KR20140111271A

KR20140111271A - 공기 통로를 둘러싸는 오목형 영역이 구비된 발포체 형상화 층을 갖는 호흡기

Info

Publication number: KR20140111271A
Application number: KR1020147018524A
Authority: KR
Inventors: 진호 이; 정철 문; 강수 박; 동선 노
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20130139823A1; IN2014CN04125A; BR112014013539A8; WO2013085898A1; CN103957999A; BR112014013539A2; JP6178334B2; US9027554B2; AU2012348079B2; EP2788091A1; JP2015502218A; AU2012348079A1

Abstract

여과식 안면 마스크(10)는 하니스(14)와 마스크 본체(12)를 갖는다. 마스크 본체(12)는 여과 구조물(18)과 컵-형상 형상화(20) 층을 포함하고, 상기 컵-형상 형상화 층은 내부에 위치된 복수의 유체 투과성 개구를 갖는 폐쇄형 셀 발포체 층을 포함한다. 개구(22)는 오목형 영역(31)에 의해 둘러싸인다. 여과 구조물(18)은 오목형 영역에서 형상화 층(20)과 실질으로 접촉하지 않는다. 형상화 층(20)은 호흡기가 착용될 때 마스크 본체 주연부(19)에서 착용자의 안면과 접촉한다. 오목형 영역에 의해 둘러싸인 개구를 갖는 발포체 형상화 층의 사용은 호흡기의 사용 중에 또한 낮은 압력 강하를 제공하면서 마스크 본체가 붕괴되는 것을 방지하기에 충분한 구조적 완전성 또는 강성을 제공하고, 낮은 호흡 및 연장된 착용자 편안함을 허용할 수 있도록 마스크 내의 공기의 신속한 유체 분배를 제공한다.

Description

공기 통로를 둘러싸는 오목형 영역이 구비된 발포체 형상화 층을 갖는 호흡기{RESPIRATOR HAVING FOAM SHAPING LAYER WITH RECESSED REGIONS SURROUNDING AIR PASSAGEWAYS}

본 발명은 내부에 배치된 일련의 개구를 갖는 발포체 형상화 층을 갖는 안면부 여과식 호흡기에 관한 것으로, 상기 개구는 형상화 층 내의 오목형 영역에 의해 둘러싸인다.

호흡기는 2가지 통상적인 목적, 즉 (1) 불순물 또는 오염물이 착용자의 호흡 경로로 들어가는 것을 방지하기 위함; 및 (2) 다른 사람 또는 물건이 착용자에 의해 호기되는 병원체 및 다른 오염물에 노출되는 것을 보호하기 위함 중 적어도 한 가지의 목적을 위해 사람의 호흡 경로에 걸쳐 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 청정실 내에서와 같이 다른 사람 또는 물건에 대한 오염의 위험이 있는 환경에서 착용된다.

일부 호흡기는 마스크 본체 자체가 여과 기구로서 기능하기 때문에, "안면부 여과식"으로서 분류된다. 부착가능한 필터 카트리지 또는 필터 라이너(예를 들어, 유샤크(Yuschak) 등의 미국 재발행 특허 제39,493호 및 타예비(Tayeb)의 미국 특허 제5,094,236호 참조) 또는 삽입 성형된 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 일반적으로 2가지 카테고리, 즉 편평 절첩식(fold-flat) 호흡기 및 형상화된 호흡기 중 하나에 속한다. 편평 절첩식 호흡기는 편평하게 보관되지만, 마스크가 사용을 위해 컵 형상의 구성으로 펼쳐지도록 하는 시임(seam), 주름(pleat), 및/또는 절첩부를 포함한다. 편평 절첩식 안면부 여과식 호흡기의 예가 보스톡(Bostock) 등의 미국 특허 제6,568,392호 및 제6,484,722호와 첸(Chen)의 제6,394,090호에 제시되어 있다.

대조적으로, 형상화된 호흡기는 원하는 안면-정합(face-fitting) 구성으로 어느 정도 영구적으로 형성되며, 일반적으로 보관 및 사용 중에 그러한 구성을 유지한다. 형상화된 안면부 여과식 호흡기는 통상 열 접합 섬유 또는 투각(open-work) 플라스틱 메시(mesh)로부터 제조되는, 일반적으로 "형상화 층(형상화 층)"으로 지칭되는 성형된 지지 쉘 구조물을 규칙적으로 포함한다. 형상화 층은 주로 여과 층을 위한 지지체를 제공하도록 설계된다. 여과 층에 비해, 형상화 층은 (착용자의 안면에 인접한) 마스크의 내부 부분 상에 존재할 수 있거나, 이는 마스크의 외부 부분 상에, 또는 내부 및 외부 부분 둘 모두의 상에 존재할 수 있다. 여과 층을 지지하기 위한 형상화 층을 개시하는 특허의 예는 베르그(Berg)의 미국 특허 제4,536,440호, 다이루드(Dyrud) 등의 제4,807,619호, 및 스코브(Skov)의 제4,850,347호를 포함한다.

형상화된 호흡기를 위한 마스크 본체를 구성함에 있어서, 여과 층은 전형적으로 형상화 층에 맞대어져 병렬 배치되고, 조립된 층들은 조립된 층들을 가열된 수형 주형 부분과 암형 주형 부분 사이에 배치함으로써(예를 들어, 베르그의 미국 특허 제4,536,440호 참조), 또는 층들을 가열 스테이지를 통해 중첩된 관계로 통과시킨 다음에 중첩된 층들을 안면 마스크의 형상으로 냉간 성형함으로써(크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제5,307,796호 및 스코브의 미국 특허 제4,850,347호 참조) 성형 작업을 받게 된다.

