TWI238729B - Filtering face mask that uses an exhalation valve that has a multilayered flexible flap - Google Patents

Description

1238729 ⑴ 政、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 本發明係關於一種濾過用面罩，其使用多層撓性口蓋作 為面罩的呼氣閥或吸氣閥的動力機械元件。 背景 在污染環境中工作的人普遍戴濾過用面罩保護自己免 於吸入空氣中的污染物。濾過用面罩典型上具有纖維或吸 附劑濾器，能夠移除來自空氣的微粒及/或氣態污染物。 當在污染環境中穿戴面罩時，穿戴者知道健康受到保護所 以舒適，然而，他們卻同時由於呼出的濕熱空氣聚集於臉 部附近而不舒適。臉部越不舒適，穿戴者從臉部移除面罩 以減輕不悦狀態的機會越大。 為了降低在穿戴者將在污染環境中從臉部移除面罩的 可能性，濾過用面罩製造業者常在面罩主體上安裝呼氣闕 ’使呼出的濕熱空氣能夠從面罩内部迅速清除。因為面罩 穿戴者較不可能從臉部移除面罩以除去在口鼻周圍的濕 熱環境，所以迅速移除呼出的空氣使面罩内部較涼爽，於 是有益於工作人員安全。 多年以來，呼吸面罩的商業製造業者頃於面罩上安裝「 按知式（button-style)」呼氣閥，以清除來自面罩内部的呼氣 。該按釦式閥典型上使用一種細薄圓形撓性口蓋作為使呼 氣從面罩内部逸出的動力機械元件。該口蓋經由中央位置 安裝於閥座中心。按釦式閥的實例係在美國專利第 2,072’516、2,230,770、2,895,472和 4,630,604號中展示。當一個

使空氣能夠從面 1238729 (2) 人呼氣時，口蓋的圓周部分從閥座升高 罩内部逸去。 按釦式閥頃表示希望改良穿戴者舒適感的進步，但是研 究者已經作其他的改良，其中一個實例是在Braun的美國 專利第4,934,362號中表示。在此專利中敘述的閥使用拋物 線閥座和伸長的撓性口蓋。類似按釦式閥，：Braun閥亦具 有一裝設在中央的口蓋，並具有在呼氣期間從密封面升高 的口蓋邊緣部份，使呼出的空氣從面罩内部逸出。 在Braun的發展之後，在呼氣閥技藝作了另一革新.見美 國專利第5,325,892和5,509,436號。Japuntich等人的閥使用以 懸桁方式非中心裝設的單一撓性口蓋，以將打開閥所需的 呼氣壓力降至最低。當打開閥的壓力減至最低時，操作閱 所需的能量較低，其表當呼吸時，穿戴者不需要像從面罩 内部排出呼珠空氣般努力。 其它在Japuntich等人的閥後已經提出的閥亦使用一種非 中央裝設的懸桁式撓性口蓋-見美國專利第5,687,767和 6,047,698號。具有此種構造之閥常常被引用為「口蓋式 (flapper-style)」呼氣間。 在已知的間產品中，像是上述的呼氣閥，撓性口蓋已經 具有一種整片式構造。例如，在Braun的‘362專利中敘述之 挽性口蓋是以純樹膠橡膠製成，在Japuntich等人的專利中 敘述之口蓋僅以如交聯天然橡膠彈性體材料（例如交聯聚 異戊二烯）或合成彈性體（如新戊歸、丁基橡膠、腈橡膠或 矽酮橡膠）製成。

1238729 (3) 雖然已知的呼氣閥產品已經藉由促使呼出的空氣離開 面罩内部成功地改良穿戴者的舒適度，但是已知的閥產品 中沒有任何一個使用由多層不同材料組份製成之撓性口 蓋，其如下所述般可以進一步提供改良閥性能的益處，因 而改良穿戴者舒適度。 發明摘要

本發明提供一種新穎濾過用面罩，簡單摘要而言，該面 罩包括：（a)面罩主體，當穿戴時，其至少合於穿戴者鼻 部和嘴部之上而產生内氣室；和（b)呼氣閥，其與内氣室 流體流通。呼氣閥包括：（i)閥座，其包括密封面和小孔 ，呼出的空氣可以通過而離開内氣室；和（ii)撓性口蓋， 其裝設於閥座，所以當閥在閉合姿態時口蓋與密封面接觸 ，且在呼氣期間口蓋能夠彎曲遠離密封面，使呼出的空氣 能夠通過小孔。撓性口蓋包括第一和第二並置層，其中至 少一個層較另一層更硬挺或具有不同的彈性模數。

發明者發現在單向流體閥中使用多層撓性口蓋能夠提 供濾過用面罩之呼氣閥性能優點。特別而言，發明者發現 在一些實例中可以使用較細薄且更具動力撓性的口蓋，其 能夠使該閥在較小壓力下降下更容易打開，使呼出的濕熱 空氣能夠在較小呼氣壓力下從面罩内部逸出。 發明者亦發現口蓋製造商可以使用較大型處理窗作為 呼氣閥。當製造口蓋式呼氣閥時，口蓋材料的厚度和硬挺 度通常需要小心控制，所以口蓋能夠達成適當的橫材硬挺 度-否則，閥可能易於在口蓋接觸閥密封面的點滲漏。

1238729(4) 然而，當製造本發明之多層口蓋時，在製造法期間可以不 需要如此嚴格控制口蓋與口蓋間之變動性，因為能夠輕易 地在口蓋中形成一個層，以使口蓋具備希望的橫材硬挺度 。其後在製造期間不需要如此緊密控制整體口蓋厚度公差 。該新穎呼氣閥之結構和優點亦可以應用於吸氣閥，其中 通過該閥之氣流同樣是單向，且橫過該閥之壓力下降改良 處同樣有利於穿戴者舒適度。 用詞 用以敘述本發明之用詞將具有以下意義： 「乾淨的空氣」表示頃經過濾除去污染物或頃成為安全 得以呼吸之空氣或氧的體積； 「閉合姿態」表示撓性口蓋與密封面完全接觸的位置； 「污染物」表示粒子或通常可以不被認定為是顆粒，但 可以懸浮於空氣中之粒子及/或其它物質（例如有機蒸氣 等等）； 「呼出的空氣」表示被濾過用面罩穿戴者呼出的空氣； 「呼氣氣流」表示在呼氣期間通過呼氣閥小孔的空氣氣 流； 「呼氣閥」表示打開以容許流體逸出濾過用面罩内氣室 的閥； 「外氣室」表示呼出的氣體通過並超越呼氣閥後進入的 周圍大氣氣室； 「濾過用面罩」表示至少覆蓋穿戴者口鼻的呼吸保護裝 置（包括一半和完整面罩和頭罩），其能夠供應穿戴者乾淨

1238729 (5) 的空氣； 「撓性口蓋」表示一種能夠回應來自移動流體行使的力 而彎曲或屈曲的薄張狀物件，就呼氣閥而論該流動液體將 是呼氣氣流，就吸氣閥而論則將是吸氣氣流； 「撓性模數」表示以彎曲模式負載的材料的應力對應變 比0 「吸氣過濾器元件」表示一種流體滲透性結構，空氣被 濾過用面罩穿戴者吸氣前通過該元件，所以能夠從該處移 除污染物及/或粒子； 「吸氣氣流」表示吸氣期間通過吸氣閥小孔的空氣或氧 氣流； 「吸氣閥」表示打開以容許流體進入濾過用面罩内氣室 的閥； 「内氣室」表示面罩主體和人臉部之間的空間； 「並置」表示並排放置，但是不必然彼此接觸； 「面罩主體」表示能夠至少合於人的口鼻之上的結果， 且其有助於界定與外氣室分離的内氣室； 「彈性模數」表示應力/應變曲線圖中直線部份的應力 對應變比，該曲線圖係藉由在測試樣品應用軸式負載，同 時使用張力測試機測量該負載和變形而得到； 「模數比」表示形成撓性口蓋的材料之彈性模數值比， 以較具撓性的層置於分子之分率表示。因此，在一較佳具 體實施例中，第一層的彈力彈性模數值（其較佳接觸閥座 且更具撓性）將是分率的分子，分母將是第二較硬挺層的

