Фильтрующая лицевая респираторная маска с элементом жесткости, составляющим единое целое с фильтрующим конструктивным элементом
FILTERING FACIAL RESPIRATORY MASK WITH ELEMENT OF STIFFNESS COMPOSITION OF SINGLE WHOLE WITH FILTERING CONSTRUCTIVE ELEMENT

Настоящее изобретение относится к фильтрующей лицевой респираторной маске, включающей по меньшей мере одно ребро жесткости, протяженное через респиратор в поперечном направлении.
Уровень техники
Респираторы носят поверх отверстий дыхательных путей, как правило, по меньшей мере с одной из двух целей: (1) предотвращение попадания примесей или загрязнителей воздуха в органы дыхания носящего; и (2) защита окружающих людей или предметов от патогенов или загрязнителей воздуха, выдыхаемых носящим респиратор. В первом случае респиратор носят в среде, воздух которой содержит частицы, вредные для здоровья носящего, как, например, это имеет место в автомастерской. Во втором случае респиратор носят в среде, в которой имеется угроза заражения других лиц или загрязнения окружающих предметов, например, в операционной или в чистом помещении.
Разработано множество типов респираторов, предназначенных для одной или обеих из данных целей. Некоторые респираторы именуются «фильтрующими лицевыми респираторными масками», потому что основа такой маски сама по себе работает, как фильтрующий механизм. В отличие от респираторов, в которых используются резиновые или эластомерные основы маски с прикрепляемыми к ним фильтрующими картриджами (см., например, патент США RE 39,493 (Yuschak et al.)) или заплавленными фильтрующими элементами (см., например, патент США 4,790,306 (Braun)), в фильтрующих лицевых респираторных масках фильтрующая среда покрывает основную часть основы маски, в результате чего отпадает необходимость в установке или замене фильтрующего картриджа. Фильтрующие лицевые респираторные маски, как правило, изготавливаются двух типов: формованные респираторы и респираторы, складываемые до плоского состояния.
Формованные респираторы, как правило, содержат нетканые полотна из термически скрепленных волокон или ажурные сетки из пластических материалов, придающие основе маски чашеобразную форму. Формованные респираторы, как правило, имеют одну и ту же форму при использовании и хранении. Такие респираторы не могут быть сложены до плоского состояния для хранения и транспортировки. Примеры патентов, в которых описаны формованные фильтрующие лицевые респираторные маски, включают патенты США 7,131,442 (Kronzer et al.), 6,923,182, 6,041,782 (Angadjivand et al.), 4,807,619 (Dyrud et al.) и 4,536,440 (Berg).
Складываемые до плоского состояния респираторы, как и подразумевает их название, могут быть сложены до плоского состояния для их хранения и транспортировки. Для их использования они могут быть раскрыты до чашеобразной формы. Примеры складываемых до плоского состояния респираторов описаны в патентах США 6,568,392 и 6,484,722 (Bostock et al.), а также 6,394,090 (Chen). Некоторые складываемые до плоского состояния респираторы имеют линии сварки, швы и складки, которые способствуют сохранению такими респираторами чашеобразной формы при их использовании. Предложено также включить в конструкцию основы маски элементы жесткости (см. патентные заявки США 2001/0067700 (Duffy et al.), 2010/0154805 (Duffy et al.), а также промышленный образец США 659,821 (Spoo et al.)).
В настоящем изобретении, описанном ниже, предлагаются складываемые до плоского состояния респираторы с улучшенными элементами жесткости.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предлагается фильтрующая лицевая респираторная маска, содержащая основу маски, имеющую по меньшей мере один протяженный в поперечном направлении элемент жесткости, сформированный путем выполнения S-образной (в три слоя) складки в фильтрующем конструктивном элементе 16 и неразъемного скрепления ее слоев друг с другом, например, сваркой. В зависимости от положения и ширины области соединения по отношению к области S-образной (в три слоя) складки, полученный элемент жесткости может иметь ребро на любой из сторон или на обеих сторонах области соединения. Такие ребра могут образовывать канал или желоб на внутренней поверхности основы маски.
Сформированный таким образом по меньшей мере один элемент жесткости усиливает структурную прочность основы маски, когда она раскрыта до чашеобразной формы, и предотвращает сложение основы маски, которое может быть вызвано, например, повышенным падением давления воздуха на основе маски из-за большого содержания загрязнений или влаги в воздухе. За счет того, что элемент жесткости является протяженным через основу маски в поперечном направлении, то есть, от одной боковой стороне к другой боковой стороне, при раскрытии маски до чашеобразной формы образуется конструкция в виде распорки, дополнительно предотвращающей сложение основы маски. Каналы или желоба, образованные элементом жесткости, обеспечивают систему отвода жидкости, конденсирующейся из влажного выдыхаемого воздуха, от лица носящего.
В одном из воплощений элемент жесткости сформирован путем выполнения складки в фильтрующем конструктивном элементе и последующего сваривания вместе трех слоев фильтрующего конструктивного элемента, образующего основу маски. Получаемый элемент жесткости имеет толщину в месте сварного шва, меньшую, чем толщина фильтрующего конструктивного элемента, и толщину по обе стороны сварного шва, которая в от 2 до 3 раз больше толщины фильтрующего конструктивного элемента.
Глоссарий
Используемые в настоящем документе термины имеют следующее значение.
