在面罩主体中具有平行线焊接图案的过滤式面罩呼吸器的制作方法

专利名称：在面罩主体中具有平行线焊接图案的过滤式面罩呼吸器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有设置在其面罩主体上的焊接图案的过滤式面罩呼吸器，该焊接图 案包括两个或更多个间隔紧密的平行焊接线。
背景技术：
呼吸器通常佩戴在人们的呼吸通道的上方，用于两个常见用途中的至少一个(1) 防止杂质或污染物进入佩戴者的呼吸道；(2)保护其它人或物使其不暴露于由佩戴者呼出 的病原体和其它污染物。在第一种情况下，在空气中含有对佩戴者有害的粒子的环境中佩 戴呼吸器，例如在汽车车身修理店中。在第二种情况下，在对其它人或物而言存在污染风险 的环境中佩戴呼吸器，例如在手术室或洁净室中。已设计出多种呼吸器来满足这些用途中的任一者(或两者)的需要。某些呼吸器 被归类为“过滤式面罩”，因为面罩主体本身用作过滤机构。不同于与可附接的滤筒(参见 例如授予Yuschak等人的美国再审专利RE39，493)或嵌件成型滤芯(参见例如授予Braun 的美国专利4，790，306)相结合地使用橡胶或弹性体面罩主体的呼吸器，过滤式面罩呼吸 器设计为使过滤介质覆盖整个面罩主体的很大一部分，因而没必要安装或更换滤筒。这些 过滤式面罩呼吸器常常具有下列两种构造之一模制的呼吸器和平折式呼吸器。模制的过滤式面罩呼吸器通常包含热粘结纤维非织造纤维网(web)或透孔塑 料网，以便向面罩主体提供杯形构造。模制的呼吸器在使用和储存期间往往会保持相同 的形状。公开模制的过滤式面罩呼吸器的专利实例包括以下美国专利7，131，442(授 予 Kronzer 等人)、6，923，182 和 6，041，782 (授予 Angadjivand 等人)、4，850，347(授予 Skov)、4，807，619 (授予 Dyrud 等人)、4，536，440 (授予 Berg)以及 Des. 285，374 (授予 Huber等人)。顾名思义，平折式呼吸器可折叠成扁平状以用于运输和储存。授予Bostock 等人的美国专利6，568，392和6，484，722以及授予Chen的美国专利6，394，090公开了平 折式呼吸器的实例。在使用期间，过滤式面罩呼吸器应该保持其预期的杯形构造。在佩戴多次并且经 受佩戴者呼出的大量水分之后，再加上面罩在佩戴于人面部上时被撞到其它物体上，公知 的面罩可能容易塌缩或者存在压入壳体中的凹陷部。塌缩的面罩可能使佩戴者不舒服，尤 其是在凹陷部接触到鼻部或面部时更是如此。佩戴者可以通过从其面部取下面罩并且从面 罩内侧按压凹陷部来消除凹陷部。为了避免面罩在使用期间塌缩，已经将另外的层添加到 面罩主体中以增强其结构完整性。例如授予4叫3旧1财11(1等人的美国专利6，923，182使 用位于过滤层与第一和第二成形层之间的第一和第二粘合剂层来提供抗压的模制过滤式 面罩。为了保持平折式呼吸器的结构完整性，授予Chen的美国专利6，394，090在面罩主 体上提供第一和第二分界线以辅助避免使用期间的塌缩。属于Spoo等人的美国专利申请 12/562，239使用面罩主体的四个象限上的四个封闭焊接图案来实现抗塌缩结构。在使用焊 接线增强面罩主体的结构完整性的公知过滤式面罩呼吸器中，所使用的焊接线在其应用中 是“单条”，也就是说，不存在彼此接触地起作用的成对或成组的间隔紧密的平行线。

发明内容
本发明提供一种新型的过滤式面罩呼吸器构造，该构造有助于防止面罩在使用过 程中塌缩。本发明的呼吸器包括面罩带具和面罩主体，其中所述面罩主体包括具有总厚度 “A”的过滤结构。所述过滤结构还具有设置在所述过滤结构中的两条或更多条平行的焊接 线，所述平行的焊接线的间距是厚度A的0. 5至6倍。本发明旨在提供一种具有抗挤压特性的过滤式面罩呼吸器，其使因为使用时间延 长或粗暴搬移而产生的面罩形状变形量最小。使用间隔紧密的平行焊接线可以产生梁效应 (beam effect)，该梁效应使呼吸器因为微粒集载和/或水分积聚而丧失结构完整性的可能 性更小。该过滤式面罩呼吸器在使用过程中塌缩的可能性更小，因此可以获得改善佩戴者 的舒适性和便利性的益处。此外，为了提供抗塌缩性而采用附加层或更重层的需要也降低 了。在面罩主体中使用更少的介质可以导致降低呼吸阻力并降低成本。本发明的发明人还 发现当使用总体上具有与单条焊接线相同的宽度的两条平行焊接线时，可以实现更快的 焊接速度。因为使用两条平行焊接线将焊接更少的表面积，因此将非织造纤维材料粘结起 来所需的焊接能更少；相应地出现分层的可能性更低，因此可以提高线速度。此外，通过使 用间隔紧密的平行焊接线，“焊瘤(welding flash)”也趋向于减少。“焊瘤”是预先熔融但 是沿着焊接线的边缘或端部固化的过量材料。焊瘤可能在面罩主体中产生聚团的材料珠以 及孔洞。当制作单个宽焊缝时，更多的材料会熔融，在旋转式焊接工序中必需移去这些材 料。这种“熔融焊接前沿”可能被滞留在会聚突出图案中，并且在焊接图案的拖尾边缘处沉 积“焊瘤”。因为可以提高焊接速度，并且因为产生更少的焊瘤，当制造具有间隔紧密的平行 焊接线的呼吸器时可以进一步降低制造成本。