공지된 형상화된 안면부 여과식 호흡기에서, 여과 층은 - 전술된 기법들 중 어느 하나에 의해 마스크 본체로 조립되든지 간에 - 일반적으로 성형된 형상화 층에 결합될 때 곡선 형태를 취한다. 하니스(harness)가 마스크 본체에 고정되면, 제품은 전형적으로 사용 준비가 된다. 때로는 탄성중합체 안면 밀봉부는 정합 및 착용자 편안함을 향상시키도록 이의 주연부에서 마스크 본체에 또한 결합된다. 안면 밀봉부는 호흡기를 착용 중일 때 착용자의 안면과 접촉하도록 반경방향 내향으로 연장될 수 있다. 탄성중합체 안면 밀봉부의 용도를 기재하는 문헌으로는 보스톡(Bostock) 등의 미국특허 제6,568,392호, 스프링젯(Springett) 등의 미국 특허 제5,617,849호, 및 메리야넥(Maryyanek) 등의 미국 특허 제4,600,002호, 및 야드(Yard)의 캐나다특허 제1,296,487호가 포함된다. 추가로, 코 발포체와 코 클립은 안면 윤곽에서 변화가 큰 코 영역에서의 정합을 향상시키도록 마스크 본체에 부착되는데, 예를 들어 칼라토르(Kalatoor) 등의 미국특허 출원공개 제2007/0068529A1호 및 칼라토르의 미국특허 출원 공개 제2008/0023006A1호, 슈(Xue) 등의 국제공개 제WO2007/024865A1호 및 게브레울드(Gebrewold) 등의 국제공개 제WO2008/051726A1호, 및 카스티글리온(Castiglione)의 미국특허 제5,558,089호 및 제Des.412,573호를 참조한다. 호흡기가 이의 사용 수명의 목적을 달성하면, 여과 층은 안면부 여과식 호흡기에서는 교체 불가능하므로 제품은 폐기된다.

본 발명은 일련의 개구가 내부의 오목형 영역에 의해 둘러싸여 배치된 발포체 형상화 층을 갖는 안면부 여과식 호흡기를 개량하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하니스 및 마스크 본체를 포함하는 성형된 안면부 여과식 호흡기를 제공한다. 마스크 본체는 여과 구조물과 컵-형상 형상화 층을 포함하고, 컵-형상 형상화 층은 내부에 위치된 복수의 공기 투과성 개구를 갖는 폐쇄형 셀 발포체 층을 포함한다. 폐쇄형 셀 발포체 층은 또한 복수의 개구를 둘러싸는 오목형 영역(recessed region)을 갖는다.

본 발명에서 발포체 형상화 층의 개방성에도 불구하고, 공기 통로를 둘러싸는 오목형 영역을 갖는 폐쇄형 셀 발포체 형상화 층의 사용은 호흡기의 사용 중에 마스크 본체가 붕괴되는 것을 방지하기에 충분한 구조적 완전성 또는 강성을 제공할 수 있다. 이러한 영역들 사이에 위치된 영역과 오목형 영역은 마스크 본체의 구조적 완전성을 증가시키는 빔 유사 효과를 제공한다. 오목형 영역은 각각 호흡기의 사용 중에 마스크 본체를 가로질러 더 낮은 압력 강하로 형상화 층과 여과 구조물 사이의 유체의 신속한 분배를 허용하는 개별 플리넘과 같이 추가로 기능을 한다. 더 낮은 압력 강하 및 향상된 기류 분배는 본 발명의 호흡기를 착용하기에 더욱 편안하게 할 수 있다. 폐쇄형 셀 발포체 형상화 층은, 탄성중합체 안면 밀봉부, 코 발포체, 또는 코 클립을 부착하거나 사용하지 않고도 마스크 본체가 착용자의 안면에 편안하고 포근하게 정합될 수 있는 마스크 본체 주연부에서의 충분한 유연성을 또한 제공할 수 있다.

용어해설

이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:

"정점 영역"은 마스크 주연부가 표면과 접촉하는 상태로 마스크 본체가 평평한 표면 상에 위치할 때 마스크 본체 상의 가장 높은 지점을 둘러싸는 영역을 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,

"동일공간에 걸쳐"는 또 다른 대상의 표면적에 평행으로 연장되고 표면적의 적어도 80%를 덮는 것을 의미하고,

"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 주로 오염물 여과용으로 설계되지 않는 부직포 섬유 층을 의미하고,

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

"안면부 여과식"은 마스크 본체 자체가 그를 통과하는 공기를 여과하도록 설계되어, 이러한 목적을 달성하기 위해 마스크 본체에 부착되거나 또는 이에 성형되는 별도의 식별가능한 필터 카트리지, 필터 라이너 또는 삽입 성형된 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 구성되며,

"여과 구조물"은 주로 공기를 여과시키기 위해 설계되는 구성물을 의미하고,

"하니스"는 마스크 본체를 착용자의 안면 상에 지지하는 것을 보조하는 구조물 또는 부분들의 조합을 의미하며,

"일체형"은 해당 부분들이 후속하여 함께 결합되는 2개의 별개의 부분들이 아니라 단일 부분으로서 동시에 제조되었음을 의미하고,

"내부 기체 공간"은 마스크 본체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미하며,

"마스크 본체"는, 사람의 코와 입 위에 정합되게 설계되며 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 형성하는 데 도움을 주는 공기 투과성 구조물을 의미하고,

"중간 영역"은 정점 영역과 마스크 본체 주연부 사이의 영역을 의미하고,

"코 클립"은 적어도 착용자의 코 주위에서 밀봉을 개선하기 위해 마스크 본체 상에 사용하도록 구성된 기계 장치(코 발포체와는 상이함)를 의미하고,

"코 발포체"는 호흡기가 착용된 때 코 위에서의 정합 및/또는 착용자의 편안함을 개선하기 위해 마스크 본체의 내부 상에 배치되도록 구성된 다공성 재료를 의미하고,

"부직포"는 섬유가 직조 이외의 수단에 의해 함께 유지되는 구조물 또는 구조물의 부분을 의미하고,

"평행"은 일반적으로 등거리인 것을 의미하고,

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

"중합체" 및 "가소성"은 각각 주로 하나 이상의 중합체를 포함하고 또한 다른 성분을 함유할 수 있는 재료를 의미하고,

"복수의"는 2개 이상을 의미하고,

"오목형 영역"은 형상화 층의 외부 표면으로부터 상당히 오목하게 형성되는 형상화 층의 일부를 의미하며,

"호흡기"는 착용자가 호흡하는 청정 공기를 제공하도록 사람이 코와 입 위의 안면에 착용하는 공기 여과 장치를 의미하며,

"형상화 층"은 정상적인 취급에서 원하는 형상(및 형상화 층에 의해 지지되는 다른 층의 형상)을 유지하기에 충분한 구조적 완전성을 갖는 층을 의미하고,

"밸리" 또는 "리브"는 2개의 오목형 영역들 사이에 위치되는 형상화 층의 일부를 의미하며, 및

"웨브"는 3차원적으로보다 2차원으로 상당히 더 크며 공기 투과성인 구조물을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 안면부 여과식 호흡기(10)의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 마스크 본체(12)의 배면도.
도 3은 본 발명에 따른 형상화 층(20)의 사시도.
도 4는 도 1의 선(4-4)을 따라 취한 마스크 본체(12)의 단면도.