Термины "содержит" и "содержащий" имеют значение, стандартное для патентной терминологии, и являются терминами, подразумевающими открытое множество, в целом синонимичными терминам "включает" и "имеет". В дополнение к терминам "содержит", "включает" и "имеет", и их производным, которые являются общепринятыми терминами, означающими открытое множество, в настоящем документе может также использоваться сужающий термин "состоит в сущности из", который подразумевает полуоткрытое множество, в том смысле, что он исключает только те элементы, которые могут ухудшать работу предлагаемого респиратора при выполнении им своих основных функций.
Термин "чистый воздух" означает порцию атмосферного воздуха, профильтрованную для удаления из нее загрязнителей.
Термин "область соединения" означает область элемента жесткости, в которой три слоя фильтрующей конструкции неразъемно скреплены вместе.
Термин "загрязнители" означает частицы (включая пыль, туманы и дымы) и/или прочие вещества, обычно не считаемые частицами (например, пары органических веществ), но которые могут находиться в воздухе во взвешенном состоянии.
Термин "поперечное направление" означает направление, проходящее от одной боковой стороне к другой боковой стороне респиратора, на виде респиратора спереди;
Термин "чашеобразная форма", а также его производные и аналоги означают любую форму, напоминающую сосуд, которая может адекватно покрывать нос и рот носящего.
Термин "наружное газовое пространство" означает атмосферное газовое пространство, в которое попадает выдыхаемый газ после прохождения через основу маски и/или клапан выдоха и выхода за их пределы.
Термин "наружная поверхность" означает поверхность основы маски, открытую по отношению к наружному атмосферному газовому пространству, когда основа маски расположена на лице пользователя.
Термин "фильтрующая лицевая респираторная маска" означает респиратор, в котором основа маски сама по себе предназначена для фильтрации проходящего через нее воздуха, и в котором нет четко определяемых фильтрующих картриджей, прикрепляемых к основе маски, или фильтрующих элементов, заплавленных в основу маски для данной цели.
Термины "фильтр" и "фильтрующий слой" означают один или более слоев воздухопроницаемых материалов, основным назначением которых является удаление загрязнителей (например, частиц) из потока проходящего через них воздуха.
Термин "фильтрующая среда" означает воздухопроницаемую конструкцию, предназначенную для удаления загрязнителей из проходящего через нее воздуха.
Термины "фильтрующий конструктивный элемент" и "дыхательный фильтрующий конструктивный элемент" в целом означают воздухопроницаемый конструктивный элемент, фильтрующий воздух.
Термин "сложенный вовнутрь" означает, что элемент, к которому он относится, пригнут обратно к той части, от которой он является протяженным.
Термин "система крепления" означает конструктивный элемент или набор частей, способствующих удержанию основы маски на лице носящего.
Термин "составляющие единое целое" означает, что элементы, к которым он относится, выполнены совместно и как одна часть, а не как две части, изготавливаемые отдельно и впоследствии соединяемые друг с другом.
Термин "внутреннее газовое пространство" означает пространство между основой маски и лицом носящего.
Термин "внутренний периметр" означает наружный край основы маски, расположенный на внутренней поверхности основы маски и в целом находящийся в контакте с лицом носящего, когда респиратор надет на лицо.
Термин "внутренняя поверхность" означает поверхность основы маски, наиболее близкую к лицу пользователя, когда основа маски расположена на лице носящего.
Термин "разделительная линия" означает линию сложения, шва, сварки, стежка, иного скрепления, шарнирного соединения и/или любые их комбинации.
Термин "основа маски" означает воздухопроницаемый конструктивный элемент, надеваемый пользователем поверх носа и рта и отделяющий внутреннее газовое пространство от наружного газового пространства (и включающий швы и скрепления, посредством которых соединены вместе слои и части основы маски).
Термин "носовой зажим" означает механическое устройство (отличное от пенистого элемента для носа), устанавливаемое на основе маски и используемое для обеспечения более плотной посадки основы маски вокруг носа носящего.
Термин "периметр" означает наружный край основы маски, располагающийся в целом в непосредственной близости к лицу носящего при надевании маски на лицо; под "сегментом периметра" понимается часть периметра.
Термин "складка" означает место, по которому части элемента сложены или могут быть сложены друг с другом.
Термины "полимерный" и "пластический" означают материал, который в основном включает один или более полимеров, но который может также содержать и другие ингредиенты.
Термин "респиратор" означает устройство для фильтрации воздуха, носимое пользователем для обеспечения себя чистым воздухом для дыхания.
Термин "элемент жесткости" означает удлиненный элемент, составляющий единое целое с фильтрующим конструктивным элементом и дыхательным фильтрующим конструктивным элементом, расположенными по обе стороны от элемента жесткости, и повышающий жесткость фильтрующего конструктивного элемента в направлении протяженности элемента жесткости.
Термин "протяженный в поперечном направлении" означает, что элемент, к которому он относится, является протяженным в целом в поперечном направлении.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Аксонометрический вид спереди складываемой до плоского состояния фильтрующей лицевой респираторной маски 10, надетой на лицо пользователя.
Фиг. 2 - Вид сбоку респиратора 10, изображенного на фиг. 1.
Фиг. 3 - Вид спереди основы 12 маски респиратора 10, изображенного на фиг. 1.
Фиг. 4A - Вид снизу основы 12 маски в сложенном виде, с фланцами 30а, 30b в не сложенном положении.
Фиг. 4B - Вид снизу основы 12 маски до ее раскрытия, но с фланцами 30а, 30b, приложенными к фильтрующему конструктивному элементу 16.