术语表下文所述术语具有如下限定的含义“对分”意指划分成两个基本相等的部分；“包含”意指其定义如专利术语中的标准那样，是通常与“包括”、“具有”或“含有” 同义的开放式术语。虽然“包含”、“包括”、“具有”和“含有”以及它们的变形为常用的开放 式术语，但本发明也可以使用较狭义的术语(例如“大致由……组成”)来适当描述，较狭义 的术语为半开放式术语的原因在于它仅排除起到其预期功能方面的那些可能对本发明呼 吸器的性能具有有害作用的物或元件；“清洁空气”意指已滤除了污染物的一定体积的大气环境空气；“污染物”意指颗粒(包括粉尘、薄雾和烟雾)和/或一般来讲不会被视为颗粒但 可能悬浮在空气中的其它物质(如有机蒸气等)；“横跨维度”为当从正面观察呼吸器时，在整个呼吸器上从左到右侧向地延伸的维 度；“杯形构造”意指能够充分覆盖人的鼻部和口部的任何容器形状；“外部气体空间”意指呼出的气体在穿过且超过面罩主体和/或呼气阀后进入的环 境大气空间；“过滤式面罩”意指面罩主体本身被设计成过滤穿过它的空气；不存在附接到面罩 主体上或模制成面罩主体来实现此目的的可独立识别的滤筒或嵌件成型滤芯；
“过滤器”或“过滤层”意指透气材料层，该层适用于从穿过它的空气流中除去污染 物(例如颗粒)的主要用途；“过滤结构”意指包括非织造纤维过滤层以及可选的其它非织造纤维层的构造；“第一侧面”意指位于垂直于横跨维度对分面罩主体的平面一侧的面罩主体区域；“带具”意指有助于将面罩主体支承在佩戴者的面部上的结构或部件组合；“与……一体的”意指同时一起制造，即作为一个部件制成，而不是随后接合在一 起的两个独立制造的部件；“内部气体空间”意指面罩主体与人面部之间的空间；“侧向地”意指当面罩主体处于折叠状态时远离垂直于横跨维度对分面罩主体的 平面而延伸；“分界线”意指折叠线、接缝、焊线、粘结线、缝线、铰合线和/或其任意组合；“纵向轴线”意指垂直于横跨维度对分面罩主体的线。“面罩主体”意指透气的结构，其被设计成贴合在人的鼻部和口部上方，并且有助 于限定与外部气体空间分离的内部气体空间；“鼻夹”意指如下机械装置(不同于鼻部泡沫)，该装置适于在面罩主体上使用，以 改进至少在佩戴者的鼻部周围的密封；“平行”意指基本上等间距地间隔开；“周边”意指面罩主体的外边缘，当某人戴上呼吸器时，该外边缘一般将靠近佩戴 者的面部进行设置；“褶绉”意指设计为在自身上或在自身上往回折叠的部分；“聚合物的”和“塑料的”意指主要包含一种或多种聚合物并且也可以包含其它成 分的材料；“多个”意指两个或更多个；“呼吸器”意指人所佩戴的为佩戴者提供用于呼吸的清洁空气的空气过滤装置；“肋”意指非织造纤维材料的可辨别的细长形聚集体；“第二侧面”意指位于垂直于横跨维度对分面罩主体的平面一侧的面罩主体区域 (第二侧面与第一侧面相对)；“紧密的贴合性”或“紧密地贴合”意指(在面罩主体和佩戴者的面部之间)提供 基本上气密的(或大体上不漏的)贴合；“拉袢”意指显示具有用于附接另一个部件的足够表面积的部件；“横向延伸”意指基本上在横跨维度上延伸；“焊接”或“焊接的”意指通过至少施加热量而结合在一起；以及“焊接线”意指在至少2厘米的距离上连续的焊缝。


图1为根据本发明的过滤式面罩呼吸器10的透视图；图2为图1所示过滤式面罩呼吸器10的前视图；图3为图1所示过滤式面罩呼吸器10在折叠状态下的俯视图；图4为沿着图2的线4-4截取的焊接图案32b中的平行焊接线34'和34"的放大剖视图；图5为沿着图3的线5-5截取的呼吸器面罩主体12的剖视图；图6为沿着图5的线6-6截取的过滤结构16的剖视图；图7为使用旋转式焊接机对未焊接的以及单、双线焊接图案实施的Taber刚度测 试结果的柱状图；以及图8为使用插入式焊接机(plunge welder)对未焊接的以及单、双线焊接图案实 施的Taber刚度测试结果的柱状图。
具体实施例方式在实施本发明时，提供过滤式面罩呼吸器，该过滤式面罩呼吸器具有焊接在面罩 主体中的至少两条间隔紧密的平行线。这些焊接线有助于提高抗塌缩性，增强美感，并且加 速呼吸器的制造。图1示出在佩戴者的面部处于展开状态的过滤式面罩呼吸器10的实例。可以使 用该呼吸器10以向佩戴者提供清洁的呼吸空气。如图所示，过滤式面罩呼吸器10包括面 罩主体12和带具14，面罩主体12具有过滤结构16，吸入的空气在进入佩戴者的呼吸系统 之前必须透过该结构。过滤结构16移除来自周围环境的污染物，从而佩戴者呼吸清洁的空 气。面罩主体12包括上部18和下部20。上部18和下部20被分界线22分开。在该具体 实施例中，分界线22是在整个面罩主体的中部横向延伸的敞开褶绉。面罩主体12还包括 具有上区段2 和下区段Mb的周边。带具14具有用订书钉固定到拉袢^a的带子26。 鼻夹30可以在面罩主体12的外表面上或者在覆盖纤维网之下设置在面罩主体12的上部 18上。图2示出呼吸器10具有设置在分界线22上方并且不穿越分界线22的第一焊接 图案3 和第二焊接图案32b。第一焊接图案3 和第二焊接图案32b位于纵向轴线34 的两侧。第三焊接图案32c和第四焊接图案32d设置在分界线22下方并且不穿越分界线 22。