본 발명을 실시함에 있어서, 폐쇄형 셀 발포체 형상화 층을 포함하는 안면부 여과식 호흡기가 제공된다. 형상화 층은 호흡기가 착용될 때 마스크 본체 주연부에서 사람의 안면과 접촉한다. 전형적으로 형상화 층 표면적의 적어도 10%를 점유하는 복수의 충분한 크기로 형성된 공기 투과성 개구를 갖는 형상화 층은 호흡기가 사람에 의해 편안하게 착용될 수 있도록 공기가 여과되기 전에 마스크 본체 내부 기체 공간 내로 용이하게 이동할 수 있게 할 수 있다. 형상화 층은 또한 마스크 본체의 강성을 증가시키고 추가로 내부 기체 공간 내에서 들이쉬어진 공기의 신속한 분배를 허용하는 일련의 오목형 영역 또는 밸리 또는 리브를 갖는다.

호흡기의 사용 중에, 착용자의 폐는 외부 기체 공간으로부터 내부 기체 공간으로 마스크 본체를 통하여 주변 공기를 이동시키기 위해 필요한 에너지를 제공한다. 압력 강하가 낮은 경우 주위 공기를 여과하는 데 필요한 에너지는 적어진다. 장시간 동안 호흡기를 착용하는 경우, 낮은 압력 강하는 청정 공기를 호흡하는 데 필요한 일 또는 에너지가 적어진다는 점에서 착용자에게 매우 이로울 수 있다. 특히, 품질 지수(QF) 측정치의 형태로 입자 침투와 결부 시에 압력 강하는 호흡기 성능의 확립된 척도이다 - 예를 들어, 앙가드지방드(Angadjivand) 등의 미국 특허 제6,923,182호 참조 -. 형상화 층으로서 공기-불침투성 폐쇄형 셀 발포체를 사용하면서 우수한 정합(fit) 및 성능을 나타내는 견고한 안면부 여과식 호흡기를 제공하기 위한 본 발명의 능력은 호흡기 사용자 및 제조자에게 특히 이로울 수 있다.

도 1은 마스크 본체(12) 및 하니스(14)를 포함하는 안면부 여과식 호흡기(10)를 도시하고 있다. 하니스(14)는 탄성 재료로부터 제조될 수 있는 하나 이상의 스트랩(16)을 포함할 수 있다. 하니스 스트랩은 접착제 수단, 접합 수단, 또는 기계적 수단(예를 들어, 카스티글리온(Castiglione)의 미국특허 제6,729,332호 참조)을 비롯한 다양한 수단에 의해 마스크 본체에 고정될 수 있다. 하니스는 예를 들어 마스크 본체에 초음파 용접되거나 또는 마스크 본체에 스테이플러로 고정될 수 있다. 마스크 본체(12)는 여과 구조물(18) 및 형상화 층을 포함한다. 여과 구조물(18)은 형상화 층의 외부에 위치하고, 전방으로부터 볼 수 있다. 여과 구조물(18)은 마스크 본체 주연부(19)를 따라 형상화 층에 결합될 수 있다.

도 2는 마스크 본체(12)의 배면, 특히 폐쇄형 셀 발포체 재료를 포함하는 내부 형상화 층(20)을 도시한다. 형상화 층(20)은 호흡기를 착용하는 경우 마스크 본체 주연부(19)에서 착용자의 안면과 접촉한다. 형상화 층(20)은 일반적으로 약 10 내지 50 제곱 센티미터(㎠), 더욱 통상적으로는 12 내지 30 ㎠의 등가 호흡 개구(EBO: Equivalent Breathing Opening)를 형상화 층에 제공하기에 충분한 크기인 복수의 개구(22)를 포함한다. 개구는 형상화 층의 총 표면적의 적어도 5%, 전형적으로 적어도 8%, 더욱 전형적으로는 약 12% 내지 40%를 일괄적으로 점유한다. 개구(22)는 마스크 본체의 정점 영역(24)뿐만 아니라 중간 영역(26)에 위치할 수 있다. 개구(22)는 마스크 본체의 주연부 영역(28)으로 아래쪽으로 더 연장될 수 있다. 중간 영역은 전형적으로 약 300 제곱 밀리미터 내지 500 제곱 밀리미터(㎟)를 점유한다. 개구(22)는 도 2에 도시된 바와 같이 마스크 본체(12)를 후방으로부터 볼 때, 오목형 영역(31)들 사이의 밸리와 같이 보이는 리브(30)에 의해 서로 분리된다. 리브(30)는 일반적으로 폭이 약 2 mm 내지 15 mm, 더욱 일반적으로는 폭이 약 3 mm 내지 7 mm이다. 개구(22)는 원형, 계란형, 타원형, 마름모꼴, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다이아몬드형 등을 비롯한 다양한 형상을 취할 수 있다. 개구는 또한 오목형 영역(31)에 의해 둘러싸인다. 오목형 영역(31)은 오목형 영역이 둘러싸는 개구를 포함하는, 형상화 층(20)의 총 표면적의 약 10% 내지 70%, 더욱 전형적으로는 형상화 층(20)의 총 표면적의 약 12% 내지 40%를 일괄적으로 점유한다. 각각의 오목형 영역은 개별적으로 전형적으로는 그 내부에 개구를 포함하는 표면적이 약 3 내지 25 제곱 센티미터(㎠), 더욱 전형적으로는 5 내지 20 ㎠을 점유한다. 형상화 층의 면적은 오목형 영역의 측벽을 포함하도록 측정된다. 오목형 영역은 3 밀리미터 내지 1 센티미터, 보다 전형적으로는 약 4 mm 내지 7 mm로 형상화 층의 외부 표면 또는 여과 구조물로부터 오목하게 형성된다. 오목형 영역(31)은 또한 원형, 타원형, 삼각형, 마름모꼴, 직사각형, 및 개구 형상에 대해 전술된 것들과 같은 다양한 형태로 될 수 있다. 리브(30)는 일반적으로 오목형 영역들 사이의 마스크 정점으로부터 반경방향 외향으로 연장된다.