Фиг. 5 - Сечение фильтрующего конструктивного элемента 16, подходящего для использования в основе 12 маски, изображенной на фиг. 1.
Фиг. 6 - Сечение основы 12 маски плоскостью 6-6, отмеченной на фиг. 3, на котором показаны три элемента жесткости 50;
Фиг. 6A - Увеличенный вид элемента жесткости 50, изображенного на фиг. 6.
Фиг. 7 - Схематический вид фильтрующего конструктивного элемента 16, сложенного для формирования элемента жесткости 50, до его сварки.
Фиг. 8 - Схематический вид фильтрующего конструктивного элемента 16, сложенного и сваренного для формирования элемента жесткости 50.
Фиг. 9 - Схематический вид фильтрующего конструктивного элемента 16, сложенного и сваренного для формирования альтернативного воплощения элемента жесткости 60.
Фиг. 10 - Вид спереди альтернативного воплощения основы 12 маски, на котором показан элемент жесткости 50.
Фиг. 11 - Вид сбоку основы 12 маски, изображенной на фиг. 10, на котором показан элемент жесткости 50.
Фиг. 12 - Схематическое изображение способа формирования складываемой до плоского состояния фильтрующей лицевой респираторной маски 10, имеющей основу 12 маски и элемент жесткости 50.
Подробное описание предпочтительных воплощений изобретения
В настоящем изобретении предлагается фильтрующая лицевая респираторная маска, имеющая по меньшей мере один элемент жесткости, протяженный в поперечном направлении через лицевую маску. Элемент жесткости улучшает посадку маски на лицо и препятствует смятию лицевой маски в сторону лица носящего, и в то же время позволяет газообразным средам (в частности, влажному воздуху) выходить из внутреннего газового пространства в наружное газовое пространство.
В нижеследующем описании делаются ссылки на прилагаемые чертежи, которые составляют неотъемлемую часть настоящего описания, и на которых, в качестве примеров, показаны отдельные воплощения изобретения. Если не указано иное, то одинаковые или аналогичные элементы различных воплощений обозначены одинаковыми или аналогичными номерами позиций. При этом подразумевается также, что настоящее изобретение допускает и другие воплощения без отхода от его идеи и без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Поэтому нижеследующее описание не следует понимать в ограничивающем смысле. Возможные прочие воплощения настоящего изобретения будут более понятны из описания примеров воплощений настоящего изобретения, приводимого ниже.
На фиг. 1 и 2 показан пример фильтрующей лицевой респираторной маски 10, которая может использоваться для обеспечения носящего чистым воздухом для дыхания, и которая может быть изготовлена в соответствии с принципами настоящего изобретения. Фильтрующая лицевая респираторная маска 10 включает основу 12 маски и систему 14 крепления.
На фиг. 3 показана основа 12 маски респиратора 10 без системы 14 крепления; на фиг. 4а и 4b показана основа 12 маски в сложенном состоянии, и такое состояние может также именоваться состоянием «до раскрытия маски». На данных чертежах показаны также дополнительные элементы и отличительные особенности респиратора 10 и основы 12 маски.
Основа 12 маски имеет фильтрующий конструктивный элемент 16, через который должен пройти вдыхаемый воздух до того, как он войдет в систему дыхания носящего. Фильтрующий конструктивный элемент 16 удаляет из атмосферного воздуха загрязнители и благодаря этому носящий дышит чистым воздухом. Фильтрующий конструктивный элемент 16 может иметь различные формы и конфигурации, и как правило, ему придают форму, при которой он мог бы плотно прилегать к лицу носящего или плотно вставлялся в опорный конструктивный элемент. В целом форма и конфигурация фильтрующего конструктивного элемента 16 соответствуют общей форме основы 12 маски.
Основа 12 маски включает верхнюю часть 18 и нижнюю часть 20, отделенные друг от друга разделительной линией 22. В данном воплощении разделительной линией 22 является складка, протяженная в поперечном направлении через центральную часть основы маски, от одной ее боковой стороны к другой боковой стороне. Основа 12 маски включает также периметр 24, который включает верхний сегмент 24а в верхней его части 18 и нижний сегмент 24b в нижней части 20.
Система 14 крепления (фиг. 1) имеет первый (верхний) ремешок 26, прикрепленный к верхней части 18 основы 12 маски и второй (нижний) ремешок 27. Ремешки 26, 27 прикреплены к основе 12 маски скобами 29. Ремешки 26, 27 могут быть изготовлены из самых различных материалов, таких, как термоотверждаемые резины, термопластические эластомеры, сплетенные или связанные друг с другом эластичные и/или неэластичные материалы и им подобные материалы. Ремешки 26, 27 предпочтительно могут быть растянуты до длины, более, чем в два раза превышающую их исходную длину, и после снятия растягивающих усилий могут сократиться до исходной длины. В некоторых воплощениях ремешки 26, 27 могут быть растянуты до длины, более, чем в три или даже четыре раза превышающую их исходную длину, и после снятия растягивающих усилий могут сократиться до исходной длины, не претерпевая при этом повреждений. Ремешки 26, 27 могут быть сплошными полосами материала, или могут содержать множество частей, соединенных друг с другом застежками или пряжками. В качестве альтернативы, из ремешков могут быть сформирована петля, располагаемая за ушами носящего.