焊接图案32c和32d也位于纵向轴线34的相对两侧。第一焊接图案32a、第二焊接图 案32b、第三焊接图案32c和第四焊接图案32d包含限定二维封闭图案的焊接线33。每个焊 接图案可以呈现例如包括较大三角形的桁架式几何图形，该较大三角形具有修圆的角部并 且具有位于内部的一对三角形36和38。三角形36和38均嵌置于较大三角形3 至32d 内部，从而每个三角形36和38的两条边也形成各个三角形3 至32d的边的一部分。修圆 的角部通常具有约0.5毫米(mm)的最小半径。如图2所示，焊接图案3 至32d设置在面 罩主体12上，从而在纵向轴线34的各侧是对称的，或者在分界线22以及纵向轴线34的各 侧是对称的。尽管在附图中示出本发明是位于三角形内的三角形图案，但是二维封闭图案 可以呈现其它桁架形式，包括焊接在面罩主体中的矩形、梯形、菱形等四边形。每个二维封 闭焊接图案可以占据的表面积为约5至30平方厘米(cm2)，更典型地为约10至16cm2。焊 接图案还可以呈现其它形式，例如直线、曲线以及各种同心几何形状。这些线可以构造成基 本上在横跨纬度上延伸，例如参见授予Chen的美国专利6，394，090。图3示出处于水平折叠状态的面罩主体12的俯视图，该状态对于运输和离开面 部的储存而言是尤其有益的。面罩主体12可以沿着水平分界线22折叠。呼吸器可以包 括附接于第一拉袢28a和第二拉袢^b的一个或多个带子沈，可以在各个拉袢^aJSb上设置标记39以指示佩戴者在佩戴、摘除和调节期间可以在何处抓握面罩主体。可以在 各个凸缘上设置的标记39在发明名称为“Filtering Face-Piece Respirator Having Grasping Feature hdicator (具有抓握特征指示器的过滤式面罩呼吸器)”的美国专利申 请12/562，273中有进一步的描述。图4示出焊接图案32b中的双焊接线33的横截面。在焊接图案32a、32b、32c和 32d中，双焊接线33类似于铁路轨道一样彼此平行地延伸。各条焊接线34'、34"压缩并 结合过滤结构中的纤维从而使这些纤维变密实而基本上成为无孔实心型粘结物。过滤结构16具有厚度A。如下面参考图6更详细地描述，过滤结构16可以包括 多个非织造纤维材料层，其中至少一层是过滤层。这些层被间隔开大约(0.5至6) XA的 距离E的两条平行焊接线34'和34"焊接在一起。更优选地，平行焊接线以大约(0.6至 3) XA的距离间隔开，更优选地，平行焊接线以大约(0. 7至1. 5) XA的距离间隔开。两条平 行焊接线；34'、34"之间的区域E中的非织造纤维材料层具有厚度B，该厚度B小于平行焊 接线34'、34"之外的多个非织造材料层的标称非压缩厚度A(远离焊接线影响区域测量， 即，远离与焊接线34'和34"相邻的被压缩区域)，但是大于各条焊接线34'和34"的过 滤结构的厚度C。两条平行焊接线34'、34"之间的区域E中的过滤结构的厚度B与平行 焊接线34'、34〃之外的过滤结构的厚度A的比率为0.3至0.9。更优选地，该比率为0.4 至0. 8，更优选地，该比率为0. 5至0. 7。典型地，间隔开的平行焊接线的长度为至少3cm，并 且更典型地，长度大于4cm。优选地，平行焊接线34'、34〃在面罩主体的期望增强结构完整性的区域中是基 本上连续的。焊接线可以形成为使得各层过滤结构熔合在一起以增强焊接线中的这些层的 刚度。尽管本发明已经示出的是使用两条平行焊接线，但是可以使用处于间隔关系的三条 或更多条平行焊接线，以制成两个或更多个位于焊接线之间的基本连续区域或肋41。优选 地使各条焊接线之间的区域密集，从而有助于增强呼吸器的抗塌缩性。增加位于第一焊接 线34'和第二焊接线34"之间的肋41的密集度还会增强梁刚度，从而增强呼吸器的抗塌 缩性。可以使各条焊接线之间的区域密集，从而如上所述使焊接线之间的多个非织造材料 层的厚度小于焊接线之外的那些层的厚度。当使用平行焊接线而非类似宽度的单条焊接线 时，可以以更快的速度实施超声焊接。此外，当使用多条焊接线时，与相同总宽度的单条焊 接线相比，可以减少超声焊接“焊瘤”。包括过滤结构16的非织造纤维介质的层或多个层的 厚度A典型地为约0. 3至5mm，更典型地为约0. 5至2. Omm,更典型地为约0. 75至1. Omm0 平行的第一焊接线34'和第二焊接线34"之间的区域E的厚度B为多个层的厚度A的约 10%至70%，更典型地为厚度A的约20%至40%。第一焊接线34'和第二焊接线34〃之 间的区域的厚度B典型地为约0. 18至2. 7mm，更典型地为约0. 32至1. 8mm，更典型地为约 0.45至0.9mm。各个焊接线34'或34〃具有宽度尺寸F，该宽度尺寸F可以为约0. 5至 2mm,更典型地为约0. 75至1. 5mm。平行焊接线的总宽度D典型地为约1. 5至7. Omm,更典 型地为约2. 0至5mm，更典型地为约2. 5至4. 0mm。如下面实例所示，已经进行的实验表明 当使用平行焊接线时与类似总宽度的单条平焊接线相比能够增强焊接的梁强度。