호기 밸브가 안면부 여과식 호흡기 상에 위치될 때, 이는 정점 영역(24)에서 마스크 본체에 고정될 수 있다. 대안으로, 프레임은 호기 밸브를 수용하도록 마스크 본체의 정점 영역(24)으로 성형될 수 있다 - 마틴(Martin) 등의 미국특허 출원공개 제2009/0078264A1호 참조 -. 따라서, 호기 밸브가 필요한 경우, 여과 구조물을 통해 유체 유동을 수용하기 위하여 형상화 층에 제공되는 개구는 일반적으로 호기 밸브를 수용하는 정점 영역(즉, 프레임이 위치하는 곳)의 부분에는 없을 수 있다.

도 3은 오목형 영역(31)들 사이에 위치된 리브(30)를 갖는 각각의 오목한 영역(31) 및 마스크 본체(12)의 전방 측면을 도시한다. 리브는 호흡기가 조립될 때 그 위에 배치되는 여과 구조물 내의 재료와 접촉한다. 오목형 영역(31)은 형상화 층(20)의 외부 표면(32)으로부터 반경방향 내향으로 오목하게 형성된다. 따라서, 여과 구조물(18)(도 1 및 도 4)은 오목형 영역(31) 내에서 형상화 층(20)의 외부 표면(32)과 접촉하지 않거나 또는 실제로 접촉하지 않는다.

도 4는 형상화 층(20)이 복수의 층을 포함할 수 있음을 도시한다. 제1 내부 유연성(compliant) 층(33)은 외부 구조적 발포체 층(34)보다 낮은 밀도를 나타내는 폐쇄형 셀 발포체 재료로 제조될 수 있다. 내부 유연성 층은 약 0.02 내지 0.1 g/㎤의 겉보기 밀도를 나타낼 수 있다. 내부 층(33)의 압축 강도는 약 0.25 킬로파스칼 내지 1 킬로파스칼(KPa), 더욱 전형적으로는 약 0.3 KPa 내지 0.5 KPa일 수 있다. 제2 외부 발포체 층(34)은 약 0.05 내지 0.5 g/㎤의 겉보기 밀도 및 약 0.25 내지 3 KPa, 더욱 통상적으로는 약 1 내지 2.5 KPa의 압축 강도를 나타낼 수 있다. 밀도가 덜 치밀하므로, 내부 층(33)은 포근하고 편안한 정합을 제공하도록 안면 특징부에 더욱 편안하거나 유연해지는 경향이 있다. 내부 발포체 층에 대한 대안으로서, 부직포 웨브가 형상화 층을 위한 유연성 안면 접촉 층을 제공하는 데 사용할 수 있다. 적절한 안면 접촉 층으로서 제공하기 위하여, 섬유 내부 층은 제2 외부 층에 접합될 수 있어야 하고, 부드러운 느낌을 가져야 하고, 추가적인 편안함을 주는 땀 흡수 특성을 제공할 수 있다. 섬유 내부 층의 예에는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 또는 레이온의 카디드 웨브 또는 스펀디드 웨브 또는 직물이 포함될 수 있다. 층들은 화학적 및 물리적 접합을 비롯한 다양한 기법으로 서로 결합될 수 있다. 여과 구조물(18)도 하나 이상의 부직포 섬유 재료의 층, 예컨대 여과 층(36) 및 발포체 형상화 층(20)의 외부 또는 상류에 있는 내부 및 외부 커버 웨브(38, 38')를 포함할 수 있다. 커버 웨브(들)(30, 38')는 여과 층(38)을 보호하도록 그리고 여과 층(36)에 있는 섬유가 마스크 본체(12)로부터 느슨해지지 않도록 제공될 수 있다. 2개의 커버 웨브(38, 38')가 도시되어 있지만, 여과 구조물은 외부 커버 웨브(38)만을 구비하거나 또는 커버 웨브를 전혀 구비하지 않도록 형성될 수 있다. 호흡기의 사용 중에, 공기는 마스크 내부로 유입되기 전에 형상화 층(20)의 층들(38, 36, 38')과 개구(22)를 순차적으로 통과한다. 오목형 영역(31)은 각각 마스크 본체 내부 기체 공간 내로 여과된 공기를 신속히 분배하는 것을 돕는 플리넘(plenum)으로서 기능을 한다. 마스크 본체(12)의 내부 기체 공간 내에 존재하는 공기는 이어서 착용자가 들이쉴 수 있다. 착용자가 내쉬는 경우, 공기는 반대 방향으로 층들(20, 38', 36 및 38)을 순차적으로 통과한다. 대안으로, 호기 밸브(도시하지 않음)가 마스크 본체(12) 상에 제공되어 내쉰 공기가 여과 구조물(18)을 통과하지 않으면서 외부 기체 공간으로 유입되도록 내부 기체 공간으로부터 신속하게 퍼징될 수 있다. 전형적으로, 커버 웨브(들)(38, 38')는 낮은 압력 강하를 제공하면서 최종 제품에 중량을 거의 부가하지 않는 부직포 재료를 선택하여 제조된다. 여과 구조물과 함께 사용될 수 있는 다양한 필터 층 및 커버 웨브(들)의 구성은 이하에서 더 상세히 기술된다. 본 발명의 안면부 여과식 호흡기는 120 ㎩ 미만, 더욱 바람직하게는 100 ㎩ 미만, 및 더 더욱 바람직하게는 90 ㎩ 미만의 압력 강하를 나타낸다. 품질 인자(QF)는 0.5 초과, 0.6 초과, 및 심지어 0.8 초과일 수 있다. 여과 구조물(18) 및 형상화 층(20)(도 3)을 포함하는 마스크 본체(12)는 적어도 4 뉴턴(N), 적어도 약 6 N, 심지어 적어도 8 N의 강성을 나타낼 수 있다. 강성은 후술하는 마스크 강성 시험에 따라 결정될 수 있다.