На фиг. 3, 4а и 4b показана основа 12 маски, имеющая первый и второй фланцы 30а и 30b, расположенные на противоположных боковых сторонах 31а, 31b основы 12 маски. Каждый из ремешков 26, 27 является протяженным от боковой стороны 31а к боковой стороне 31b. Как упоминалось выше, первый (верхний) ремешок 26 прикреплен к верхней части 18 основы 12 маски в непосредственной близости к верхнему сегменту 24а периметра, в то время как второй (нижний) ремешок 27 прикреплен скобами к фланцам 30а, 30b, которые сложены вовнутрь к фильтрующему конструктивному элементу 16, как показано на фиг. 4b. Дополнительные подробности, касающиеся фланцев 30а и 30b, а также прочих элементов респиратора 10 и основы 12 маски, приводятся в патентной заявке США 13/727,923 "Filtering Face-Piece Respirator Having Folded Flange", поданной 27 декабря 2012 года и включаемой в настоящую заявку целиком посредством ссылки.
Носовой зажим 35 (фиг. 2, 3) может быть расположен в верхней части 18 основы 12 маски, в непосредственной близости к верхнему сегменту 24а периметра, по центру между боковыми краями 31а, 31b основы маски, и такой зажим способствует более плотной посадке маски поверх носа, а также вокруг носа и верхних скуловых костей. Носовой зажим 35 может быть изготовлен из мягкого и легко поддающегося деформации металла или пластического материала, который пользователь может легко согнуть, чтобы подогнать его под форму своего носа. Носовой зажим 35 может содержать, например, полоску из мягкого и податливого металла, такого, как алюминий, которой можно легко придать форму, обеспечивающую удержание маски в требуемом положении плотной посадки поверх носа носящего и области сопряжения носа со щеками.
Как показано на фиг. 4а и 4b, плоскость 32 условно разбивает основу 12 маски на первую и вторую боковые стороны 31а, 31b. Первый и второй фланцы 30а и 30b, показанные на фиг. 4а, расположены на противоположных боковых сторонах 31а и 31b основы 12 маски соответственно. Фланцы 30а, 30b, как правило, являются протяженными от основы 12 маски и могут составлять или не составлять единое целое с основой 12 маски, будучи при этом связаны с основной частью основы 12 маски по первой и второй разделительным линиям 36а, 36b. И хотя фланцы 30а, 30b могут содержать один или более слоев, или даже все слои, которые содержит фильтрующий конструктивный элемент 16, фланцы 30а, 30b не являются частью основной фильтрующей области основы 12 маски. В отличие от фильтрующего конструктивного элемента 16, слои, которые содержат фланцы 30а, 30, могут быть сжаты, что делает их в сущности непроницаемыми для газообразной среды. Фланцы 30а, 30b могут быть продолжениями материала, из которого изготовлен фильтрующий конструктивный элемент 16 основы 12 маски, или они могут быть сделаны из отдельного материала, например, из жесткой или полужесткой пластмассы. Фланцы 30а, 30b могут быть повернуты или сложены вокруг осей или линий складок, в целом параллельных, или практически параллельных соответствующим разделительным линиям 36а, 36b, или расположенных под углом не более, чем примерно 30° к соответствующим разделительным линиям 36а, 36b, для перевода их в положение, показанное на фиг. 4b. Кроме того, фланцы 30а, 30b могут иметь выполненные на них швы или скрепления 34, повышающие жесткость фланцев, и нижний сегмент 24b периметра основы 12 маски также может иметь набор скреплений или швов 34, соединяющих вместе различные слои основы 12 маски.
Сегмент 24а периметра (фиг. 1, 3, 6) также может иметь набор скреплений или швов, соединяющих вместе различные слои основы 12 маски и способствующих также поддержанию требуемого положения носового зажима 35. Остальная часть фильтрующего конструктивного элемента 16, то есть, расположенная внутри ее периметра, может быть полностью проницаемой для газообразной среды в большей части своей поверхности, возможно, за исключением областей, в которых расположены скрепления, сварные швы или линии сложения.
Фильтрующий конструктивный элемент 16, используемый в основе 12 маски, может быть фильтром типа, предназначенного для улавливания твердых частиц или фильтром, предназначенным для улавливания газов или паров. Фильтрующий конструктивный элемент 16 может быть также барьерным слоем, предотвращающим перенос жидкости с одной стороны фильтрующего слоя на другую сторону, например, предотвращающим прохождение аэрозолей или брызг жидкости (например, крови) через фильтрующий слой. В соответствии с потребностями приложения, для изготовления фильтрующего конструктивного элемента 16 может использоваться множество одинаковых или различных слоев фильтрующих сред. Фильтрующие слои, которые могут использоваться составе многослойной основы маски, как правило, являются слоями, обеспечивающими малое падение давления (например, менее, чем примерно от 195 до 295 Па при фронтальной скорости потока воздуха 13,8 см/с), что необходимо для обеспечения минимальных дыхательных усилий носящего маску. Кроме того, фильтрующие слои предпочтительно должны быть гибкими и обладать достаточной устойчивостью к сдвиговым нагрузкам, чтобы они сохраняли свою структурную целостность в ожидаемых условиях эксплуатации.
На фиг. 5 показан пример фильтрующего конструктивного элемента 16, имеющего множество слоев, в частности, внутреннее покровное полотно 38, наружное покровное полотно 40 и фильтрующий слой 42. Фильтрующий конструктивный элемент 16 может также иметь структурообразующую сетку, наложенную по меньшей мере на один слой, или даже на большее число слоев из слоев 38, 40 или 42, как правило, на наружную поверхность наружного покровного полотна 40, и способствующих приданию ему чашеобразной формы. Фильтрующий конструктивный элемент 16 может также иметь одну или более горизонтальных и/или вертикальных разделительных линий (например, складок или ребер), усиливающих его структурную прочность.