典型地在“插入式”或“旋转式”焊接工序中使用超声焊接来制成焊接线。一般 而言，超声焊接设备上的振动焊头使得与包含焊接线图案的砧相对的区域中的过滤结构16 压缩，熔融，然后固化。该工序可以采纳具有厚度A的过滤结构16，并在焊头与砧之间的接触区域中将其粘结在一起至厚度C。在插入式焊接中，焊头与砧典型地以上下运动相接触， 而过滤结构16位于两者之间；而在旋转式焊接中，过滤机构16以旋转方式被连续地供给至 焊头与砧之间。可以采用其它手段将过滤结构16粘结成焊接线，例如使用适当的工具进行 加热和加压。图5示出用于面罩主体12的褶绉构造的实例。如图所示，面罩主体12包括褶绉 22，上文已参照图1至图3进行了描述。面罩主体12的上部或上面板18还包括褶绉40和 42。面罩主体12的下部或下面板20包括褶绉44、46、48和50。面罩主体12还包括沿其周 边固定到面罩主体的周边纤维网讨。周边纤维网M可以在周边Ma、24b处折叠到面罩主 体的上方。周边纤维网M也可以是围绕周边2 和Mb的边缘折叠并固定的内覆盖纤维 网58的延伸。鼻夹30可以居中地设置在面罩主体的上部18上，并且与过滤结构16和周 边纤维网M之间的周边2 相邻。鼻夹30可以由柔性极软金属或塑料制成，并且能够由 佩戴者手动调整以贴合佩戴者的鼻部的轮廓。鼻夹可以由铝制成并且可以如图3所示为线 型，或者当从上往下看时可以具有其它形状，例如授予Castiglione的美国专利5，558，089 和Des. 412，573中示出的m形鼻夹。图6显示过滤结构16可以包括一个或多个非织造纤维材料层，例如内覆盖纤维网 58、外覆盖纤维网60和过滤层62。可以提供内覆盖纤维网58和外覆盖纤维网60以保护过 滤层62，并且避免过滤层62的纤维变得松散从而进入面罩内部。在使用呼吸器期间，空气 在进入面罩内部之前依次穿过层60、62和58。然后，佩戴者可以吸入面罩内部气体空间内 的空气。当佩戴者呼气时，空气以相反方向依次穿过层58、62和60。或者，可以在面罩主体 上设置呼气阀(未示出)，以允许呼出的空气迅速从内部气体空间吹出以进入外部气体空 间，而不经过过滤结构16。通常，覆盖纤维网58和60由精选的具有舒适感的非织造材料制 成，尤其是在过滤结构与佩戴者的面部接触的一侧具有舒适感。可以结合过滤结构使用的 多种过滤层和覆盖纤维网的构造将在下文中更详细地描述。为了提高佩戴者贴合度和舒适 度，可将弹性体面部密封件固定到过滤结构16的周边。当戴上呼吸器时，此类面部密封件 可以径向向内延伸以接触佩戴者的面部。面部密封件的实例在授予Bostock等人的美国专 利6，568，392、授予Springett等人的美国专利5，617，849、授予Maryyanek等人的美国专 利4，600, 002以及授予Yard的加拿大专利1，296, 487中有所描述。过滤结构还可以具有 与层58、60和62中的至少一者或多者并置(通常与外覆盖纤维网60外表面并置)的结构 结网或网片。此类网片的使用在发明名称为“Expandable Face Mask with Reinforcing Netting(具有加固结网的可伸展面罩)，，的美国专利申请No. 12/338，091中有所描述。结合本发明使用的面罩主体可以采用多种不同的形状和构造。尽管示出的过滤结 构具有包括过滤层和两个覆盖纤维网的多个层，但过滤结构可以只是包括过滤层的组合、 或(一个或多个)过滤层与(一个或多个)覆盖纤维网的组合。例如，可在更精细和精选 的下游过滤层的上游设置预过滤器。另外，可将吸附性的材料(例如活性炭)设置在具有 过滤结构的纤维和/或多个层之间。还可以将单独的颗粒过滤层结合吸附性的层使用，从 而实现对颗粒和蒸气两者的过滤。过滤结构可以包括一个或多个有助于提供这种杯形构造 的增强层。过滤结构还可具有有助于其结构完整性的一条或多条水平和/或竖直分界线。 然而，使用根据本发明的第一凸缘和第二凸缘可能会使此类增强层和分界线的需要成为多 余的。
本发明的面罩主体中使用的过滤结构可为颗粒捕集型过滤器或气体和蒸气型过 滤器的结构。过滤结构也可以是防止液体从过滤层的一侧转移到另一侧的阻挡层，以例如 防止液体气溶胶或液体飞溅物(如血液)渗透过滤层。根据应用需求，可以使用多层类似 或不类似的过滤介质来构造本发明的过滤结构。可以在本发明的分层面罩主体中有利地 使用的过滤器一般来讲处于低压降(例如在13. 8厘米/秒的面速度下压降小于约195至 四5帕斯卡)状态下，以使面罩佩戴者的呼吸工作量最小化。另外，过滤层为柔性的并具有 足够的抗剪强度，从而它们在预期的使用条件下一般都会保持其结构。颗粒捕集型过滤器 的实例包括一个或多个细小无机纤维(例如玻璃纤维)网或聚合物合成纤维网。合成纤维 网可以包括由例如熔吹等工艺制成的驻极体充电的聚合物型微纤维。由已充电的聚丙烯形 成的聚烯烃微纤维尤其为颗粒捕集应用提供实用性。替代的过滤层可以具有用于从呼吸 空气中移除危害性或异味气体的吸附剂组分。吸附剂可以包括通过粘接剂、粘结剂或纤维 结构界定在过滤层中的粉末或颗粒，参见授予Springett等人的美国专利6，334，671和授 予Braim的美国专利3，971，373。