본 발명과 함께 사용되는 마스크 본체는 도 1에 도시된 바와 같은 곡선 반구 형상을 가질 수 있거나(또한, 디루드(Dyrud) 등의 미국특허 제4,807,619호 참조), 또는 여러 상이한 형상 및 형태를 취할 수 있다 - 예를 들어 자푼티치(Japuntich)의 미국특허 제4,827,924호를 참조 -. 전술된 바와 같이, 형상화 층은 상이한 밀도를 갖는 하나 이상의 발포체 층을 포함할 수 있다. 발포체 층들은 또한 상이한 중합체 재료로부터 제조될 수 있다. 내부 층, 즉 안면에 더 가까운 층은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄, 또는 천연 고무 또는 합성 고무로부터 제조될 수 있다. 외부 층은 다음의 중합체: 폴리프로필렌, 에틸 비닐 아세테이트, 폴리아미드 또는 폴리에스테르 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복수의 층 형상화 층은 부직포 또는 직물, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리아미드 또는 폴리프로필렌 또는 레이온으로부터 제조될 수 있다. 여과 구조물이 여과 층 및 커버 웨브를 포함하는 다수의 층으로 도시되지만, 여과 구조물은 단순히 여과 층들의 조합 또는 여과 층(들)과 커버 웨브(들)의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리-필터(pre-filter)가 더 미세한 및 선택적인 하류 여과 층의 상류에 배치될 수 있다. 추가로, 활성탄과 같은 수착 재료가 여과 구조물을 포함하는 섬유들 및/또는 다양한 층들 사이에 배치될 수 있지만, 이러한 수착 재료는 원하는 포근한 정합을 희생시키지 않도록 코 영역에는 없을 수 있다. 또한, 미립자 및 증기 둘 모두에 대한 여과를 제공하기 위해 별개의 미립자 여과 층이 흡착 층과 함께 사용될 수 있다. 여과 구조물은 사용 중에 컵 형상의 구성을 제공하는 것을 보조하는 하나 이상의 강화 층을 포함할 수 있다. 여과 구조물은 또한 이의 구조적 완전성에 기여하는 용접 또는 접합 선과 같이 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)(예컨대, 혈액)이 여과 층을 통과하는 것을 방지하기 위해, 여과 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 본체에서 유리하게 이용될 수 있는 필터는 마스크 착용자의 호흡 작업을 최소화하기 위해 압력 강하가 대체로 낮다(예를 들어, 초당 13.8 센티미터의 면속도에서 약 200 내지 300 파스칼 미만). 추가적으로, 여과 층은 가요성을 갖고, 이들 여과 층이 예상되는 사용 조건 하에서 그 구조를 대체적으로 유지하기에 충분한 전단 강도를 갖는다. 입자 포획 필터의 예에는 미세 무기 섬유(예를 들어, 섬유 유리) 또는 중합체 합성 섬유의 하나 이상의 웨브가 포함된다. 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.

여과 층은 전형적으로 요구되는 여과 효과를 달성하도록 선택된다. 여과 층은 일반적으로 여과 층을 통과하는 기체 스트림으로부터 입자 및/또는 다른 오염물을 높은 비율로 제거할 것이다. 섬유 필터 층에 대해, 선택된 섬유는 여과될 물질의 종류에 따르며, 전형적으로 이들 섬유가 제조 작업 동안 서로 접합되지 않도록 선택된다. 지시된 바와 같이, 여과 층은 다양한 형상 및 형태로 형성될 수 있고, 전형적으로 약 0.2 밀리미터(mm) 내지 1 센티미터(cm), 더 전형적으로는 약 0.3 mm 내지 0.5 cm의 두께를 가지며, 대체로 평면인 웨브일 수 있거나, 확장된 표면적을 제공하도록 물결 모양으로 주름질 수 있는데, 예를 들어, 브라운 등의 미국 특허 제5,804,295호 및 제5,656,368호를 참조한다. 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 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, 큐빅(Kubik) 등의 미국 특허 제4,215,682호 참조). 이들 멜트-블로운 섬유는 약 20 마이크로미터(μm) 미만, 전형적으로 약 1 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 함유하는 BMF 웨브가 특히 선호된다. 멜트블로운 웨브는 에릭슨(Erickson) 등의 미국 특허 제7,690,902호에 기재된 장치 및 다이를 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 반 턴하우트(van Turnhout)의 미국 재발행 특허 제31,285호에서 교시된 바와 같은 전기 하전된 미소섬유형 필름 섬유 뿐만 아니라, 로진-울 섬유 웨브 및 특히 마이크로섬유 형태의 유리 섬유 또는 용액-블로운 또는 정전기적으로 분무된 섬유 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 여과 층의 섬유 표면에 배치되어 유성 안개(oily mist) 환경에서 여과 성능을 개선시킬 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 전기 하전되고 임의로 불소화될 경우, 평량은 각각 약 20 내지 40 g/m² 및 약 10 내지 30 g/m²일 수 있다.

커버 웨브는 마스크 본체 내의 느슨한 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 섬유로 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 더 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 웨브용 BMF 재료를 제조하기에 적합한 공정이 사비(Sabee) 등의 미국 특허 제4,013,816호에 기술되어 있다. 웨브는 매끄러운 표면, 전형적으로 매끄러운 표면의 드럼 또는 회전 수집기 상에 섬유를 수집함으로써 형성될 수 있는데, 베리건(Berrigan) 등의 미국 특허 제6,492,286호를 참조한다. 스펀-본드 섬유가 또한 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 후에 웨브 표면으로부터 돌출되는 아주 적은 수의 섬유를 가지며, 따라서 매끄러운 외부 표면을 갖는다. 본 발명에 사용될 수 있는 커버 웨브의 예는, 예를 들어 앙가지반트의 미국 특허 제6,041,782호, 보스톡 등의 미국 특허 제6,123,077호, 및 보스톡 등의 국제 출원 공개 WO 96/28216A호에 개시되어 있다.

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 연장할 수 있거나 또는 스트랩은 추가 체결구 또는 버클에 의해 함께 결합될 수 있는 복수의 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 스트랩은, 체결구에 의해 함께 결합되며 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 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 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 등의 국제 공보 WO2009/038956A2호에 도시되어 있다.