Внутреннее покровное полотно 38, которое, как правило, образует внутреннюю поверхность основы 12 маски, может использоваться для обеспечения гладкой поверхности, контактирующей с лицом пользователя, а наружное покровное полотно 40, которое, как правило, образует наружную поверхность 12а (фиг. 2) основы 12 маски, может использоваться для удержания волокон, отделяющихся от основы маски, или в эстетических целях. Оба покровных полотна: внутреннее 38 и наружное 40 - защищают фильтрующий слой 42. Покровные полотна 38, 40, как правило, не усиливают сколько-нибудь значительным образом фильтрующее действие фильтрующего конструктивного элемента 16, хотя наружное покровное полотно 40 может работать, как предварительный фильтр по отношению к фильтрующему слою 42.
2
2
2
Для обеспечения достаточного уровня комфорта при ношении маски, внутреннее покровное полотно 38 предпочтительно имеет более низкую массу на единицу площади и сформировано из более тонких волокон, как правило, более тонких, чем волокна наружного покровного полотна 40. Любое из покровных полотен, или оба покровных полотна 38, 40 могут иметь массу на единицу площади, составляющую от примерно 5 до примерно 70 г/м (как правило, примерно от 17 до 51 г/м, и в некоторых воплощениях - от 34 до 51 г/м), и волокна могут быть менее, чем 3,5 денье (как правило, менее, чем 2 денье, и более типично - менее, чем 1 денье), но более, чем 0,1 денье. Волокна, используемые для формирования покровных полотен 38, 40, обычно имеют средний диаметр, составляющий примерно от 5 до 24 мкм, как правило, примерно от 7 до 18 мкм, и более типично - примерно от 8 до 12 мкм. Материал покровного полотна может обладать некоторой эластичностью (как правило, хотя это и не обязательно, может быть упруго растянут на величину, составляющую от 100% до 200% его исходной длины, до наступления разрыва), и может также допускать пластическую деформацию.
Как правило, покровные полотна 38, 40 изготавливают из нетканых материалов, обеспечивающих комфортность ощущений при контакте с кожей, особенно на стороне фильтрующего конструктивного элемента, который вступает в контакт с лицом носящего, то есть, особенно это касается внутреннего покровного полотна 38. Подходящими материалами для изготовления покровного полотна могут быть материалы из микроволокон, выдуваемых из расплава (BMF), особенно, материалы из полиолефиновых микроволокон, выдуваемых из расплава, например, материалы из полипропиленовых микроволокон, выдуваемых из расплава (включая волокна из смесей полипропиленов и смесей полипропилена и полиэтилена). Могут также использоваться волокна «спанбонд».
Подходящее покровное полотно может быть изготовлено из полипропилена или смеси полипропилена с другим полиолефином, в которой содержание полипропилена составляет 50 весовых % или более. Полиолефиновые материалы, подходящие для использования в составе покровного полотна, могут включать, например, одиночный полипропилен, смеси двух полипропиленов, смеси полипропилена и полиэтилена, смеси полипропилена и поли(4-метил-1-пентен)а, и/или смеси полипропилена и полибутилена. Покровные полотна 38, 40 после их обработки предпочтительно имеют очень малое количество волокон, выступающих с их поверхности, то есть, имеют гладкую и приятную на ощупь наружную поверхность.
Фильтрующий слой 42, как правило, подбирается таким образом, чтобы он обеспечивал требуемый фильтрующий эффект. Фильтрующий слой 42, как правило, удаляет большой процент частиц и/или других загрязнителей из проходящего через него газового потока. Волокна для изготовления волокнистых фильтрующих слоев выбираются в зависимости от природы веществ, которые требуется задерживать.
Фильтрующий слой 42 может иметь самые различные формы, и как правило, имеет толщину от 0,2 мм до 5 мм, более типичную - от примерно 0,3 мм до 3 мм (например, примерно 0,5 мм), и может быть в целом плоским полотном или гофрированным для увеличения площади поверхности. Фильтрующий слой 42 может также включать множество фильтрующих слоев, скрепленных вместе с помощью адгезива или другими средствами. В сущности, в качестве материала для формирования фильтрующего слоя может использоваться любой подходящий материал из известных сегодня и тех, что будут разработаны в будущем. Особенно подходящими являются полотна из волокон, выдуваемых из расплава и несущих устойчивый электростатический заряд (электретных). Подходящими волокнами являются также электростатически заряженные волокна из фибриллированных пленок, а также волокна из шерсти, натертые канифолью, стекловолокна, волокна, выдуваемые из раствора и волокна электростатического распыления, особенно в форме микропленок. Кроме того, для повышения эффективности фильтрации воздуха получаемыми из них полотнами, волокна могут быть обработаны способом гидрозаряжания, или в их состав могут быть включены добавки. В частности, на поверхность волокон фильтрующего слоя могут быть нанесены атомы фтора, что повышает эффективность фильтрации воздуха таким полотном в условиях масляного тумана.