吸附剂层可以通过涂覆基底(例如纤维或网状泡沫)来 形成，以形成薄的粘附层。吸附剂材料可以包括经过或未经过化学处理的活性炭、多孔氧化 铝-二氧化硅催化剂基底和氧化铝颗粒。可以适应于多种构造的吸附性过滤结构的实例在 授予Senkus等人的美国专利6，391，429中有所描述。通常对过滤层进行挑选以实现所需的过滤效果。一般来讲，过滤层将从穿过其中 的气流中移除高百分比的颗粒和/或其它污染物。对于纤维过滤层而言，根据将要过滤掉 的物质种类选择纤维，并且通常对纤维进行选择从而在模制操作中它们不会变得粘合在一 起。如所指出的那样，过滤层可以多种形状和形式出现，并且厚度通常为约0.2毫米(mm) 至1厘米(cm)，更通常为约0. 3mm至0. 5cm，它可以为大致平面的纤维网，或可以为波纹状 从而得到伸展的表面积，例如参见授予Braun等人的美国专利5，804，295和5，656，368。 过滤层还可以包括通过粘接剂或任何其它方法接合在一起的多个过滤层。已知的(或今 后开发的)用于形成过滤层的大致任何合适的材料都可以用作过滤材料。熔吹纤维网， 例如在 Wenteλ Van Α.的 SuperfineThermoplastic Fibers，48 Indus. Engn. Chem.(超细 热塑性纤维，第48卷，工业与工程化学)，第1342页及后续页等(1956年)中所述，特别 是以永久带电(驻极体)的形式存在时是尤其可用的(例如参见授予Kubik等人的美国 专利No. 4，215，682)。这些熔吹纤维可以是有效纤维直径小于约20微米(μ m)的微纤维 (称为“吹塑微纤维”，简称BMF)，通常为约1至12 μ m的微纤维。可以根据Davies，C. N.， The Separation Of Airborne Dust Particles,Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings IB, 1952 (Davies, C.N.，空浮尘粒的分离，机械工程师学会(伦敦)， 论文集1B，1952年)确定有效的纤维直径。特别优选的是包含由聚丙烯、聚甲基-1-戊 烯)及其组合形成的纤维的BMF网。如在van Turnhout的美国再审查专利RE31，285中教 导的带电荷的形成原纤维的膜的纤维也是合适的，以及松香-羊毛纤维网和玻璃纤维网或 溶液吹塑网、或静电喷涂纤维网，特别是微薄膜形式的上述网也是合适的。如授予Eitzman 等人的美国专利6，824，718、授予Angadjivand等人的美国专利6，783，574、授予hsley等 人的美国专利6，743，464、授予Eitzman等人的美国专利6，454，986和6，406，657以及授 予Angadjivand等人的美国专利6，375，886和5，496，507所公开的那样，可以让纤维接触 水来将电荷赋予纤维。可以如授予Klasse等人的美国专利4，588，537所公开的那样通过电晕充电，或如授予Brown的美国专利4，798，850所公开的那样通过摩擦充电，来将电荷赋 予纤维。另外，在纤维中可包含添加剂，以增强通过水充电法制成的纤维网的过滤性能(参 见授予Rousseau等人的美国专利5，908，598)。特别地，可以将氟原子设置在过滤层中的纤 维表面处，以改善油雾环境中的过滤性能，参见授予Jones等人的美国专利6，398，847B1、 6，397，458B1和6，409，806B1。驻极体BMF过滤层的通常基重为约10至100克/平方米。 根据例如授予Angadjivand等人的'507专利中所述的技术进行充电，并且如在授予Jones 等人的专利中提到的包括氟原子时，基重可以分别为约20至40g/m2和约10至30g/m2。可使用内覆盖纤维网来得到用于接触佩戴者的面部的平滑表面，并且可使用外覆 盖纤维网来收集面罩主体中的松散纤维或获得美观效果。虽然覆盖纤维网通常对过滤结 构不提供任何实质的有益过滤效果，但当设置在过滤层的外部(或上游)时可充当预过滤 器。为了获得合适程度的舒适度，内覆盖纤维网优选地具有相对较小的基重，并且由相对细 小的纤维形成。更具体地讲，可以将覆盖纤维网塑造成具有约5至50g/m2(典型地为10至 30g/m2)的基重，并且纤维纤度可以小于3. 5旦尼尔(典型地小于2旦尼尔，更典型地小于 1旦尼尔但大于0. 1旦尼尔)。在覆盖纤维网中使用的纤维的平均纤维直径通常为约5微 米至M微米，典型地为约7微米至18微米，更典型地为约8微米至12微米。覆盖纤维网 材料可以具有一定程度的弹性(断裂时通常为但非必须为100%至200% )，并且可以塑性 变形。用于覆盖纤维网的合适的材料可以为吹塑微纤维(BMF)材料，特别是聚烯烃BMF 材料，例如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯共混物，也包括聚丙烯和聚乙烯的共混物)。制备 用于覆盖纤维网的BMF材料的合适工艺在授予Sabee等人的美国专利4，013，816中有所描 述。