지적한 바와 같이, 내부 기체 공간으로부터 내쉰 공기를 정화시키는 것을 용이하게 하기 위해 호기 밸브가 마스크 본체에 부착될 수 있다. 호기 밸브의 사용은 마스크 내부로부터 덥고 습한 호기된 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(Japuntich) 등의 미국 특허 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 미국 특허 제7,849,856호 및 제6,883,518호; 및 바우어의 재발행 특허 제37,974호를 참조한다. 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

시험 방법

하기 시험 방법을 사용하여 필터 웨브, 성형 발포체 요소 및 완성된 마스크를 평가하였다:

미입자 침투 및 압력 강하

필터 웨브와 완성된 마스크 둘 모두에 대한 입자 침투 및 압력 강하 측정치를 TSI 인코포레이티드(TSI Incorporated)(미국 미네소타 세인트 폴 소재)로부터의 AFT 시험기, 모델 8130을 사용하여 측정하였다. 20 mg/㎥의 농도 및 13.8 cm/초의 면 속도로 전달된 염화나트륨 (NaCl) 도전물을 시험 에어로졸로 사용하였다. 시험 동안, 필터 웨브 또는 마스크의 하류측에서 에어로졸의 농도를 측정하고 도전물 농도와 비교하였다. 시험 대상체의 침투율은 염화나트륨의 하류 농도를 도전물의 상류 농도로 나눈 것의 백분율로 제공되었으며, 침투율로 보고하였다. 필터 효율에 추가로, 시험 대상체를 가로지르는 압력 강하를 파스칼(Pa)로 기록하고 보고하였다.

마스크 강성

마스크의 강성을 미국 노스 캐롤라이나주 그린스보로 하이 포인트 로드 2620 소재의 제이.에이. 킹 앤드 컴퍼니(J.A. King & Co)로부터 입수가능한 킹 강성 시험기(King Stiffness Tester); 모델 SASD-672를 사용하여 측정하였다. 강성을, 2.54 cm-직경의 피아트-표면 프로브(fiat-faced probe)를 안면 마스크의 정점으로 미는데 필요한 힘으로 측정하였다. 시험을 수행하기 위하여, 프로브를 고정물 플랫폼 상에 정치된 마스크의 정점에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 프로브를 마스크가 21 밀리미터로 압축되도록 32 mm/초의 크로스 헤드 속도로 마스크를 향해 연장시켰다. 프로브의 완전 연장의 종료 시에, 마스크를 압축하는데 필요한 힘을 뉴턴(N)으로 기록하였다.

겉보기 발포체 밀도

발포체 재료의 겉보기 밀도를 ASTM D3575-08, 서픽스(Suffix) W, 방법 A에 의해 측정하였다. 겉보기 밀도의 값은 세제곱 센티미터 당 그램(g/㎤)으로 보고하였다.

압축 강도

발포체의 압축 강도를 ASTM D3575-08, 서픽스 D에 의해 측정하였다. 압축 강도에 대한 값은 킬로파스칼(㎪)로 보고하였다.

등가 호흡 개구

먼저 마스크의 발포체 층을 통한 대표적인 호흡 개구의 유압 반경(Rh)을 찾아냄으로써 마스크의 등가 호흡 개구(EBO)를 측정하였다. 개구의 유압 반경은 개구의 면적을 개구 주연부 길이로 나눔으로써 계산하였다. 대표적인 개구의 면적 및 주연부를 광학 비교기(DZ2, 고배율 줌 현미경(High Magnification Zoom Microscope), 유니온 옵티컬 컴퍼니, 리미티드(Union Optical Co., LTD) 및 이미지-프로® 플러스(Image-Pro® Plus), 미디어 사이버네틱스, 인코포레이티드(Media Cybernetics, Inc.))를 사용하여 측정하였다. 하나 초과의 호흡 개구 구성이 마스크에 사용될 경우, 그 후에 각각의 대표적인 개구의 유압 반경을 측정하였다

(여기서, n은 특정 개구 크기를 나타냄). 그 후, EBO는 다음과 같이 계산하였다:

여기서,

은 입도 n의 대표적인 개구의 수이고,

는 대표적인 개구 n의 유압 반경이다.

모두 동일한 유압 반경의 n개의 개구를 갖는 마스크의 경우, EBO는 하기 식으로 계산될 수 있다:

유압 반경의 값은 센티미터(cm)로 제공되었으며, EBO의 계산 값은 제곱센티미터(㎠)로 제공되었다.

실시예 1

본 발명의 컵-형상 마스크를 2개의 기본 요소, 구조적 발포체 형상화 층 및 여과 예비성형품으로부터 제조하였다. 구조적 발포체 형상화 층은 먼저, 2개의 재료 층: 내부 유연성 층 및 외부 구조적 층을 적층하여 제조되었다. 외부 구조적 층에 대해 사용된 재료는 폐쇄형 셀 폴리프로필렌 발포체, 에필론(EPILON®) Q1001.1 W(대한민국 대전시 소재 용보 케미컬(Yongbo Chemical)에 의해 공급됨)이었다. 외부 구조적 층의 겉보기 밀도 및 압축 강도는 각각 0.1013 g/㎤ 및 1.14 ㎪이었다. 내부 유연성 층 재료는 폐쇄형 셀 폴리에틸렌 발포체, 에필론® R3003 W(또한, 대한민국 대전시 소재 용보 케미칼로부터 입수가능함)이었다. 발포체의 겉보기 밀도 및 압축 강도는 각각 0.0322 g/㎤ 및 0.32 ㎪이었다. 층들의 적층을 화염 적층 공정(flame lamination process)을 통해 수행하였다.