Фильтры, улавливающие частицы, могут включать одно или более полотен из тонких неорганических волокон (например, стекловолокон) или полимерных синтетических волокон. Полотна из синтетических волокон могут включать электростатически заряженные (электретные) полимерные микроволокна, получаемые с помощью таких процессов, как, например, выдувание из расплава. Особенно подходящими в приложениях, связанных с улавливанием частиц, являются микроволокна из полиолефинов, в частности, из полипропилена, которым придан электростатический заряд. В качестве альтернативы, фильтрующий слой может содержать сорбирующий компонент, удаляющий опасные или зловонные газы из вдыхаемого воздуха. Сорбенты могут включать порошки или гранулы, закрепленные в фильтрующем слое адгезивами, связующими или структурами из волокон. Слой сорбента может быть сформирован путем нанесения покрытия на основу, такую, как, например, волокнистая или сетчатая пена, в результате чего может быть получен тонкий, связанный с ней слой. Сорбирующие материалы могут включать активированные угли, химически обработанные или не обработанные, пористые глиноземно-кремнеземные каталитические субстраты, а также частицы глинозема.
И хотя на фиг. 5 показан фильтрующий конструктивный элемент 16, имеющий один фильтрующий слой 42 и два покровных полотна 38, 40, в альтернативных воплощениях фильтрующий конструктивный элемент 16 может содержать множество фильтрующих слоев 42 (или комбинацию из таких слоев). Так, например, по ходу вдыхаемого воздуха сначала может быть установлен фильтр предварительной (грубой) очистки, а далее может быть расположен фильтрующий слой более тонкой и избирательной очистки. В дополнение к этому, между волокнистыми и/или иными слоями, составляющими фильтрующий конструктивный элемент, могут быть расположены сорбционные материалы, например, активированный уголь. Кроме того, совместно с сорбционными слоями могут использоваться отдельные слои для фильтрации частиц, и такой фильтрующий конструктивный элемент может улавливать как частицы, так и газы.
При использовании респиратора входящий в него воздух, прежде чем попасть во внутреннее пространство маски, последовательно проходит через слои 40, 42 и 38. После этого воздух, находящийся во внутреннем газовом пространстве маски, вдыхается пользователем. При совершении пользователем выдоха воздух проходит в обратном направлении последовательно через слои 38, 42, и 40. В качестве альтернативы, на основе 12 маски может иметься клапан выдоха (не показан), позволяющий быстро вывести выдыхаемый воздух из внутреннего газового пространства маски во внешнее газовое пространство, без прохождения через фильтрующий конструктивный элемент 16. Наличие клапана выдоха может повышать комфорт пользователя за счет того, что из внутреннего пространства маски будет быстро выводиться теплый и влажный выдыхаемый воздух. В соответствии с настоящим изобретением, для быстрого выведения выдыхаемого воздуха из внутреннего газового пространства маски во внешнее газовое пространство маски может использоваться любой клапан выдоха, который обеспечивает подходящее падение давления и может быть надежно закреплен на основе маски.
Респираторы в соответствии с настоящим изобретением включают по меньшей мере один элемент жесткости, протяженный в поперечном направлении через основу 12 маски, от боковой стороны 31а к боковой стороне 31b. Один или более элементов жесткости образованы тройным слоем фильтрующего конструктивного элемента 16.
На фиг. 6 показана основа 12 маски, имеющая наружную поверхность 12а основы 12 маски и противоположную ей внутреннюю поверхность 12b. Как составляющий единое целое с фильтрующим конструктивным элементом 16, выполнен по меньшей мере один элемент жесткости 50, и показанная основа 12 маски имеет три элемента жесткости: 50а, 50b, and 50с. Элемент жесткости 50а расположен в верхней части 18, элемент жесткости 50b расположен примерно на разделительной линии 22 (фиг. 1 и 2), а элемент жесткости 50с расположен в нижней части 20 основы 12 маски. В показанном воплощении элементы жесткости 50а, 50с расположены в сущности на одинаковом расстоянии от элемента жесткости 50b; то есть, расстояние между элементом жесткости 50а и элементом жесткости 50b в сущности равно расстоянию между элементом жесткости 50b и элементом жесткости 50с. Естественно, что в других воплощениях могут использоваться и различные расстояния между элементами жесткости 50 (при наличии множества таких элементов).
Каждый из элементов жесткости 50 образован тремя слоями фильтрующего конструктивного элемента 16, скрепленными вместе таким образом, что в результате этого формируется ребро, опора, распорка, раскос, перекладина или другой элемент жесткости. Каждый из элементов жесткости 50 имеет ребро 52, расположенное во внутреннем газовом пространстве основы 12 маски, ближе к внутренней поверхности 12b, и ребро 54, расположенное в наружном газовом пространстве основы 12 маски, ближе к наружной поверхности 12а. Область 55 соединения, протяженная по длине элемента жесткости 50, образует ребра 52, 54, представляющие собой не проваренные петли из материала фильтрующего конструктивного элемента 16; то есть, ребра 52, 54 образованы наложенными друг на друга и не сваренными друг с другом слоями фильтрующего конструктивного элемента 16. Область 55 соединения представляет собой область, в которой три слоя фильтрующего конструктивного элемента 16 неразъемно соединены вместе, например, адгезивом, посредством механического крепления (например, прошивкой, скобами или иными способами) или различными видами сварки (например, узльтразвуковой и/или тепловой сваркой, включающей воздействие тепла и давления).
Один или более элементов жесткости 50 являются протяженными в поперечном направлении через основу 12 маски, и предпочтительно непрерывно протяженными от боковой стороны 31а к боковой стороне 31b. В некоторых воплощениях элемент жесткости 50 является прерывистым (например, линией стежка), но в целом протяженным от боковой стороны 31а к боковой стороне 31b. Элемент жесткости 50, вследствие его увеличенной толщины по сравнению с остальной частью основы 12 маски, и/или благодаря жесткости области 55 соединения, повышает устойчивость основы 12 маски против сложения вовнутрь, то есть к лицу носящего.