可以通过将纤维收集在光滑表面(通常为表面光滑的筒或旋转收集器)上来形成网， 参见授予Berrigan等人的美国专利6，492，2860也可以使用纺粘纤维。通常的覆盖纤维网可以由聚丙烯或包含重量百分比50%或更多聚丙烯的聚丙烯 /聚烯烃共混物制成。已经发现这些材料能够为佩戴者提供高度的柔软性和舒适度，并且 当过滤材料为聚丙烯BMF材料时，能够保持固定到过滤材料上，而在层之间不需要粘接剂。 覆盖纤维网中适用的聚烯烃材料可以包括例如单种聚丙烯、两种聚丙烯的共混物、聚丙烯 与聚乙烯的共混物、聚丙烯与聚G-甲基-ι-戊烯)的共混物和/或聚丙烯与聚丁烯的 共混物。用于覆盖纤维网的纤维的一个实例是由得自Exxon Corporation的聚丙烯树脂 "Escorene 3505G”制成的聚丙烯BMF，其提供约25g/m2的基重，纤度在0. 2至3. 1旦尼尔的 范围内(100根纤维的平均测量值为约0.8)。另一种合适的纤维是聚丙烯/聚乙烯BMF(由 包含85%的树脂“Escorene !3505G”和15%的也得自Exxon Corporation的乙烯/ α -烯 烃共聚物“Exact 4023”的混合物制成)，其提供约25g/m2的基重和具有约0. 8旦尼尔的 平均纤度。合适的纺粘材料可以商品名“Corosoft Plus 20”、“Corosoft Classic 20”和 "Corovin PP-S-14”得自Corovin GmbH(Peine，Germany)，梳理成网的聚丙烯/粘胶纤维材 料可以商品名 “370/15”得自 J. W. Suominen OY(Nakila，Finland)。本发明中使用的覆盖纤维网优选地在处理之后具有很少的从纤维网表面伸出 的纤维，因此具有平滑的外表面。可以在本发明中使用的覆盖纤维网的实例在例如授予 Angadjivand的美国专利6，041，782、授予Bostock等人的美国专利6，123,077和授予 Bostock等人的国际专利W096/28216A中有所公开。
带具中所用的带子可以由多种材料制成，例如热固性橡胶、热塑性弹性体、编织或 针织的纱线/橡胶组合、非弹性编织成分等等。带子可以由弹性材料制成，例如弹性编织 材料。带子优选地可伸展到大于其总长度的两倍，并且可恢复其松弛状态。带子也可增长 到其松弛状态长度的三倍或四倍，当张力移除时可恢复到其初始状态而不会对其有任何损 坏。因此，弹性极限优选地不小于带子处于其松弛状态时的长度的二倍、三倍或四倍。通 常，带子长约20至30cm、宽3至10mm、厚约0. 9至1. 5mm。带子可作为连续的带子从第一 拉袢延伸至第二拉袢，或带子可以具有多个部分，这些部分可用其它扣件或扣环进一步接 合在一起。例如，带子可以具有通过扣件接合在一起的第一部分和第二部分，当从面部移除 面罩主体时，佩戴者可迅速解开扣件。可以结合本发明使用的带子的实例在授予Xue等人 的美国专利6，332，465中示出。可以用于将带子的一个或多个部分接合在一起的紧固或扣 紧机构的实例在例如授予Brostrom等人的美国专利6，062，221、授予kppala的美国专利 5，237，986、以及授予Chien的美国专利EPl, 495，785A1中示出。如所指出的那样，可以将呼气阀附接到面罩主体上，以便于清除从内部气体空间 呼出的空气。通过迅速移除从面罩内部呼出的湿热空气，使用呼气阀可以提高佩戴者的舒 适度。例如参见授予Martin等人的美国专利7，188，622,7, 028, 689和7，013，895 ；授予 Japuntich 等人的美国专利 7，428，903,7, 311，104,7, 117，868,6, 854，463,6, 843，248 和 5，325，892 ；授予Mittelstadt等人的美国专利6，883，518 ；以及授予Bowers的美国再审查 专利RE37，974。提供合适压降并可适当地固定到面罩主体上的基本上任何呼气阀都可以结 合本发明使用，以迅速地将来自内部气体空间的呼出空气递送到外部气体空间。实例本发明通过增加呼吸器的一些部分，例如图2所示的3h、32b、32c和32d的刚度 来增强平折过滤式面罩呼吸器的抗塌缩性。通过用热量使图1所示的过滤结构16的多个层 压缩并粘结在一起来实现这一点。可以使用Taber刚度测试仪(Taber Industries,North Tonawanda, New York, USA)来测量各种材料的刚度，包括在过滤式面罩呼吸器的构造中经 常使用的非织造材料。Taber刚度测试仪通过确定使样品偏转指定量，典型地15°所需的扭矩量来测量 带材的刚度。采用Taber刚度测试仪进行测试的结果以Taber刚度单位来报告。一个Taber 刚度单位定义为当对Icm长的样品的一端施加lgm-cm的扭矩时样品偏转15°所需的刚 度。通过采用不同构造的测试仪，Taber刚度测试仪可以测量从小于ITaber刚度单位至 10，OOOTaber刚度单位范围内的刚度。使用利用旋转式超声热粘结工序的制造设备来制成与图1至图3中的呼吸器10 类似的平折过滤式面罩呼吸器。实例1、比较样品ICA和比较样品ICB各包括十个呼吸器。 