不疋直接便是經由其他 1238729 ⑹ 彈性模數，第二層與第一層並置 層； 「粒子」表示能夠懸浮於空氣中的任何液體及/或固體 物質，例如病原體、細菌、病毒、黏液、唾液和血液等等； 「密封面」表示當閥是閉合姿勢時，撓性口蓋接觸的表 面； 「硬挺或硬挺度」表示當沒有其它層的支撐，自身如懸 桁般水平支撐，並暴露於重力時，層抵抗歪斜的能力。較 硬挺層將不會如不硬挺層般回應重力而輕易歪斜； _ 「單向液體閥」表示一種容許流體以一個方向（但非另 一方向）通過的閥。 附圖簡單與# 圖1是一種能夠連同本發明使用之濾過用面罩10的正面 圖。 圖2是圖1中面罩主體12的部分截面圖。 圖3是沿圖1中直線3-3所取得呼氣閥14之截面圖。 圖4是能夠與本發明結合使用之闕座2 0的正面圖。 圖5是一種呼氣閥替代具體實施例1 4 ’的側面圖，其可以 用於根據本發明之滤過用面罩上。 圖6是一種可以用以保護呼氣閫之閥套40的透視圖。 圖7是一種根據本發明利的多層撓性口蓋22之部份截面 側視圖。 圖8是一種根據本發明利的多層撓性口蓋替代具體實施 例22,之部份截面側視圖。 -11 - ⑺ 1238729 疋使用一種根據本發明之多層口蓄 售閩，阱π 取和一種已知之市 斤件到閥的壓力下降對流速描點圖。 較佳具一體實_J^例的詳細抵t 在本發明實務中，提供_ 、的濾過用面罩，其可以 穿戴者舒適度，同時使使用者更可能在污染環境中穿 戴他們的面罩。本發明因此可以改良工作人員安全並提供 工作人員和其它穿戴個人呼吸保護裝置者長期的健康益 處。 圖1說明一種可以與本發明結合使用之濾過用面罩i 〇實 例。濾過用面罩1 〇具有一種杯形面罩主體1 2，其上接附呼 氣閥1 4。閥可以使用任何適當技術接附於面罩主體，例如 ，包括在Williams等人之美國專利第6，125,849號或Cunran等 人之W0 01/28634中所述之技術。當穿戴者呼氣時發生壓力 提高，呼氣閥1 4回應面罩1 〇内部壓力提高而打開°呼氣闕 1 4在呼吸之間和吸氣期間較佳保持閉合° 面罩主體1 2使和穿戴者臉部以留空間的關係合於穿戴 者口鼻之上，以在穿戴者臉部和面罩主體内部表面之間產 贫士姊1。€7、，六城决透性且典型上具備 生内氣室或空隙。面軍王租1 2疋/jfL ^ ^ 1 A富士賊由々關口（未不出）’所以 位於呼氣閥1 4接附於面罩王姐1 2處之開 呼出的空氣能夠經由閥14離開内t室，$而通過面罩王 12。在面罩主體12上開口的較佳位置係位於當面罩被穿戴 、士 lL /、班Λ，麥口因ίΤ^配置呼氣 時穿戴者嘴部的正前万。在此位置配置 ^磁士品空姑杳所產生的呼氣壓 閥1 4，容許閥更輕易商應由面罩1 0穿戴 1 rb - β丨丨*& A系主體1 2，基本上 力而打開。關於此圖1中所不土 4之面 -12·

1238729 ⑻ 整個面罩主體12的暴露表面對於吸入的空氣具流體滲透 性〇 在面罩主體12上能夠配置一種包括易彎曲完全柔軟金 屬帶之鼻夾16,使面罩主體能夠成形而將面罩以希望的合 身關係支撐於穿戴者鼻部上。一種適當的鼻夾實例係示於 Castiglione之美國專利第 5,558,089號和 Des. 412,573。 面罩主體1 2能夠具有如圖1所示般彎曲的半球形形狀（亦 見Dyrud等人之美國專利第4,807,619號），或者視需要可以 呈現其它形狀。例如，面罩主體能夠是結構像Japuntich之 美國專利第4,827,924號所揭示之杯形面罩。該面罩亦具有 三褶組態，當未使用的時候面罩能夠摺平，但是當穿戴時 能夠打開為杯形組態-見Bostock等人之美國專利第 6，123,077號、Henderson等人之美國專利 Des· 431,647及 Bryant 等人之Des. 424,688。本發明之面罩亦可以呈現許多其他 組態，如Chen之美國專利Des. 443,927中揭示之平坦二梢面 罩。面罩主體亦能夠是液體不滲透性，且具有過濾器匣接 附於其上，如Burns和Reischel之美國專利第5,062,421號所示 之面罩。此外，面罩主體亦能夠適用於正壓力空氣吸收量 ，與適才敘述之負壓面罩相反。正壓面罩實例係於Grannis 等人之美國專利第5,924,420號及Braun等人之第4,790,306號 中展示。濾過用面罩的面罩主體亦能夠連接於獨立的呼吸 裝置，其供應穿戴者乾淨的空氣，例如美國專利第 5,035,239號和第4,971，052號所揭示般。面罩主體不僅可以 構成覆蓋穿戴者口鼻（引用為「率面罩」），亦可以覆蓋眼 •13- 1238729 (9) Γϊ5ε5ϊϊΓ 部（引用為▲王面罩」），以提供穿戴者視力和穿戴者呼吸 系統的保護_例如，見Reischel等人之美國專利第 5,924,420號。面罩主體可以與穿戴者臉部隔開，或者可以 位於同平面或非常接近。在另一實例中，面罩有助於界 ， 足呼出空氣在離開面罩内部前通過呼氣閥而進入内氣室 - 。面罩主體亦能夠在周圍具有熱變色接合指示性密封，以 · 容許穿戴者輕易地確定是否已建立適當接合一見Spdngeu 等人之美國專利第5,617,849號。 為了將面罩舒適地支撐於穿戴者臉部之上，面罩主體能 _ 夠具有接附於其上之裝置（如繩子1 5、繫繩或任何適當裝 置）以將面罩支撐於穿戴者臉上。可能適當之面罩裝置實 例係於Brostrom等人之美國專利第5,394,568、6,062,221號及

Byram之美國專利第5,464,010號中所展示。 圖2展示面罩主體12可以包括多重層，如内部成形層17 和外部過滤層18。成形層17提供面罩主體12結構和過滤層 1 8支撐。成形層1 7可以位於過濾層1 8裡及/或外（或表裡皆 具），且能夠例如由模製為杯彩'组態之熱黏合性纖維不織 籲 網製得-見Dyrud等人之4,807,619和Berg之美國專利第 4,536,440號。亦能夠從多孔層或大網目「魚網j型態撓性 塑膠網路製得，如Skov之美國專利第4,850,347號揭示的成' 形層。成形層能夠根據已知步驟板製’如在Skov或在 Kronzer等人之美國專利第5,307,796號所敘述般。雖然成形 層17主要是為了提供面罩結構並提供過濾層支撐的目的 而設計，成形層17亦可以作為典型上用以截獲較大粒子之 -14-

1238729 (10) 過滤器。層17和18亦一起操作作為吸氣過滤器元件。 當穿戴者吸氣時，空氣被牽引通過面罩，且氣體狀粒子 被截獲於纖維間（特別是過濾層1 8内之纖維）的空隙中。在 圖2所示的面罩中，過濾層18與面罩主體12整體化-也 就是說，其形成面罩主體的一部份，且並非後來變成接附 於面罩主體（或從面罩主體移除）的項目，像過濾器匣。