В некоторых воплощениях, включая воплощение, показанное на фиг. 6, внутреннее ребро 52 является верхним из двух ребер, и расположено над областью 55 соединения и наружным ребром 54, когда основа 12 маски надета на лицо пользователя. В данном воплощении внутреннее ребро 52 в совокупности с фильтрующим конструктивным элементом 16 образует канал или желоб 58 над областью 55 соединения. Данный желоб 58 может собирать, удерживать и, возможно, транспортировать жидкость, которая может скапливаться на внутренней поверхности 12b основы 12 маски и стекать в желоб 58.
На фиг. 7 и 8 показан фильтрующий конструктивный элемент 16, имеющий элемент жесткости 50, до и после выполнения соединения (например, сварки), в области 55 соединения. В воплощении, показанном на фиг. 7, единый лоскут фильтрующего конструктивного элемента 16, имеющего толщину Т, сложен в три слоя (S-образно). Такая S-образная область сложения фильтрующего конструктивного элемента 16, на которой в конечном итоге будут сформированы область соединения и ребра, имеет толщину 3Т, втрое превышающую толщину Т фильтрующего конструктивного элемента 16. После того, как область 55 соединения сформирована, как это показано на фиг. 8, такая область 55 соединения, особенно, если она выполнена сваркой, имеет толщину, значительно меньшую, чем 3Т, и как правило, не превышающую толщины Т фильтрующего конструктивного элемента 16. Однако в различных воплощениях, в зависимости от способа выполнения соединения, толщина области 55 соединения может составлять от менее 3Т до 3Т, и даже более 3Т. Так, например, если между тремя слоями фильтрующего конструктивного элемента 16 используется адгезив, то полученная область 55 соединения может иметь толщину, большую, чем 3Т. Суммарная толщина элемента жесткости 50, измеренная на любом из ребер 52 и 54, может составлять примерно от 2Т до 3Т, например, 2,4Т или 2,5Т. Каждое из ребер 52, 54 само по себе имеет толщину от примерно 1Т до примерно 2Т.
Ребра 52, 54, как правило, имеют длину, измеренную от области 55 соединения до вершины соответствующего ребра, составляющую от примерно 1 мм до примерно 5 мм для каждого из ребер 52, 54; суммарное расстояние между вершинами ребер, как правило, составляет от 2 мм до 1 см. Если область 55 соединения расположена не по центру, то будут получены ребра 52, 54 неодинаковой длины. Ширина области 55 соединения, расположенной между ребрами 52, 54, зависит от способа скрепления. Так, например, область 55 соединения, выполненная сваркой, может иметь ширину примерно 1 мм.
На фиг. 9 показана альтернативная конфигурация элемента жесткости 60. В воплощении, показанном на фиг. 9, фильтрующий конструктивный элемент 16, имеющий толщину Т, сложен в три слоя (S-образно). Внутри такой S-образной складки имеется область 55 соединения, образованная несколькими частями 55а, 55b области соединения. Фактически, элемент жесткости 60 имеет множество областей соединения, например, сварных областей соединения (в данном воплощении - две). В зависимости от размещения и ширины частей 55а, 55b области соединения по отношению к суммарной длине S-образной складки, ребра 52, 54 могут быть расположены на наружных сторонах области 55 соединения, или, в альтернативных воплощениях, части 55а, 55b области соединения могут быть расположены так близко к краю S-образной складки, что ребра 52, 54 будут практически незаметны.
При этом толщина частей элемента жесткости 60 может быть такой, как было описано выше, однако, опять же, в зависимости от расположения и толшины двух частей 55а, 55b области 55 соединения, ребра 52, 54 могут иметь длину (за исключением случаев, в которых ребра 52, 54 практически отсутствуют), составляющую от примерно 0,2 мм до примерно 1 мм для каждого ребра 52, 54.
Еще в одной альтернативной конфигурации элемента жесткости область соединения может быть достаточно широкой, так, что она будет занимать всю область S-образной складки. Такая область соединения может быть сплошной или может быть структурированной, например, может иметь структуру в виде рифления.
Еще одно воплощение основы 12 маски, имеющей по меньшей мере один элемент жесткости 50, показано на фиг. 10 и 11. Такая основа 12 маски, как и в предыдущем примере, имеет верхнюю часть 18 и нижнюю часть 20, отделенные друг от друга разделительной линией 22, которая в данном воплощении является элементом жесткости 50. Элемент жесткости 50 является непрерывно протяженным от бокового края 31а до бокового края 31b и продолжается дальше вдоль фланцев 30а и 30b. На фиг. 10 основа 12 маски показана в частично открытом состоянии, и фланцы 30а, 30b, протяженные от основы 12 маски, еще не сложены и не приведены в контакт с фильтрующим конструктивным элементом 16. В положении на фиг. 11 фланцы 30а, 30b сложены по линиям 37 сложения, в результате чего основе 12 маски придана чашеобразная форма. И хотя на фиг. 11 видны только один фланец 30b и соответствующая ему линия сложения, подразумевается, что на другой стороне основы 12 маски имеется линия 37 сложения, соответствующая второму фланцу 30а. В данном воплощении линия 37 сложения разнесена с разделительной линией 36b. Сложение фланца 30b по линии 37 и приведение его в контакт с фильтрующим конструктивным элементом 16 приводит к тому, что элемент жесткости 50 принимает форму трех сторон трапеции, с основанием 51а и двумя боковыми сторонами 51b. Как и в описанных выше воплощениях, отрезок 51а, протяженный в поперечном направлении и соответствующий основанию трапеции, повышает устойчивость основы 12 маски против сложения вовнутрь, то есть, к лицу носящего. Отрезки 51b, соответствующие боковым сторонам трапеции, повышают жесткость основы 12 маски в вертикальном направлении и препятствуют сложению основы 12 маски вниз, когда она надета на лицо пользователя.