实例1的呼吸器被制成为带有图2中的焊接线33，该焊接线33包括以2. Omm的非焊接间 距隔开的两条平行的0. 5mm宽焊接线。该双焊接线图案的横截面具有图4所示的带有平行 焊接线34'和34"的形状。比较样品ICA的呼吸器被制成为没有图2中示出的焊接图案 32a、32b、32c和32d，比较样品ICB的呼吸器被制成为带有由单条3. Omm宽的焊接线构成的 图2中的焊接线33。在实例1以及比较样品ICA和ICB中，图6中示出的过滤结构16包括夹在两个纺 粘覆盖纤维网58和60之间的过滤层62。该过滤层由基重59克/平方米(g/m2)、有效纤维直径(EFD)7.5微米(μπι)的驻极体BMF聚丙烯网的单个层构成。两个覆盖纤维网是得 自中国济南山东康洁非织造布有限公司(Shandong Kangjie Nonwovens Co. Ltd.，Jinan, China)的基重34g/m2的相同的聚丙烯纺粘纤维网。采用与用于制造实例1以及比较样品ICA和ICB的工序相同的制造工序来制成各 包括十个呼吸器的实例2以及比较样品2CA和2CB。实例2以及比较样品2CA和2CB中的 过滤层62由与用于制造实例1以及对应比较样品的材料相同的驻极体聚丙烯BMF的两个 层构成。用于制造实例2以及比较样品2CA和2CB的纺粘覆盖纤维网58和60与用于制造 实例1以及比较样品ICA和ICB的覆盖纤维网是相同的。通过切割包括三角形焊接图案32a、32b、32c或32d的一个斜边的32mm长X6mm宽 的材料条带，将呼吸器的过滤结构的样品收集起来进行刚度测试。从每个呼吸器切割该条 带，使得焊接图案在条带中居中并且与条带的长边平行。将每个样品条带中的各层的边缘 分离以消除通过用剪刀切割样品而产生的各层之间的任何热粘结。在进行刚度测试之前， 使用数字测微计对每种类型样品条带中的一个确定图4所示的尺寸A、B、C、D、E和F。测 量结果列在表1中。在表1中还列出计算量E+A、B+A和D + A。采用150E型Tabe刚度 测试仪(Taber Industries, North Tonawanda, New York, USA)对每个样品条带进行评价， 该测试仪使用SR附件和O至ITaber刚度单位范围内的10单位补偿器。将对每种类型，即 实例1和2以及比较样品1CA、1CB、2CA和2CB的十个样品条带进行刚度测试的结果进行平 均，结果示于图7中。图7中示出的Taber刚度测试结果表明如实例1和2中所体现那样，本发明与对 应比较样品(基于BMF层数)相比增强了过滤结构16的一部分的刚度。与例如图2所示 三角形图案的合适图案相结合，这种双焊接线相对于单焊接线的刚度上的增强预期将使本 发明的实例相对于对应的比较样品增强抗塌缩性。通过对表1中的计算值E+A、B+A和D+A的检查，可以发现双焊接线图案可以以 这些计算值来表征。值E+A对应于双焊接线之间的间距与非焊接过滤结构的厚度的比率。 值B+A对应于双焊接线之间的肋的高度与非焊接过滤结构的厚度的比率。值D+A对应于 焊接图案的宽度与非焊接过滤结构的厚度的比率。还可以使用插入式超声热粘结来形成过滤式面罩呼吸器上的焊接线图案。采用插 入式超声热粘结来制成本发明的一系列共三个实例，即实例3、4和5，以及对应的比较例。 在这些实例和比较例中，使用Branson 2000X系列插入式焊接系统(Danbury，CT，USA)在过 滤结构层叠物16的片材上形成对应于图2中所示三角形图案32a、32b、32c和32d的焊接 线图案。在十个过滤结构层叠物的片材上形成与用于实例1和2的双焊接线图案类似的双 焊接线图案，每个片材在过滤层62中具有1层、2层或3层聚丙烯驻极体BMF。实例3包括 1层聚丙烯驻极体BMF，实例4包括2层BMF，实例5包括3层BMF。用于实例3、4和5的聚 丙烯驻极体BMF与实例1和2中所述的聚丙烯驻极体BMF是相同的。在所有过滤结构层叠 物中，过滤层62夹在两个纺粘覆盖纤维网58和60之间，这两个纺粘覆盖纤维网58和60 与在实例1和2中使用的纺粘覆盖纤维网是相同的。采用与用于制造实例3的过滤结构层叠物相同的过滤结构层叠物制成各包括十 个层叠物片材的比较样品3CA、3CB和3CC。在比较样品3CA的层叠物片材上没有形成焊接 图案。采用与用于制造实例3、4和5的系统相同的超声插入式焊接系统在比较样品3CB的层叠物片材上制作具有单条0. 5mm宽焊接线的如图2所示的三角形图案32a、32b、32c和 32d。类似地，在比较例3CC中，使用该超声插入式焊接系统在十片层叠物片材上制作具有 单条3mm宽焊接线的三角形图案。采用分别与用于制造比较样品3CA、3CB和3CC的过程相同的过程制成各包括十个 层叠物片材的一组比较样品4CA、4CB和4CC。这两组比较样品之间唯一的区别在于第二组 比较样品4CA、4CB和4CC是采用包括2层聚丙烯驻极体过滤纤维网的过滤结构层叠物制成 的。重复上述过程来得到比较样品5CA、5CB和5CC，只不过采用的过滤结构层叠物包括3层 聚丙烯驻极体过滤纤维网。