가로지르는 압력 강화와 유사하다. 본 발명에 따라 제조된 마스크 본체는 또한 우수한 쉘 강도, 즉 추가 섬유 매스 없이 함몰 저항을 가졌다. 실시예 18은 대전된 섬유를 포함하는 쉘로부터 우수한 필터 성능이 구현될 수 있음을 추가로 나타낸다. 우수한 여과 성능을 나타내는 몰딩된 마스크 본체는 단일-단계 공정으로 제조될 수 있다.
실시예 19
입자 충전식 호흡기 샘플을 두가지의 크기의 활성 탄소 및 두가지 유형의 섬유를 사용하여 제조하였다. 입자를 몰드 스크린 상으로 섬유와 함께 적층하고 중력 공급식 충전기(gravity fed loader)를 사용하여 성형 챔버 내로 충전하였다. 탄소 충전식 호흡기를 60 × 150 메시 탄소 및 트레비라™ 결합제 섬유를 사용하여 제조하였다. 생성된 제품 내의 탄소 입자와 섬유 둘 모두를 균일하게 분포시켰다. 입자는 또한 비교적 적절히 포획되었지만 일부 입자 쉐딩(particle shedding)이 있다. 잘 몰딩된 웨브는 양 측면이 매끄러웠고, 우수한 강성을 가졌다.
실시예 20
탄소 충전식 호흡기를 실시예 19에 기재된 바와 같이 12 × 20 메시 탄소 및 트레비라™ 1.3 데시텍스 × 6 mm 2성분 결합제 섬유를 사용하여 제조하였다. 입자는 매우 잘 포획되었지만 균일하게 분포되지 않았다. 적절히 잘 몰딩된 웨브는 매우 단단했고 에지 주위에 일부 보풀성을 가졌다.
실시예 21
탄소 충전식 호흡기를 60 × 150 메시 활성 탄소 및 후비스™ 15 데니어 × 51 mm PET 2성분 결합제 섬유를 사용하여 실시예 19에 기재된 바와 같이 제조하였다. 이 호흡기 내의 입자는 균일하게 분포되었지만 적절히 포획되지 않았다. 적절히 잘 몰딩된 웨브는 매우 단단했고 에지 주위에 일부 보풀성을 가졌다.
실시예 22
보강 열가소성 메시를 포함한 탄소 충전식 호흡기 샘플을 제조하였다. 이 방법을 일련의 단계로 수행하였다. 우선, 트레비라™ 1.3 데시텍스 × 6 mm 2성분 결합제 섬유 및 탄소의 층을 몰드 상에 형성하였다. 열가소성 메시를 그 뒤에 섬유 웨브의 상부에 배치하였다. 제2 몰드 스크린을 또한 그 뒤에 메시의 상부에서 상부에 배치하였고, 층상 샘플과 스크린 둘 모드를 스크린형 몰드의 2개의 층 사이에 개재된 오븐을 통하여 통과시켰다. 상부 몰드 스크린을 제거하고, 트레비라™ 1.3 데시텍스 × 6 mm 2성분 결합제 섬유 및 탄소의 제2 층을 메시 상에 적층하였다. 상부 몰드 스크린을 교체하고, 웨브를 재차 오븐을 통하여 보냈다. 생성된 호흡기는 입자 및 가스상 여과 능력을 갖는 컵 형상의 제품이었다.
본 발명은 그의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 여러 변형 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 청구의 범위 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 그러한 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims (21)

  1. (a) 컵 형상 몰드를 제공하는 단계와,
    (b) 상기 몰드가 배치되고 느슨한 섬유들이 성형 챔버 내의 공기 내로 도입되는 상기 성형 챔버를 제공하는 단계와,
    (c) 상기 느슨한 섬유들이 상기 성형 챔버 내의 상기 몰드 상에 축적되도록 하는 단계와,
    (d) 상기 섬유들을 섬유 교차 지점에서 서로 접합하는 단계를 포함하는,
    안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몰드는 다공성이며, 상기 섬유는 상기 몰드를 통하여 상기 성형 챔버로부터 공기를 흡입함으로써 상기 성형 챔버 내의 상기 몰드 상에 축적되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 몰드는 상기 몰드와 접촉하는 섬유들을 상기 몰드 상에 잔류시키는 수단을 포함하는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수단은 텍스처화된 표면을 포함하는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 수단은 일련의 핀을 포함하는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 성형 챔버는 룸(room) 또는 밀폐된 영역인, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 성형 챔버는 투명 부분을 포함하여 상기 몰드가 보일 수 있는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 섬유의 접합에 의해 마스크 본체가 형성되고, 상기 방법은 하니스(harness)를 상기 마스크 본체에 고정하는 단계를 추가로 포함하는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 섬유는 상기 마스크 본체 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 과잉의 느슨한 섬유들이 상기 성형 챔버로부터 제거되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 과잉의 느슨한 섬유들이 상기 성형 챔버 내로 재도입되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 미리제조된 섬유질 웨브가 상기 접합 단계 이전에 상기 몰드 상에 배치되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 미리제조된 섬유질 웨브가 상기 접합 단계 이후에 상기 몰드 상에 배치되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 둘 이상의 섬유질 웨브가 상기 몰드 상에 형성되고, 복수의 웨브가 주연부에서 서로 고정되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 둘 이상의 성형 챔버는 상하로 배열되는 둘 이상의 원위치 섬유질 웨브를 형성하기 위해 연속하여 사용되는, 안면부 여과식 호흡기 제조 방법.
  16. (a) 원위치 웨브를 포함하는 마스크 본체, 및
    (b) 상기 마스크 본체에 고정되는 하니스를 포함하는,
    안면부 여과식 호흡기.
  17. 제16항에 있어서, 섬유는 상기 마스크 본체의 원위치 웨브 전체에 걸쳐서 균일하게 분포되는, 안면부 여과식 호흡기.
  18. 제16항에 있어서, 형상화 층, 필터 층, 및 커버 웨브 중 적어도 하나는 원위치에 형성된 웨브인, 안면부 여과식 호흡기.
  19. 제17항에 있어서, 상기 형상화 층 및 상기 필터 층이 원위치 웨브인, 안면부 여과식 호흡기.
  20. 제16항에 있어서, 원위치 필터 층은 부직포 섬유 및 활성 탄소를 포함하는, 안면부 여과식 호흡기.
  21. 제16항에 있어서, 상기 원위치 웨브는 열 접합된 스테이플 섬유 및 대전된 마이크로섬유를 포함하는, 안면부 여과식 호흡기.
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