負壓半罩口罩常見之過濾材料一像圖1所示之面罩1〇 - 常包含一種帶電荷微纖維之纏結網，特別是熔融吹製 微纖維（BMF)。微纖維典型上平均有效纖維直徑為約20微 米或更小，但通常是約1至約1 5微米，直徑約3至1 0微米更 常見。有效纖維直徑可以如1952年，Proceedings 1B，倫敦 ，機械工程協會（Institution of Mechanical Engineers)，Davies， C.N·，The Separation of Airborne Dust and Particles所述般計算

o BMF網能夠如 Wente，Van A·，Superfine Thermoplastic Fibers in Industrial Engineering Chemistry，第 48冊，第 1 342 頁 etseq.(1956) ，或 1954年 5 月 2 5 日公告，Van A·，Boone，C.D·，和 Fluharty，E.L. 之Naval Research Laboratories第 4364號報告標題為 Manufacture of Superfine Organic Fibers所述般形成。當網是無規纏結時 ，B M F網能夠具有充分的整體性以便如墊子般拿持。能夠 使用例如Angadjivand等人之美國專利第5,496,507號、Kubik 等人之美國專利第4,215,682號和Nakao之美國專利第 4,592,815號所述之技術賦予纖維織物電荷。 可以在面罩主體中用以作為過濾器之實例係於Baumann 等人之美國專利第5,706,804號、Peterson之美國專利第 -15- 1238729 00

4,419,993號、Mayhew之美國再頒布專利第Re 28，102號、Jones 等人之美國專利第5,472,481號和第5,411，576號揭示。該纖 維可以包含聚合物，如聚丙晞及/或聚-4 -甲基-1 -戊晞（見 Jones等人之美國專利第4,874,399號和Dyrud等人之第 6,057,256號），亦可以包含氟原子及/或其他的添加劑’以 提高過濾性能-見美國專利申請案第〇9/1〇9,497號（標題為 Fluorinated Electret(以 PCT WO 00/01737公告）和 Crater等人之美 國專利第5,025,052號和第5,099,026號，亦可以具有低量^ 萃取之烴類以改良性能；例如，見Rousseau等人之美國專 利第6,213，122號。亦可以製造纖維網以提高抗油霧性，如 Reed等人之美國專利第4,874,399號和Rousseau等人之美國專 利第 6,238,466號和第 6,068,799號。

面罩主體12亦可以包括内部及/或外部覆蓋網（未示出） 以保護過；慮層1 8免於磨擦力’且能夠保有任何可能從過滤 層1 8及/或成形層1 7鬆開之纖維。覆蓋網亦可以具有過滤 能力，雖然典型上遠不及過滤層18般良好，且/或可以使 穿戴面罩更舒適。覆蓋網可以由不織纖維材料（如紡織黏 合纖維）製得，其包含例如聚烯烴和多元酯（例如，見

Angadjivand等人之美國專利第6,041，782號、Dyrud等人之第 4,807,619號和 Berg之第 4,536,440號。 圖3展示當口蓋閉合時，撓性口蓋22停留於密封面24， 並以並置方式支撐於口蓋保有面25處閥座20。當在坪氣期 間内氣室到達重要的壓力時，口蓋22從其自由端26的密封 面24升起。當從旁邊高起處看時，密封面24能夠在内凹截 -16- 1238729 03)

閥1 4作為吸氣閥，則氣流3 4將表示吸氣氣流。通過小孔 28的液體於撓性口蓋22上施力，引起口蓋22的自由端〕^ 從密封面24升起而使閥14打開。當閥14係用以作為呼氣閥 時，閥較佳在面罩10上定向，所以當面罩1〇是如圖i所示 般向上定位時，撓性口蓋24的自由端26係位於固定端之下 。這使得呼出的空氣能夠向下偏斜而避免澄氣集中於穿戴 者的眼鏡上。 圖4是無口蓋接附時閥座2〇的正面圖。閥小孔28從密封 面24放射狀向内配置，且能夠具有穩定密封面以及最後穩 足閥14的又錯構件3^交錯構件35亦能夠避免口蓋η(圖 3)在吸氣期間翻轉至小孔28内。交錯構件35上之濕氣堆積 能夠阻礙口蓋22打開。因此，當從旁邊高起處看時，面對 口盍的交錯構件35表面較佳略凹進密封面Μ之下以面陴 礙打開。 密封面24包圍或環繞小孔28，以避免不希望的污染物通 過。當從正面看時，密封面24和閥小孔28基本上能夠呈現 任何形狀。例如，密封面24和小孔28可以是正方形、矩形 、圓形、橢圓形等等。密封面24的形狀不須對應小孔28 的形狀，反之亦然。例如，小孔28可以是圓形，且密封面 2 4 了以疋矩开/。然而，當從流體流向逆向看時，密封面2 4 和小孔28較佳具有圓形截面。 閥座20較佳是由經模製為一整塊主體之較輕量塑膠製 成。閥座20能夠藉射模技術製得。接觸撓性口蓋22之密封 面24較佳形成實質上一樣平滑，以確保良好密封且可以位 -18- 1238729 (14) (-

, g^MS 於名、封棱紋上面。技總 _ 接觸面24較佳寬度足以形成與撓性口蓋 '密封，但並非寬至容許由集中漏氣引起之黏合力使撓性 ^ 22重要地更難以打開。密封面或接觸面的寬度較佳是 土 y 0.2¾米，較佳約0.25亳米至〇·5毫米。在〗叩⑽tich等人 之美國專利第5,509,436號和第5,325,892號中更完整敘述圖 1、3和4中所示之閥14和其閥座2〇。

圖5展示呼氣閥之另一具體實施例14，。不像圖3所示之 具體實施例，當從旁邊的高起處看時，此呼氣閥具有與口 盍保有面25,排成一排之平面密封面24，、圖5所示之口蓋 因而不會由於任何施加於撓性口蓋22上之機械力或内部 應力而壓向或靠著密封面24，。因為在中立狀態下（即當沒 有流體通過閥或者口蓋並未接受外力時）口蓋22並未偏向 密封面，在呼氣期間口蓋22能夠更輕易打開。當使用根據 本發明之多層撓性口蓋時，可以不需要使口蓋偏斜或被強 迫與密封面24,接觸-雖然在一些情況中此一構造可能是 希望的。在撓性口蓋中使用較硬挺層能夠使整個口蓋硬挺 ,所以當重力於口蓋上作用時，口蓋不會重要地下垂遠離 密封面24,。因此能夠形成圖5所示之呼氣閥14，，所以在 任何定向下口蓋22皆與密封面良好接觸，包括當穿戴者頭 部彎向著地面時，而不使口蓋偏向（或相當偏向）密封面。 本發明之多層口蓋因此可以在任何閥定向下與密封面24, 不通氣式接觸，以非常小或無預應力或偏向閥座密封面。 在口蓋上缺乏重要的預定應立或力，以確保在中立狀雜下 於閥閉合期間，口蓋被加壓逆向密閉表面，能夠使口蓋在 -19-

1238729 ⑼ 呼氣期間能夠更輕易打開，因此能夠降低在呼吸時操作閥 所需的力量。

圖6展示可以適於連接其它附圖中所示之呼氣閥之閥套 4 0。閥套40界定撓性口蓋能夠從它的閉合姿勢移入成為打 開姿勢之的内部室。閥套40能夠保護撓性口蓋免於損害並 能夠協助將呼出的空氣導向向下而遠離穿戴者的眼鏡。如 所示般，閥套40可以具有許多開口 42，使呼出的氣體從閥 套界定之内部室逸出。經由開口 42逸出内部室的呼出氣體 進入外氣室，向下遠離穿戴者眼鏡。 雖然本發明頃敘述口蓋式呼氣閥，但是本發明同樣適於 與其他種類閥併用，如以上於發明背景中所討論之扣式閥 。此外，本發明同樣適於與吸氣閥同時使用。類似呼氣閥 ，吸氣閥亦是一種單向流體閥，其提供外氣室和内氣室間 的流體轉移。然而，不像呼氣閥，吸氣閥容許空氣進入面 罩主體内部。吸氣閥因而容許在吸氣期間空氣從外氣室移 至内氣室。