通过切割包括三角形焊接图案32a、32b、32c或32d的一个斜边的32mm长X6mm 宽的材料条带，将过滤结构层叠物片材的样品收集起来进行刚度测试。从每个层叠物片材 切割该条带，使得焊接图案在条带中居中并且与条带的长边平行。将每个样品条带中的各 层的边缘分离以消除通过用剪刀切割样品而产生的各层之间的任何热粘结。在进行刚度测 试之前，使用数字测微计对每种类型样品条带中的一个确定图4所示的尺寸A、B、C、D、E和 F。测量结果列在表2中。在表2中还列出计算量E+A、B + A和D+A。采用150E型Taber 刚度测试仪(Taber Industries, North Tonawanda, New York, USA)对每个样品条带进行 评价，该测试仪使用处于颠倒位置的样品夹具和0至IOTaber刚度单位范围内的10单位补 偿器。将对每种类型，即实例3、4和5以及比较样品3CA至5CC的十个样品条带进行刚度 测试的结果进行平均，结果示于图8中。
权利要求
1.一种过滤式面罩呼吸器，包括(a)带具；以及(b)面罩主体，其连接到所述带具上，所述面罩主体包括过滤结构，所述过滤结构具有 厚度A并且具有设置在所述过滤结构中的两条平行的焊接线，所述两条平行的焊接线的间 距是厚度A的0.5至6倍。
2.根据权利要求1所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线的间距是厚度A的0. 6至3倍。
3.根据权利要求2所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线的间距是厚度A的0. 7至1. 5倍。
4.根据权利要求1所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线之间的区域中的过滤结构的厚度小于所述两条平行的焊接线 之外的过滤结构的厚度，但是大于每条焊接线中的过滤结构的厚度。
5.根据权利要求4所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线之间的区域中的过滤结构的厚度与所述两条平行的焊接线之 外的过滤结构的厚度的比率是0. 3至0. 9。
6.根据权利要求4所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线之间的区域中的过滤结构的厚度与所述两条平行的焊接线之 外的过滤结构的厚度的比率是0. 4至0. 8。
7.根据权利要求4所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线之间的区域中的过滤结构的厚度与所述两条平行的焊接线之 外的过滤结构的厚度的比率是0. 5至0. 7。
8.根据权利要求4所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线之外的过滤结构的厚度是约0. 3至5mm。
9.根据权利要求8所述的呼吸器，其中，所述两条平行的焊接线之间的区域中的过滤结构的厚度B是厚度A的10%至70%。
10.根据权利要求1所述的呼吸器，其中， 每条焊接线具有约0. 5至2mm的宽度。
11.根据权利要求10所述的呼吸器，其中， 所述两条平行的焊接线的总宽度是1. 5至7mm。
12.根据权利要求10所述的呼吸器，其中， 所述两条平行的焊接线的总宽度是2至5mm。
13.根据权利要求1所述的呼吸器，其中，间隔的所述两条平行的焊接线的长度至少是3cm。
14.根据权利要求1所述的呼吸器，其中，间隔的所述两条平行的焊接线的长度至少是4cm。
15.根据权利要求1所述的呼吸器，还包括第三条平行的焊接线，其与所述两条平行的焊接线之一的间距是厚度A的0. 5至6倍。
16.一种呼吸器，包括 (a)带具；以及(b)面罩主体，其连接到所述带具上，所述面罩主体包括过滤结构，所述过滤结构包括 多层非织造纤维材料，所述多层非织造纤维材料具有厚度A并且被间距是厚度A的0. 5至 6倍的至少两条平行的焊接线焊接在一起。
17.根据权利要求16所述的呼吸器，其中，在所述平行的焊接线之间设置有肋，所述肋的厚度小于厚度A。
18.根据权利要求17所述的呼吸器，其中，所述肋的厚度是厚度A的10%至70%，并且所述平行的焊接线的间距是厚度A的0. 6 至3倍。
全文摘要
本发明公开一种过滤式面罩呼吸器(10)，所述呼吸器包括带具(14)和连接到所述带具(14)上的面罩主体(12)。所述面罩主体(12)包括过滤结构(16)，所述过滤结构可以包括多个非织造纤维材料层(58，60，62)。所述非织造纤维材料层(58，60，62)具有厚度A并且被间距是厚度A的0.5至6倍的至少两条平行的焊接线(34′，34″)焊接在一起。与使用相当宽度的单条焊接线的类似结构相比，使用平行焊接线的面罩主体可以表现出更好的抗塌缩性，并且可以以更快的速度制造。
文档编号A62B18/02GK102039011SQ20101052228
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年10月23日
发明者迪安·R·达菲 申请人:3M创新有限公司