화염 적층은 연속 롤 적층 공정에서 외부 구조적 발포체 층의 면을 제어된 화염에 노출시키는 것을 포함하였다(여기서, 발포체의 표면은 약 200℃로 가열됨). 그 후에, 적층기 상 롤로부터 인출된 유연성 발포체 층을 제어된 라인 장력하에 가열된 발포체 표면과 직접 접촉시켰다. 그 후, 층을 20 cm 직경의 롤링 맨드릴(mandrel) 위로 45도의 접근 각도로 통과시켰다. 라인 장력 및 롤링 맨드릴과의 접촉으로 인한 압축 하에 가열된 발포체를 냉각시켜 층들을 그의 계면에서 응집 접합시켰다. 적층기 라인 장력 및 속도는 각각 3 N/cm (라인폭) 및 15.1 m/분이었다. 그 후에, 적층된 구조물을 룰 다이를 사용하여 적층물을 통해 절단시킨 호흡 개구의 패턴으로 천공하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 삼각형 및 마름모꼴 패턴이 나타내진 오목형 영역에 의해 둘러싸이고 일반적으로 균등하게 이격된 12개의 삼각형 및 마름모꼴 개구가 있다. 형상화 개구는 측면 길이가 8 mm 내지 35 mm이었다. 12개의 개구는 일반적으로 마스크 본체의 중간 영역으로 구성된 면적에 걸쳐 생성되었다. 위에서 홀 패턴이 절단되는 형상화 층의 중간 영역은 약 92 mm의 큰 주연부 및 약 28 mm의 작은 주연부를 가졌고, 약 423 ㎟의 면적을 점유하였다. 마스크의 코 브릿지로서 생성될 것 근처의 형상화 층은 절단되지 않은 채 남아있었다. 그 후에, 다이 절단 발포체 적층물 시트가 성형 단계를 통해 도 1 내지 도 4에 도시된 마스크의 구조적 컵-형상의 구성으로 형성되었다. 절단 적층물의 오목형 영역 성형은 적층된 층을 정합하는 암형 및 수형 주형 절반부 사이에서 압축시킴으로써 행하였다.

일반적으로 반구형 마스크-형상의 암형 주형은 약 55 mm의 깊이 및 310 ㎤의 부피를 갖고, 주형의 수형 부분은 주형의 암형 절반부에 상응하였다. 성형 단계에서, 주형의 수형 및 암형 절반부를 약 105℃로 가열하였다. 그 후에, 마스크의 코부분이 적절히 배향되도록 적층된 시트를 주형 절반부들 사이에 넣고, 주형을 2.5 mm의 간격으로 폐쇄시켰다. 주형을 개방하고 구조적 컵을 제거하기 전에 약 10 내지 15초의 잔류 시간을 유지하였다. 성형 단계 후에, 마스크 내의 개구는 일반적으로 크기가 균일하였으며, 1.4 내지 4.62 mm의 Rh를 갖는 것으로 측정되었다. 형상화 층은 약 15.9 m²의 EBO를 가졌다. 개구는 형상화 층의 총 표면적의 10%를 점유하였다. 개구는 도 2에 도시된 바와 같이 마스크 본체의 중간 영역에 배치되었다. 개구는 마스크 본체를 후방으로부터 볼 때, 오목형 영역들 사이의 밸리와 같이 보이는 리브에 의해 서로 분리되었다. 리브는 폭이 약 4 ㎜이었다. 개구는 형상화 층의 외부 표면으로부터 5 mm의 깊이로 나타내진 오목형 영역에 의해 둘러싸였다. 오목형 영역은 형상화 층의 총 표면적의 약 14%를 일괄적으로 점유하였다. 각각의 오목형 영역은 개별적으로 그 내부에 개구를 포함하는 표면적이 약 6.4 내지 14.1 ㎠ 을 점유하였다.

마스크의 여과 요소를 예비성형품으로 제조하고, 컵-형상의 형상화 층에 부착시켰다. 예비성형품은 필터와 보호용 커버 웨브를 함께 성층하고, 층을 통해 형성 에지를 초음파 용접시켜 제조하였다. 예비성형품을 제조하기 위하여, 198 cm × 202 cm 재료 시트를 커버-웨브/필터-웨브/필터-웨브/커버-웨브의 순서로 적층하였다. 그 후에, 포물선형 곡선을 층을 통해 용접하였으며, 생성된 형상은 구조적 발포체 컵의 아치형 프로파일과 닮았다. 예비성형품에 사용된 커버 웨브는 제곱미터 당 30 그램(gsm)의 폴리프로필렌 스펀 본드, 리베센(LIVESEN®) 30 SS(대한민국 서울 소재 토레이 어드밴스드 머티리얼 코리아 인코포레이티드(Toray Advanced Material Korea Inc)로부터 입수가능함)이었다. 사용된 필터 웨브는 문헌 [Davis, C. N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 기재된 방법에 따라 계산 시, 9 미크론(μm)의 유효 섬유 직경(EFD)을 갖는 110 g/m2(gsm)의 블로운 마이크로섬유 웨브이었다. 마이크로섬유 웨브는 13.8 파스칼(Pa)의 압축 부하에 노출되었을 때 1.7 밀리미터(mm)의 두께를 가졌다. 마이크로섬유 웨브는 문헌 [Wente, Van A, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chern., 1342 et seq. (1956)]에 일반적으로 교시된 방법을 사용하여 폴리프로필렌(미국 텍사스 휴스톤 소재의 피나 오일 앤드 케미컬 컴퍼니(Fina Oil and Chemical Co)로부터의 피나(Fina) 3857)으로부터 제조하였다. 영구 정전기적 하전(일렉트릿)을 미국 특허 제6,119,691호에 일반적으로 기재된 방법에 의해 마이크로섬유 웨브에 유도하였다. 생성된 웨브는 3.2%의 침투율 및 73.5 Pa의 압력 강하를 가져서 0.46의 품질 인자 QF를 제공하였다. 실시예의 마스크를 형성하기 위하여, 커버 웨브 및 필터 매체의 적층물인 예비성형품을 펼치고, 형상화 층 상에 배치하였으며, 필터 매체는 컵을 향하였다. 그 후에, 조립체를 초음파 용접을 사용하여 마스크 기저 둘레로 에지 밀봉하여 예비성형품을 그의 외부 림에서 형상화 층에 융합시키고, 초과 재료를 잘라내었다.

분쇄 저항(강성), 입자 침투율 및 압력 강하에 대하여 마스크를 평가하였다. 시험 결과는 표 1에 제공되었으며, 또한 EBO 값을 포함하였다.

실시예 2

실시예 2를 생성된 개구가 직경이 5 mm인 원형-형상의 홀인 것을 제외하고 실시예 1에 따라 제조하였다. 이들 홀은 전술된 오목형 영역에 배치되었다. 12개의 오목형 영역에는 대략 80개의 홀이 있었다. 마스크 본체 내의 개구는 일반적으로 크기가 균일하였으며, 1.3 mm의 Rh 범위를 갖는 것으로 측정되었다. 형상화 층의 EBO는 약 15.7 ㎠이었다. 개구는 형상화 층의 총 표면적의 약 26%를 점유하였다.