吸氣閥普遍與具有接附過濾匣之濾過面罩同時使用。閥 可以在過濾匣或面罩主體的次位。無論如何，吸氣閥較佳 配置於吸氣氣流下游，至該處的空氣已經被過濾或者已經 成為安全得以呼吸。包括吸氣閥的市售面罩實例係由3 Μ 公司銷售之5000™和6000™系列口罩。使用吸氣閥之申請專 利的滤過面罩實例係於Burns和Reischel之美國專利第 5,062,42 1號、1^1^(^等人之美國專利第6,216,693號及1^丨5(：1^1 等人之美國專利第5,924,420號中揭示（亦見美國專利第 •20- 發明峨續1¾ 1238729 (16) 6，15 8,429、6,05 5,983和5,579,761號）。然而，例如吸氣閥可以 採用按釦式閥的形式，或者，其亦能夠是如圖1、3、4及5 所示閥之口蓋式閥。為了使用這些附圖中所示之閥作為吸 氣閥，其只需要以翻轉方式裝設於面罩主體，所以在吸氣 期間撓性口蓋22從密封面24或24’升起而非在呼氣期間。 口蓋22因而將在呼氣期間壓向密封面24、24’，而非吸氣 期間。本發明之吸氣閥同樣能夠藉由降低呼吸時操作吸氣 閥所需之力量而改良穿戴者舒適度。 如上所討論般，一種建構供用於本發明之流體閥之撓性 口蓋包括經成形並適合接附於流體閥的閥座之薄張。當力 量被移除時，撓性口蓋能夠回應來自移動氣態流動氣流的 力而動力彎曲，且能夠即時回到其原始位置。該薄張包括 第一和第二並置層，其中該層中至少一層較另一層更硬挺 或彈性模數甚於另一層。 圖7以放大截面展示一種撓性口蓋22 (其可以與根據本 發明之閥和面罩併用），所以能夠看到多層口蓋構造。如 所示般，口蓋22具有分別併置之第一和第二層44和46。層 4 4和4 6較佳固定黏合在一起，以提供層之間切剪的抗性， 但個別層不需要在界面黏合在一起，也就是說，該層可以 如薄片彈簧般相對於彼此浮動。層44和4 6可以由在撓性口 蓋動作範圍彈性變形之材料製成。當固定於閥時，當閥是 在它的閉合姿勢的時候，第一層44較佳配置於面對閥座密 封面的口蓋22側面上（圖1、3、4和5)。口蓋的第二層46 較佳經配置遠離密封面（相對於第一層）朝向閥套上面内 -21 · Ϊ238729 部（圃 之材 圖 本發 和44 ，且 不同 稱性 捲曲 在 的。 份的 载並 單軸 明使 到。▲ 在標 —般 負載 材料 標準 擇硫 使用

46較佳由展現不同彈力模數 (Π) 6)。第一和第二層44 料構成。 展示抗f生口盍的另一個具體實施例2 2，，其具有根據 之多層構4。在此具體實施例中，撓性口蓋具有第 第一第一層，分別為44、46和44，。第一和第三層44 . 旎夠具有相同或非常相似之硬挺度及/或彈力模數 - 第一層與上述第一和第三層之硬挺度及/或彈性模數 此多層構造因而能夠顯示相對於中央第二層46之對 或實質上搿稱性。因為對稱性可以避口蓋捲曲或易於 _ ’所以對稱或相當對稱的口蓋可能較佳。 設計根據本發明之撓性口蓋時彈性模數可能是重要 如上所指般，「彈性模數」是應力·應變曲線中直線部 應力-應變比，該曲線係藉由對測試樣品施加軸式負 同時測量負載和變形而得到。典型上，測試樣品係經 負載並測量應變，不是以漸增方式便是連續性。本發 用之材料彈彈性模數可以使用標準化之八灯“測試得 同以測定彈性或楊氏（Y〇ung，s)模數之ASTM_試係由欲鲁 準狀態下分析之材料的形式或種類定義。結構材料之 測試係由ASTM E111-97涵蓋，且可以使用於相較於當 時立即產生之應變和彈性行為時可忽略螺變之結構 · * 。當評比非強化和強化塑膠時，測定塑膠張力性質之 測試法係於ASTM D638-01中敘述且可以使用。倘若選 化熱固性橡膠或熱塑性彈性體供本發明使用，則可以 涵蓋用以評比這些材料張力性質之步驟之標準測試 -22- 1238729 (18) 、y mm^ 法ASTM D412-98a。倘若在本發 破兹1I月<口蓋的層中使用玻璃或 磲匈瓷材料，則可以使用桿 湿卜士 > 知旱測試法ASTM C623-92。 彈性楱數是可以用以定義用#枝 一性質。μ 和用於撓性口蓋的層材料之另 嬈性模數之模數比將 佳相同）册類似彈性模數之模數比（較 )。關於塑膠，撓性模

D747-99;則定 數可以根據標準測試ASTM 重要的是了解模數值表示 組合物性_ 科本質和並非相當精確之 Γ生貝。當在不同層中使用 真實。當於味用不同種類材料時，這尤其 該測試方丰* 的疋每層的模數值，即使 击並不可直接比較。去 類的材料陆 两在各口蓋層中使用相同種 ，可能的話，則可^ 一 的模數。倘^ + M 使用常見測試法評比材料 w右在早一層中使用 藝者將需I % # 不同種類的材料，則諳熟技 訂两要選擇最適於材料处八 •、孜 蓋層包含陶瓷粉末/¾人舲。物足測試。例如，倘若口 瓦杨末/聚合物，則猢、 較適合之洌气土 ν 膠I ASTM測試可能將是 當評比如硕杈#产 务疋層中之連續相。 硬挺度、彈性模數和撓性楛赵β 對口蓋本身之口言a ‘ · 硯陡杈數時，通常不可能 層之組合物 爲曰汗比這些參數。評比者將需要確定各 材料層迷在其並測試該組合物之硬挺度和模數。藉由再生 挺度。相同尺_;端將其水平支撑能狗達到各層之相對硬 測量各層二 構之另一材料係經以相同方式支撑》

#、 偏斜I。當評比模教時，係選擇一# M A AA 4万法，誇、俘種適當的測 ^ ^ Μ試法容許測定應力·應變曲線中t # , 壓力·應變比。 叫深中直線邵份之 撓性〇蓄贫一 规罘二層46較佳是由彈性模數 铋罘一層更大的 -23- 1238729