На фиг. 12 показано воплощение способа изготовления фильтрующей лицевой респираторной маски 10, имеющей основу 12 маски по меньшей мере с одним элементом жесткости 50, протяженным в поперечном направлении через основу 12 маски (в частности, данный способ используется для формирования основы 12 маски, изображенной на фиг. 10 и 11).
Сборка респиратора 10 включает две стадии: стадию изготовления основы маски и заключительную стадию сборки. Стадия изготовления основы маски включает этапы: (а) ламинирования и фиксации нетканых волокнистых полотен для формирования фильтрующего конструктивного элемента 16, (b) формирования линий изгиба для различных складок, (с) формирование одного или более элементов жесткости в фильтрующем конструктивном элементе, (d) уплотнения латеральных краев маски, и (е) окончательной обрезки маски по форме, причем упомянутые этапы могут выполняться в любой последовательности и в любых комбинациях. Заключительная стадия сборки маски включает этапы: (а) придания маске чашеобразной формы, (b) сложения фланцев и приведения их в контакт с фильтрующим конструктивным элементом, и (с) присоединения к маске системы крепления (например, ремешков). По меньшей мере некоторые этапы данного способа могут быть организованы, как непрерывный процесс, скорее, чем периодический процесс; так, например, этапы изготовления основы маски, включая этапы формирования одного или более элементов жесткости, могут быть объединены в процесс, при котором маска непрерывно продвигается в направлении движения в машине.
Как показано на фиг. 12, сначала три отдельных листа материала: внутреннее покровное полотно 38, наружное покровное полотно 40 и фильтрующий слой 42 - собирают вместе и накладывают друг на друга слоями, в результате чего формируется отрез фильтрующего конструктивного элемента 16 увеличенной длины. Данные материалы ламинируют друг с другом, например, с использованием адгезива, сварки под воздействием тепла или ультразвуковой сварки. Полученный в результате этого отрез фильтрующего конструктивного элемента 16 увеличенной длины нарезают на лоскуты требуемого размера, как правило, на отрезки, подходящие для изготовления из каждого них одной маски.
К фильтрующему конструктивному элементу 16 может быть прикреплен носовой зажим 35, в частности, возможно его крепление в карман, сформированный между наружным покровным полотном 40 и фильтрующим слоем 42.
После этого с фильтрующим конструктивным элементом 16 проводят требуемые операции (в частности, сложения) для формирования различных складок, протяженных в поперечном направлении через фильтрующий конструктивный элемент 16. Вдоль длины фильтрующего конструктивного элемента 16 формируется также и проваривается S-образная складка (например, под воздействием тепла или ультразвука), в результате чего формируется элемент жесткости 50. S-образные складки могут быть сформированы в отрезе фильтрующего конструктивного элемента 16 увеличенной длины до нарезки фильтрующего конструктивного элемента 16 по длине, или они могут быть сформированы после нарезки его по требуемой длине.
После этого фильтрующий конструктивный элемент 16 складывают требуемым образом и выполняют необходимые уплотнения и скрепления, а также прочие элементы конструкции на сложенной до плоского состояния основе 12 маски, в частности, разделительную линию 22 и фланцы 30а, 30b. При данном способе разделительная линия 22 расположена на элементе жесткости 50 или возле него.
В некоторых воплощениях материал нарезают на отрезки требуемой длины, как правило, достаточной для изготовления одной маски, после формирования разделительной линии 22, элемента жесткости 50 и/или прочих складок, гофр, уплотнений и скреплений.
Сложенную до плоского состояния основу 12 маски раскрывают до чашеобразной формы и отворачивают вниз фланцы 30а, 30b, в результате чего получается основа 12 складываемой до плоского состояния фильтрующей лицевой респираторной маски 10 с элементом жесткости 50 в виде трех сторон трапеции, с основанием 51а и двумя боковыми сторонами 51b. После этого могут быть добавлены ремешки 26, 27, например, они могут быть прикреплены к фланцам 30а, 30b скобами.
Настоящее изобретение допускает различные изменения и модификации без отхода от его идеи и в пределах его объема. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено воплощениями, описанными выше, а его объем ограничивается воплощениями, изложенными в приведенной ниже формуле изобретения, а также их эквивалентами. Так, например, элемент жесткости в соответствии с настоящим изобретением может быть включен в конструкцию так называемой «плоской» лицевой маски, подобной часто используемым в медицине, или в конструкцию лицевой маски, складывающейся в вертикальной плоскости, подобной описанным в патенте США 6,394,090 (Chen et al.)
Настоящее изобретение может быть успешно реализовано без использования любого элемента, не описанного явно в настоящем документе.
Все патенты и патентные заявки, цитируемые в настоящем документе, включая упоминаемые в разделе «Уровень техники», включены в настоящий документ целиком посредством ссылки. Если сведения, приводимые в настоящем документе, не совпадают с соответствующими сведениями документа, включенного в настоящую заявку посредством ссылки, следует руководствоваться сведениями, содержащимися в настоящем документе.