실시예 3

실시예 3을 열 접합된 부직포 웨브가 유연성 층으로 사용되는 것을 제외하고 실시예 1과 같이 제조하였다. 4 데니어(dpf) 저 용융 섬유(LMF 4 DE', 51 mm, 대한민국 서울 소재의 후비스 코포레이션(Huvis Corp)) 및 6 데니어 폴리에스테르 스테이플 섬유(RSF 6 DE', 38 mm, 대한민국 서울 소재 후비스 코포레이션)의 블렌드를 사용하여 란도 웨버 에어-레잉 기계(Rando Webber air-laying machine)(미국 뉴욕 마세돈 소재의 란도 머신 코포레이션(Rando Machine Corporation)으로부터 입수가능함) 상에서 200 gsm 부직포 웨브를 제조하였다. 블렌드의 조성은 70 중량％의 4 dpf 섬유 및 30 중량％의 6 dpf 섬유이었다. 느슨한 웨브를 30초 동안 120℃의 오븐을 통해 통과시켜 열 접합시켰다.

실시예 4

실시예 4를 실시예 2의 호흡 개구 패턴이 사용된 것을 제외하고는 실시예 3과 같이 제조하였다.

분쇄 저항 (강성), 입자 침투율 및 압력 강하에 대하여 마스크를 평가하였다. 시험 결과는 표 1에 제공되었으며, 또한 EBO 값을 포함하였다.

비교예 1

비교예 1을 동일한 여과 층 및 통상적인 부직포 내부 층을 사용하여 실시예 1에 기재된 방식으로 제조 및 시험하였다.

실시예의 마스크는 일반적으로 비교예 샘플보다 높은 압력 강하를 나타내지만, 착용하기에 편안하고 우수한 안면 정합성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 형상화 층은 전체 마스크 형태를 유지하는 한편, 내부의 유연성 층은 착용자의 코 및 아래턱 영역 주위에 부합되어 정합성을 개선시키는 것으로 관찰되었다. 마스크를 통한 호흡 저항은 놀랍게도 형상화 층의 크기조절가능한 부분이 발포체에 의해 폐쇄되었음에도 불구하고 낮았다.

Claims

(a) 하니스(harness); 및
(b) 마스크 본체를 포함하며,
상기 마스크 본체는,
(i) 여과 구조물과;
(ii) 복수의 공기 투과성 개구가 내부에 위치되고 상기 복수의 개구를 둘러싸는 오목형 영역을 갖는 폐쇄형 셀 발포체 층을 포함하는 컵-형상 형상화 층을 포함하는, 안면부 여과식 호흡기(filtering face-piece respirator).
제1항에 있어서, 상기 오목형 영역은 3 밀리미터 내지 1 센티미터로 상기 여과 구조물로부터 오목하게 형성되는, 안면부 여과식 호흡기.
제2항에 있어서, 상기 오목형 영역은 4 밀리미터 내지 7 밀리미터로 상기 여과 구조물로부터 오목하게 형성되는, 안면부 여과식 호흡기.
제3항에 있어서, 상기 마스크 본체는 코 발포체 및 탄성중합체 안면 밀봉부가 없는, 안면부 여과식 호흡기.
제2항에 있어서, 상기 오목형 영역은 상기 형상화 층의 총 표면적의 10% 내지 70%를 일괄적으로 점유하는, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 유체 투과성 개구는 상기 형상화 층의 총 표면적의 10% 내지 30%를 점유하는, 안면부 여과식 호흡기.
제5항에 있어서, 상기 유체 투과성 개구는 상기 형상화 층에 10 ㎠ 내지 50 ㎠의 EBO를 제공하는, 안면부 여과식 호흡기.
제5항에 있어서, 상기 개구는 상기 형상화 층에 12 ㎠ 내지 30 ㎠의 EBO를 제공하는, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 상기 여과 구조물은 적어도 상기 마스크 본체의 전체 주연부를 따라 상기 형상화 층에 결합되는, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 상기 마스크 본체는 적어도 2 뉴턴의 강성을 갖는, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 상기 마스크 본체는 적어도 2.5 뉴턴의 강성을 갖는, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 상기 여과 구조물은 상기 호흡기가 착용될 때 상기 형상화 층이 상기 마스크 본체 주연부에서 착용자의 안면과 접촉하도록 상기 마스크 본체 위에 배치되는, 안면부 여과식 호흡기.
제2항에 있어서, 상기 오목형 영역은 각각의 오목형 영역 내에 둘러싸인 개구를 포함하여 3 제곱 센티미터 내지 25 제곱 센티미터를 각각 점유하는, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 상기 오목형 영역은 상기 오목형 영역이 둘러싸는 상기 개구를 포함하여 상기 형상화 층의 총 표면적의 12% 내지 40%를 일괄적으로 점유하는, 안면부 여과식 호흡기.
제14항에 있어서, 상기 오목형 영역은 형상화 층의 외부 표면 영역으로부터 4 mm 내지 7 mm로 오목하게 형성되는, 안면부 여과식 호흡기.
제15항에 있어서, 상기 오목형 영역은 상기 형상화 층의 중간 영역에 존재하는, 안면부 여과식 호흡기.
제16항에 있어서, 상기 오목형 영역은 형상이 삼각형 및 직사각형인, 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 인접한 오목형 영역들 사이에 리브가 있는, 안면부 여과식 호흡기.
제2항에 있어서, 상기 리브는 폭이 2 밀리미터 내지 1 센티미터인, 안면부 여과식 호흡기.
(a) 하니스; 및
(b) 마스크 본체를 포함하며,
상기 마스크 본체는,
(1) 여과 구조물과;
(2) 폐쇄형 셀 발포체 층을 포함하는 컵-형상 형상화 층을 포함하며, 상기 컵-형상 형상화 층은 (i) 내부에 위치된 복수의 유체 투과성 개구, (ii) 적어도 3 mm로 오목하게 형성되고 각각의 유체 투과성 개구를 둘러싸는 오목형 영역, 및 (iii) 인접한 오목형 영역들 사이에 위치된 리브를 가지며, 상기 여과 구조물은 상기 형상화 층과 접촉하지만 이러한 접촉이 상기 오목형 영역에서는 발생하지 않고, 상기 오목형 영역은 상기 형상화 층의 총 표면적의 10% 내지 70%를 일괄적으로 점유하며, 상기 발포체 형상화 층은 상기 마스크 본체의 주연부를 따라 존재하는, 안면부 여과식 호흡기.