材料氣成。第一層44之彈力模數較佳為約〇·ΐ5至10個百萬 卡白 卜 1卞（MPa)，更佳1至7 Mpa，2至5 Mpa依然更佳。第二層 彈力模數較佳為約2到ι·ΐχΐ〇6 Mpa，更佳約200至11，〇〇〇 Mpa ,约3 00至5,〇〇〇 Μρ^然更佳。第一和第二層間的模數 比較佳小於1，小於〇.〇1更佳，小於0.001依然更佳。有用 · 3 於本發明應用模數比數值可以如〇 〇〇〇〇〇〇1般小。 · 不管結構的材料層數，撓性口蓋的整體厚度典型上可以 疋約10至2000微米（μπι)，約20至700微米較佳，約25至6〇〇 微米更佳。第一層（其係更具撓性之層，且較佳是較柔軟鲁 的層）’典型上厚度為約5至7〇〇微米，約1〇至6〇〇微米較佳 ’約12至500微米更佳。第二層（較硬挺層）典型上厚度為 約5至1〇〇微米，較佳約1〇至85微米，約15至75微米更佳。 第二層（較硬挺或較高模數）通常被建構為更具撓性且較 低模數之第一層更薄。第一層通常只需要厚度足以提供密 封層適當的密封。 當裝設於閥座上時，多層撓性口蓋能夠以較低壓力下降 提供單向流體閥。壓力下降可以根據以下列示之壓力下 鲁 降測試（Pressure Drop Test)測定。以流速每分鐘85公升（公升 /分鐘）通過閥之壓力下降，可以低於約約5 〇帕司卡（Pa), 可以是低於40Pa，更可以是低於3〇pa。以1〇公升/分鐘之 流速，多層撓性口蓋可以使本發明之單向流體閥能夠具有 壓力下降低於30 Pa，較佳低於25 Pa，更佳低於20 Pa。使用 根據本發明之多層撓性口蓋，可以在在10公升/分鐘和85 公升/分鐘之間得到低於約5到50 Pa之壓力下降。在一較佳 -24- 1238729 p-_ (20) 具體實施例中，遍及1 0公升/分鐘至8 5公升/分鐘之流速， 壓力下降可以是低於25 Pa。倘若使用如圖5所示之平淺式 閥座，則在流速為1 0公升/分鐘下壓力下降甚至可以低於5 在圖7和8中所示之撓性口蓋表示具有AB、ΑΒΑ或ΑΒΑ，構 造之口蓋。用於本發明之口蓋亦可以具有ABC構造，其中 B是較硬挺層且具有較大彈性模數。然而當撓性口蓋在較 硬挺層B周圍具有對稱性時（如ABA構造），能夠得到對於 捲曲最佳的抗性，在一些實例中，使用具有ABC構造之撓 · 性口蓋可能較佳，其中層B之彈性模數大於層入和c。然而 ，必要時，層C可以較層B更硬挺，因而成為三層中最硬 挺者’且可以包括彈性模數大於層A和b二者之材料。層八 和C可以由不同材料製成，且可以具有彼此不同之彈性模 數。例如，層A可以具有較層C更大之彈性模數，或者反 之亦然。多層口蓋能夠適當地具有3、4或5層以上且多達 1〇、2〇或100層。可能具有一千層ababab ab、 αβα’···βαβα’ΒΑΒα’或ABC ABCABC之多層口蓋亦能夠與本籲 發明結合使用。 係將較柔軟、更具撓性（較不 在一較佳具體實施例中 更挺）且&佳具有最低彈性模數之層配置於撓性卩蓋接觸 閥座被封表面《部分上。發明者發現使用更具撓性之層， 而且較佳係具有較低彈性模數之層，能夠容許撓性口蓋和 密封表面間在中立狀態下（即當穿戴者既非吸氣亦非呼氣 時）發生較佳密封 因此，最好不只撓性口蓋的第一層係 -25- (21) 1238729

配置於面對密封表面之撓性口蓋邊上，而且當口蓋在閉合 寺 ^ 層直接接觸密封表面。 除了繞性口蓋主要的層（即層AB、ΑΒΑ、ΑΒΑ，或ABC)， 在根據本發明的這些層間可以配置更多層。例如，在層間 可以存在底層或有助於將不同層黏附在一起之層。此外， γ 可以在外層應用保護塗層以處理溼氣或氣候問題。因此， ·

雖然較佳較柔軟且更具撓性的層係與密封面接觸，該層可 以具有較低彈性模數，但是可以存在其它層（如上述之薄 層或較薄層），當口蓋係靠在層上面時，該層可以配置於鲁 第 層和金封面之間。然而，存在此類層對於口蓋整體發 揮功能多少可以是常發生的。通常此類額外層將不像層A A B和C 一樣厚，典型上將是相當薄，例如較主要層a 、A’、B和 c 更薄 80°/〇-99·9%。 目前’咸相信在Japuntich等人之美國專利第5,325,892號和 第5,509,436中所述之呼氣閥是供濾過用面罩使用之優良 性能市售呼氣閥。然而，本發明之閥可能能夠超過滲漏速 率、閥打開壓力下降和在各種流速下通過閥之壓力下降的 春 性能標準。這些參數可以使用下述之滲漏速率測試（Leak Rate Test)及壓力下降測試（pressure Drop Test)測量。 滲漏速濾是測量閥在中立狀態下維持閉合能力之參數 · 。以下詳述滲漏速率測試，但通常係測量在氣壓差是1英 - 吋水（249 Pa)時能夠通過閥的空氣量。滲漏速率介於在249 Pa壓力時每分鐘0至3 0立方公分（立方公分/分鐘）之間，以 較低數字表示較佳密封。使用本發明之濾過用面罩，根據 -26· 1238729 (22) 本發明能夠達到低於或等於30立方公分/分鐘之滲漏速率 。較佳亦可以達到低於1 0立方公分/分鐘之滲漏速率，更 佳低於5立方公分/分鐘。根據本發明形成之呼氣閥可以說 明滲漏速濾、介於約1至1 0立方公分/分鐘之間。 閥打開壓力下降係測量口蓋閥對於最初從閥密封面上 \ 升的抗性。此參數可以如以下於壓力下降測試中所述般測 ^ 定。典型上，當根據下述壓力下降測試閥時，在1 0公升/ 分鐘之閥開放壓力下降係低於30 Pa，較佳低於25 Pa，更佳 低於20 Pa。典型而言，當根據下述之壓力下降測試測試閥 # 時，閥開放壓力下降為在公升/分鐘約5至30 Pa。 可以製得撓性口蓋第一層之材料實例包括將在撓性口 蓋和閥座之間促進良好密封者。此等材料通常可以包括彈 性體（包括熱固性和熱塑性二者）和熱塑膠/塑料。 彈性體可以是熱塑性彈性體或交聯橡膠，可以包括橡膠 材料，如聚異戊缔、聚（苯乙缔-丁二晞）橡膠、聚丁二晞 、丁基橡膠、乙晞-丙烯-二缔橡膠、乙晞-丙晞橡膠、月膏 橡膠、聚氣丁二烯橡膠、氯化聚乙晞橡膠、氣磺化聚乙烯 春 膠、聚丙晞酸酯彈性體、乙晞-丙晞酸系橡膠、含氟彈性 體、矽酮橡膠、聚胺基甲酸酯、表氯醇橡膠、環氧丙烷橡 膠、聚硫化物橡膠、聚磷腈橡膠和乳膠橡膠、苯乙晞-丁 ·, 二烯-苯乙晞籤段共聚物彈性體、苯乙烯-乙晞/ 丁烯-苯乙 · 晞籤段共聚物彈性體、苯乙稀-異戊烯-苯乙烯崁段共聚物 彈性體、超低密度聚乙烯彈性體、共聚酯醚彈性體、乙烯 丙烯酸甲酯彈性體、乙晞乙酸乙晞酯彈性體及聚α -晞烴 -27- (23) 1238729 彈性體。亦可以使用這些材料之摻合物或混合物 一些可以供用於口蓋第一層（或較具撓性； 曰）< 市售聚 合材料包括： 表1 聚合物形式 來源 Dupont Packaging and Industrial Polymers, Wilmington, DE 無水改質丙烯 酸伸乙酯共聚 物 乙缔乙酸乙烯 Ε·Ι. Dupont Co.， 酯共聚物 Wilmington, DE 乙缔-丙蹄酸甲 Eastman Chemical 酯共聚物 Co.，Kingsport，TN Bynel CXA2174 Elvax 260 EMAC SP2220 產物設計者 公告之彈性模數 聚乙少希

Dupont/Dow Elastomers, Wilmington, DE

Engage 8200 2·76@1〇〇% 伸長 聚乙少希

Dupont/Dow Elastomers， Wilmington, DE

Engage 8550 苯乙歸 - 丁二晞 苯乙晞嵌段共 聚物

Atofina, Houston, TX

Finaprene 502 苯乙烯-乙烯/丁

Kraton Elastomers,

Kraton G1657 2·41@300% 伸長 -28 - 1238729

烯-苯乙缔嵌段 共聚物 Belpre, Ohio 熱塑性彈性體 QST Inc” St· Albans, VT Monprene 1504 2·76@300% 伸長 熱塑性彈性體 Advanced Elastomers， Akron, Ohio Santoprene 121-58 W175 2·1@100% 伸長 離子體樹脂 D J. Dupont Co., Wilmington, DE Surlyn 1650 熱塑性彈性體 Advanced Elastomers， Akron, Ohio Vistaflex 641 1·6@100% 伸長 伸長百分 線之平坦部 比係經選擇以便 份0 :最配合既定材 ------ 料應力-應變曲

製造撓性口蓋第二較硬挺層之材料的實例可以包括高 度結晶材料（如陶瓷、金剛石、玻璃、氧化锆）；金屬/箱 片（如來自硼、銅、鎮、合金、鎳合金、不銹鋼、鋼鐵' &和鎢者）。可能適合之聚合物材料包括熱塑膠，如共聚 醋鍵、乙缔丙烯酸甲酯聚合物、聚胺基甲酸酯、丙埽腈_ τ二埽苯乙烯聚合物、高密度聚乙缔、高衝擊聚苯乙缔、 、線性低密度聚乙晞、聚碳酸酯、液晶聚合物、低密度聚乙 少希 ' 三聚氰胺、尼龍、聚丙晞酸酯、聚醯胺-醯亞胺、聚 &酸丁酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚醯亞胺、聚乙缔I 、聚酞酸乙二酯、聚醯亞胺、聚氧甲晞、聚丙缔、聚苯乙 缔 ' 聚氣亞乙稀和聚氟亞乙烯。天然衍生之纖維素材料， 如茅草、紙張、和木材（如櫸樹、杉木、楓和松樹）亦是有 -29-

1238729 (25) 用。亦可以使用這些材料之摻合物、混合物和結合物，包 括與所述有用於較具撓性A、A’層之聚合物之摻合物。雖 然相同或類似聚合物材料可以兼用於A、A’和B層，但是 該聚合物物材料可以經不同的加工或包括其它成份以產 生硬挺度差異。 一些可以供用於口蓋第二層之市售聚合材料包括： 表2 聚合物形式 來源 產物設計者 公告之彈性模 數(Mpa) Nylon 11 Elf Atochem, Philadelphia, PA Besno P40 TL 320 Nylon 11 Elf Atochem, Philadelphia, PA Besno TL 1300 共聚酯醚 Eastman Chemical Co., Kingsport, TN Ecdel 9966 110 乙晞-丙烯酸甲酯 共聚物 Eastman Chemical Co., Kingsport, TN EMAC SP2220 聚碳酸酯 Bayer AG, Pittsburgh, PA Makxolon 3108 2413 聚(酞酸伸乙酯） E.I. Dupont Co.， Wilmington, DE Mylar 50 CL 3790 聚丙烯 Atofina, Deerpark, TX Polyprolylene 3576 口蓋中所有主要層A、A’、B ’和C較佳皆由聚合物材料

-30- (26) 1238729

」表示包含聚合物 重覆單位之分子。 製成。在此文件中使用之用詞「聚合物 ，其係一種包含規則排列或無規排列之 該聚合物可以是天然或合成，且較佳吾^ 疋有機系。 倘若該撓性口蓋具有AB C構造，撓性"_ ^ 戌口蓋之第三或C層 可以由包括任何上述關於第一層列示乏从 .， <材料製成，只要該 材料實質上與層Α所使用之材料不同。在此文中「實質上 」之用詞表示該層具有與層A重要不同硬挺度，且較佳弹 性模數不同之層’其將造成口蓋性能顯著與具有例如aba 或ΑΒΑ’構造之口蓋不同。關於某些聚合物材料，材料形 態學之簡單變化可以足以提供層A、Β、Α，和c之間需要之 機械不同性。 在整個撓性口蓋中多層構造可以是連續或均勾或否；其 可以僅在撓性口蓋内的區域存在或位置改變。例如，在第 一層A係與密封層接觸處，其可以在A與密封面接觸的區 域中並置於層B上。或者，層A可以是連續而層B是非連續 。撓性口蓋因而可以形成各種形狀和組態。該口蓋能夠是 圓形、橢圓形、矩形或此類形狀之結合，包括例如JaPuntich 等人之美國專利第5,325,892號和第5,509,436號中所示’和 Mittelstadt等人之美國專利申請序號第〇9/888,943號和第 09/888,732號中所示之形狀。 該多層構造可以具有定向層或否，不是整體便是一部伤 。例如，層B可以與無定向之層A—起定向。或者’層A 和B皆可以以相同方向、以不同、交叉或相反方向定向。 與本發明連接使用之撓性口蓋可以經由共擠出法製造 -31 · 1238729 (27) ，其中係將如二層般少或如千層般多之材料同時擠出而形 成單張。頃經發現將二種材料以二層或三層共擠出為二材 料的共擠出對於形成本發明之口蓋具有特殊實用性。關於 層合物擠出法之實例，見Chisholm等人之美國專利第 3,557,265號。其它能夠用以製造多層撓性口蓋或振動板之 方法可以包括以電子束控制深度之交聯、電鍍、基材擠出 塗層、測模、層合、基材溶劑塗層和蒸氣沉積於基材上。

以下實例頃經選擇用於此處之製備，僅為了進一步說明 本發明之特殊特點和細節。然而，吾人應該明白地了解， 有用於此目的之實例、特殊細節、成份和其它特點將不被 以不適當限制本發明範疇之方式解釋。 測試裝置、測試方法和實例 流動裝置器

以流動裝置器之助在閥上進行壓力下降測試。該流動裝 置器以指定之流動速率，經由鋁裝設板及附加之送氣室提 供閥空氣。裝設板在測試期間容納並固定支撐閥座。在鋁 裝設板在容納閥底部之上表面具有些微凹陷。凹陷中心為 28毫米x34毫米之開口，空氣能夠經由該凹陷流到閥。面 對黏合劑之泡沫體材料材料可以在凹陷内接附於稜紋，以 提供閥和板之間的不透氣密封。使用二個夾子截獲並將閥 部的鉛製覆蓋物和後緣固定於鋁架。空氣係經由半球形送 氣室供應與裝置板。該半球形送氣室深度約30毫米，底部 直徑為80毫米。來自供應線空氣係接附於送氣室底部，並 經調整以便經由流動裝置器將希望的氣流提供與閥。關於 -32-

1238729 (28) 已建立的氣流，係測量送氣室内之氣壓以測定測試閥上之 壓力下降。 壓力下降測試 壓力下降測量係使用上述之流動裝置器於測試閥上完 成。在閥的壓力下降係以每分鐘1 0、2 0、3 0、4 0、5 0、6 0 、7 0和8 5公升之流速測量。為了測試閥，係將樣品裝設於 ’ 流動裝置器中，以便閥座在其底部水平定向，同時閥開口 向上。注意閥裝置期間以確定裝置器和閥主體間無空氣通 過。為了將既定流速之壓力計刻度化，首先從閥主體移除 · 口蓋並建立需要的氣流。其後將壓力計設定歸零，使系統 刻度化。刻度化步驟後，將口蓋重新定位於閥主體上，空 氣以指定流速輸送至閥入口，並記錄入口處的壓力。藉由 測量口蓋恰打開並偵測到最小氣流時的壓力，測定閥開放 下降（恰於零流動且口蓋開始打開的點）。壓力下降即入口 至閥之壓力和周圍空氣間之差異。 滲漏速率測試 呼氣閥之通常如42 CFR § 2.204所述。此滲漏速率測試適 Φ 於具有裝設於閥座之撓性口蓋的閥。在進行滲漏速率測試 時，閥座係密封於二個左向空氣室的開口之間。建構二個 空氣室以便將進入較低氣室之加壓空氣向上流過進入上 * 面氣室之閥。裝置較低的氣室以便其内部壓力能夠在測試 期間被監控。在上氣室出口埠接附一氣流計以測定經過氣 室的氣流。在測試期間，閥係密封於二個氣室之間並與面 對較低氣室之口蓋一起水平定向。經由空氣線將較低氣室 -33-

1238729 (29) 加壓，以造成二個氣室間之壓力差為249 Pa(25毫米H20 ; 1 英吋Η 2 0)。在整個測試步皆維持此壓力差。來自上氣室 的流出氣流經記錄為測試閥滲漏速率。滲漏速率係記錄為 當在閥應用249 Pa之氣壓差時造成之流速，以每分鐘之公 升數表示。 閥調節力 對於既定閥埠面積（將空氣直接輸送至閥口蓋之溝槽面 積（在實例中為8.55平方公分））而言，將以公升/分鐘表示 之流速（橫座標）和以Pa表示之壓力下降（縱座標）的曲線 · ，1 0至8 5公升/分鐘之流速範圍積分能夠測定閥在既定流 速的「調節能量」。曲線積分，以圖形表示為曲線下的面 積，得到將閥於流動範圍調節所需之能量。積分曲線的值 定義為以毫瓦（mW)為單位表示之積分閥活化量（IVAP)。 閥效率 使用來自壓力下降測試、滲漏速率測試和口蓋質量可以 計算閥的閥效率參數。閥效率係從（1)以m W表示之積分閥 調節能量，（2 )以立方公分/分鐘記錄之滲漏速率和（3 )以克 表示之口蓋重量而計算。閥效率計算如下： VE = IVAP X LR X w 其中：VE =>閥效率 IVAP二積分之閥調節能量（毫瓦） LR =>滲漏速率（每分鐘之立方公分） w => 口蓋質量（克） VE係以毫瓦·克•每分鐘之立方公分或W.g· cm3/min -34- 1238729 (30) 為單位表示。較低閥效率值表示較佳閥性能。本發明的閥 可能能夠達到約2至20 mW · g · cm3/min之VE值，約10 mW · g · cm3/min更佳。 實例1

使用溶劑塗佈法將由二種成形為三層AB A構造之樹脂 製成多層聚合物薄張。該薄張中提供構造外部主要表面層 之第一和第三層（即層A和A)係從彈性模數2 Mpa之S B S (苯 乙缔-丁二缔-私乙稀)橡膠 FinapreneTM 502(由 Atofina Company, Houston，Texas銷售）摻合 1 % 重量比 Atmer™ 1759(由 Ciba Geigy 540 White Plain，NY 10591銷售）而產生，第二中間 層B為由3M公司銷售，彈性模數為3790 Mpa，厚度為36微 米之聚酯（PET)薄張。首先在21°C將容器裝填FinapreneTM 502 繼之添加7000克甲苯，製備25份Finaprene™ 502溶於75份甲 苯/0.25份AtmerTM 1759之溶液。將此溶液以攪動葉片攪摔30 分鐘以將FinapreneTM 502部份溶解。同時將25克Atmer添加 於最終溶液所需要剩下的500克甲苯而製備Atmer™ 1759溶 液。將此溶液再次於6 0 °C攪摔3 0分鐘。其後將這二種溶液 _ 彼此摻合並將後來的溶液（其包含24.9重量％ FinaPreneTM 502、74.8重量％甲苯和0.25重量〇/〇八加61*頂175 9)於21。(：以攪動 葉片攪拌3小時，繼之以吸氣器除氣。其後任由此除氣溶 -液於攪拌後靜置1 2小時以確保為燻勾溶液。 經由設定為89毫米溝之HiranoTM M-200L 棒塗佈機， 將0.3公尺寬之厚度36微米聚酯薄張在一面塗佈 Finaprene™ 502溶液至最終乾燥厚度為13微米且寬度為 -35-

1238729 (31) 0.279公尺。使用1公尺/分鐘之直線速度，所以在3公尺長 的爐中塗佈薄膜滯留時間為3分鐘，以確定塗層完全乾燥 。經由各塗佈機上惰輪輥之靜態繩以及恰於V型棒前之去 離子棒空物靜電荷。輕拍經一面塗佈之捲曲薄張並經由上 述之同一塗佈步驟操作，以提供最終層並產生總厚度為62 微米之三層薄張。 藉由將多層薄張切模產生具有半圓形端（見圖1)之矩形 部份，從對稱性ΑΒΑ薄張形成撓性口蓋。切模口蓋的整體 長度，包括半圓形端，為約3.25公分且口寬度為約2.4公 _ 分。在平面部份中，口蓋的半圓形端半徑為1.2公分。口 蓋的結構組態係摘錄於下表3中： 表3 層厚度 口蓋總厚度 口蓋長度 口蓋寬度 半圓形端半徑 (微米） (微米） (公分） (公分） (公分） A B 62 3.25 2.4 1.2 13 36

為了評比合併於此口蓋之閥的性能，係將口蓋的矩形貫 定於閥主體内閥座。當從旁邊高處看時，該閥主體的閥座 具有凹面彎曲。 閥座組態通常於Japuntich等人之美國專利第5,325,892號 和第5,509,436號中敘述，且係用於市售面罩（8511型，由3M Company，St. Paul，MN銷售）的閥主體中。閥主體的閥座内經 配置3.3平方公分（cm2)之圓形小孔。為了組裝供評比之閥 ，係將閥口蓋炎在長度約3毫米（mm)且橫過閥座距離約2 5 -36-

1238729 毫米之口蓋。捲曲密封棱紋寬度為約0·51毫米。撓性口蓋 在中立狀態下保持與密封稜紋為鄰接關係，無論閥如何定 向。在閥座無接附閥套。 測t硬挺度： 以與實例1完全相同之方式製備包含1% Atmer 1759之 ·

FinapreneTM 502薄張，除了此溶液係塗佈於矽酮釋模襯墊上 · 之外。將厚度23.4微米之PET薄膜切為0.794公分寬。同樣 將塗佈FinapreneTM 502之襯螯條切為0.794公分寬，包括襯塾 以利切割。當從釋模襯蟄分離Finaprene™ 502薄膜時，測量 _ 薄膜厚度為24微米，非常接近PET厚度。 使用懸梅彎曲測試以便藉由測量樣品在其自身質量下 的彎曲長度而指出材料薄條的硬挺度。將材料切刻為寬度 〇·794公分且長度約5公分之條狀物。將樣品以平行其長度 的方向滑動’超越水平面的9 0 °邊緣。在材料超過邊緣1 5 公分後’本測I樣品的突出物為從該條狀物末段到水平面 的垂直距離。將樣品的突出物距離除以其超過長度為懸柯 、考曲比。懸椅％曲比接近1將表不南挽性量，其中彎曲比 _ 接近0之材料是硬挺的。 表4 材料 薄膜厚度（微米） 懸桁彎曲比 層1 ----- 一一 --—~ 24 0.95 層2 23 0.26 層 1 〆 Finapprene™ 502薄膜，含 l〇/0 Atmer 1759。 層2 -組成與實例1相同之PET薄膜。 -37- 1238729

(33) 表4所列之數據表示相較於第一層而言，第二層非常硬 挺，即使並非一般厚。 對照實例1 使用上述測試步驟評比經移除外保護套之間（由3M Company，St· Paul，Minnesota之 8511TM N95吸氣器）。使用與實 例1相同之閥座。該撓性口蓋具有整片構造，其與市售之 8511tm 31^面罩相同。該口罩由聚異戊缔組成。該撓性口蓋

之尺寸與用於實例1之口蓋相同，且材料密度為每立方公 分 1.08克（g/cm3)。 亦於本發明之閥和對照閥進行滲漏速率測試和壓力下 降測試評比。壓立下降數值係於圖9中表示。口蓋質量、 滲漏速率、閥效率和積分口蓋純動能量示於表5中。閥表 示實例和對照實例二者三種測試樣品之平均。 閥 口蓋質量(g) 渗漏速率 積分口蓋調節 閥效率(mWg · (cm3/min) 能量(mW彡 cm /γπιτί^ 多層口蓋閥 0.053 5.0 ------ 30 8 單層口蓋閥 0.279 5.7 48 76

比較時’使用本發明技術之間或面罩在發揮功能的流速4 圍遍及需要重要地較低能量調節(低37%)β對於個別流, 點和整個流動點的操作範圍而言，因為是穿戴者的呼W 即閥’所以閥調節能量降低在使用時是重要的。當面罩4 穿戴時，調節能量越大’特別是在闊發揮功能的範圍^ -38-

1238729 (34) 戴者越難體呼吸。穿戴時間過長，其中使用者可能經由面 罩每分鐘呼吸十至十二次，從呼吸舒適度和工作者滿意度 的立場，合成消耗的能量以調節該閥變成重要生理因素。 更易於通氣的面罩（經由需要較低能量調節之閥）更有效 移除二氧化碳和濕氣，其進一步改良穿戴者舒適度且使穿 戴者當在毒性環境中時，更可能將面罩保持於臉上。

表5所列示之數據亦說明，當在濾過用面罩的典型功能 範圍中操作時，本發明可以提供超越對照閥850%之閥效率 改良。考慮到閥效率參數說明滲漏、閥質量和調節能量的 平衡效果，這是一種特別重要的結果。當基於相等設計而 考濾時，經設計供與使用單層材料構造之面罩併用之閥可 能需要更沉重的口蓋以便更緊密接近閥。具有較緊密密封 口蓋和更大質量之口蓋需要更大能量以調節。以閥效率參 數的立場，所需要的質量和調節能量增加量，抵銷任何降 低滲漏速率的效率增益。

如具本發明之閥口蓋質量所述般，顯然以材料極小使用 量得到性能增益，表示以本發明之閥口蓋可達到經濟性。 所有上述的專利、專利申請案和其他文件，包括在背景 章節中所述者，係以引用方式將其全文併入本文。 本發明可以適於在無任何本存件中特別敘述之元件存 在下演練。 圖式代表符號說明 10 濾過用面罩 12 面罩主體 -39- 1238729

14 20 14 40 22 22 16 15 17 18 24 25 27 28 30 32 33 34 35 14 24 25 44 44 46 呼氣閥 閥座 一呼氣閥之替代具體實施例 閥套 多層撓性口蓋 一多層撓性口蓋之替代具體實施例 鼻夾 繩子 成形層 過濾層 密封表面 口蓋保有面 密封棱紋 小孔 靜止部份 扣針 凸緣 流體流/氣流 交錯構件 呼氣閥具體實施例 平面密封面 保有口蓋面 第一層 第三層 第二層

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Claims (1)

1238729 拾、申請專利範圍 1. 一種濾過用面罩，其包括： (a) —面罩主體，當穿戴時，使面罩至少合於穿戴 者口鼻之上以產生内氣室；和 (b) —呼氣閥，與内氣室流體連通，該呼氣閥包括： (i) 閥座，其包括密封面和小孔，空氣可以經 由該小孔離開内氣室；及 (ii)撓性口蓋，其裝設於閥座，以致於當閥是在 閉合姿勢時口蓋與密封面接觸，且在呼氣期間口蓋能 夠彎曲遠離密封面，容許呼出的空氣通過小孔，最終 進入外氣室，該撓性口蓋包括至少第一和第二並置層 ，其中該層中至少一層較另一層更硬挺，或者其中該 層中至少一層之彈性模數較另一層更大。 2. 根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中該第一和 第二個層分別包括第一和第二材料，其各自具有不同 的彈力模數。 3. 根據申請專利範圍第2項之濾過用面罩，其中當口蓋靠 著密封面時，第一層係經配置較第二層更接近密封 面，且其中第二層之彈力模數大於第一層。 4 .根據申請專利範圍第3項之濾過用面罩，當口蓋靠著密 封面時，第一層接觸密封面。 5 .根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中呼氣閥係 裝設於面罩主體。 6.根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其係一種具有 史請專移範氣續灵^ 1238729 包含過遽材料層之流體滲透性面罩主體的負壓半面 罩。 7. 根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中該呼氣閥 是一種口蓋式呼氣閥。 8. 根據申請專利範圍第7項之濾過用面罩，其中該口蓋式 呼氣閥具有一平面密封面。 9. 根據申請專利範圍第8項之濾過用面罩，其中在中立狀 態下該撓性口蓋並未被壓向密封面。 10. 根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中該撓性口 蓋包括實質上硬挺度與第一層相同之第三層。 11. 根據申請專利範圍第|〇項之濾過用面罩，其中撓性口蓋 展示相對於第二層之對稱性，且其中該第二層較第一 和第三層更硬挺。 12. 根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中第二層之 彈性模數大於第一層，且其中當口蓋靠著密封面時第 一層接觸密封面。 13. 根據申請專利範圍第1 2項之濾過用面罩，其中第一層 之彈性模數較佳為約0.15至10 MP，且其中第二層之彈 性模數為約2至1.1 xlO6 MP。 14. 根據申請專利範圍第1 2項之濾過用面罩，其中第一層 之彈性模數較佳為約1至7 ΜΡ，且其中第二層之彈性模 數為約200至1 1,000 ΜΡ。 15.根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中第二層較 第一層更硬挺，且其中第一層和第二層間之模數比低 -2-

1238729 於 0.01。 16·根據申請專利範圍第3項之濾過用面罩，其中繞性口蓋 厚度為約20至700微米。 17.根據申請專利範圍第3項之濾過用面罩，其中第一層厚 度為約5至700微米’且其中第二層厚度為約5至1〇〇微 · 米。 - 18·根據申凊專利範圍第3項之遽過用面罩，橫過流速為每 分鐘85公升之閥的壓力下降為約4〇帕司卡，且其中橫 過流速為每分鐘丨〇公升之閥的壓力下降係低於3 〇帕司 鲁 卡。 19·根據申請專利範圍第i項之濾過用面罩，其中該呼氣閥 包括第三層所以口蓋具有ABA構造，其中層B較層A更 硬挺，或者其中該呼氣閥具有第三層所以口蓋具有 ΑΒΑ’構造’惟層b較層八和八，更硬挺，且層a位於較層b 更靠近密封面’或者其中呼氣閥包括第三層所以口蓋 有ABC構造’惟層b較層a更硬挺，且層A位於較層B 更靠近密封面’或者其中呼氣閥包括第三層所以口蓋 鲁 有ABC構造’惟層^較層a和B更硬挺，且較層A和B更 靠近密封面。 2〇·根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中第一和第 ·, 二的層皆包含聚合物材料。 - 21·根據申請專利範圍第3項之濾過用面罩，其中第一層包 含橡膠’且其中第二層包含聚對酞酸乙二酯或聚碳酸 酉旨0 1238729 wwmmmm ^ s\^·； 22. 根據申請專利範圍第1項之濾過用面罩，其中該呼氣閥 展示閥效率為約2至20 mW · Wgcm3/分鐘。 23. —種呼氣閥，包括： (i) 閥座，其包括密封面和小孔，空氣可以經由該 | 小孔離開内氣室；及 ， (ii) 撓性口蓋，其裝設於閥座，以致於當閥是在閉 — 合姿勢時口蓋與密封面接觸，且當呼氣氣流通過閥時 ，口蓋能夠彎曲遠離密封面，該撓性口蓋包括至少第 一和第二並置層，其中該層中至少一層較另一層更硬 籲 挺，或者其中該層中至少一層之彈性模數較另一層更 大。 24. 根據申請專利範圍第2 3項之呼氣閥，其中當閥閉合 時，第一層經配置於較第二層更靠近密封面，且其中 第二層較第一層更硬挺。 25. 根據申請專利範圍第23項之呼氣閥，其中當閥閉合 時，第一層經配置於較第二層更靠近密封面，且其中 第二層之彈性模數較第一層更大。 鲁 26. —種吸氣閥，包括： (i) 閥座，其包括流體可以通過之密封面和小孔； 及 (ii) 撓性口蓋，其裝設於閥座，以致於當閥是在閉 合姿勢時口蓋與密封面接觸，且當吸氣氣流通過該閥 時，口蓋能夠彎曲遠離密封面，該撓性口蓋包括至少 第一和第二並置層，其中該層中至少一層較另一層更 硬挺，或者其中該層中至少一層之彈性模數較另一層 -4-

1238729 更大。 27. 根據申請專利範圍第2 6項之吸氣閥，其中當閥閉合 時，第一層經配置於較第二層更靠近密封面，且其中 第二層較第一層更硬挺。 28. 根據申請專利範圍第2 6項之吸氣閥，其中當閥閉合 時，第一層經配置於較第二層更靠近密封面，且其中 第二層之彈性模數較第一層更大。 29. —種包括根據申請專利範圍第2 6項之吸氣閥之濾過用