KR101808857B1

KR101808857B1 - 마스크 본체에 평행 용접선 패턴을 갖는 안면부 여과식 호흡기

Info

Publication number: KR101808857B1
Application number: KR1020100103252A
Authority: KR
Inventors: 딘 알 더피
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: KR20110044709A; MX2010011579A; EP2314353A1; CN102039011B; CN102039011A; JP5698495B2; RU2446845C1; JP2011087936A; US8528560B2; EP2314353B1; US20110094515A1; BRPI1004200A2; AU2010235928A1

Abstract

하니스(14) 및 하니스(14)에 접합되는 마스크 본체(12)를 갖는 호흡기(10)가 개시된다. 마스크 본체(12)는 복수의 부직 섬유상 재료 층(58, 60, 62)을 포함할 수 있는 여과 구조물(16)을 포함한다. 부직 섬유상 재료 층(58, 60, 62)은 두께(A)를 갖고, A의 0.5 내지 6배 만큼 이격된 2개 이상의 평행 용접선(34', 34")에 의해 서로 용접된다. 평행 용접선을 사용하는 마스크 본체는 보다 우수한 내붕괴성을 나타낼 수 있으며, 비슷한 폭의 단일 용접선을 사용한 유사 구조물에 비해 빠른 속도로 제조될 수 있다.

Description

마스크 본체에 평행 용접선 패턴을 갖는 안면부 여과식 호흡기{FILTERING FACE-PIECE RESPIRATOR HAVING PARALLEL LINE WELD PATTERN IN MASK BODY}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2009년 10월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/254,314호에 대한 우선권을 주장한다.

본 출원은 마스크 본체 상에 배치되고, 둘 이상의 밀접하게-이격된 평행 용접선을 포함하는 용접 패턴을 갖는 안면부 여과식 호흡기에 관한 것이다.

호흡기는 2가지 통상적인 목적, 즉 (1) 불순물 또는 오염물이 착용자의 호흡 경로로 진입하는 것을 방지하는 것, 및 (2) 다른 사람 또는 물건이 착용자가 내쉬는 병원균 및 다른 오염물에 노출되는 것을 방지하는 것 중 적어도 한 가지 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 청정실에서와 같이 다른 사람 또는 물건에 대한 오염의 위험이 있는 환경에서 착용된다.

다양한 호흡기들이 이들 목적들 중 어느 하나(또는 둘 모두)를 충족시키기 위해 설계되었다. 일부의 호흡기는 마스크 본체 자체가 여과 메커니즘으로서 기능하기 때문에, "안면부 여과식(filtering face-pieces)"으로서 분류되었다. 부착가능한 필터 카트리지(예컨대, 유샤크(Yuschak) 등의 미국 재발행 특허 제39,493호 참조) 또는 삽입 성형된 필터 요소(예컨대, 브라운(Braun)의 미국 특허 제4,790,306호 참조)와 함께 고무 또는 탄성중합체 마스크 본체를 사용하는 호흡기와 달리, 안면부 여과식 호흡기는 필터 카트리지를 설치 또는 교체할 필요가 없도록 필터 매체가 전체 마스크 본체의 대부분을 커버하도록 설계된다. 안면부 여과식 호흡기는 통상 두 가지 구성, 즉 성형 호흡기 및 편평-절첩식(flat-fold) 호흡기 중 하나로 구성된다.

성형 안면부 여과식 호흡기는 보통 열 접합 섬유의 부직 웹 또는 개방-작용(open-work) 플라스틱 메시(mesh)를 포함하여 마스크 본체에 컵 형상의 구성을 제공한다. 성형 호흡기는 사용 및 보관 중에 모두 동일한 형상을 유지하려는 경향이 있다. 성형 안면부 여과식 호흡기를 개시하는 특허의 예는 크론저(Kronzer) 등의 미국 특허 제7,131,442호, 안가지반드(Angadjivand) 등의 제6,923,182호 및 제6,041,782호, 스코브(Skov)의 제4,850,347호, 다이루드(Dyrud) 등의 제4,807,619호, 베르그(Berg)의 제4,536,440호 및 휴버(Huber) 등의 Des. 285,374호를 포함한다. 편평-절첩식 호흡기는 - 그 명칭이 의미하는 바와 같이 - 운송 및 보관을 위해 편평하게 절첩될 수 있다. 편평-절첩식 호흡기의 예는 보스톡(Bostock) 등의 미국특허 제6,568,392호 및 제6,484,722호, 및 첸(Chen)의 미국특허 제6,394,090호에 도시되어 있다.

사용중, 안면부 여과식 호흡기는 의도된 컵 형상 구성을 유지해야 한다. 마스크 본체가 다른 물체에 부딪치면서 사람의 안면상에 착용되는 것과 관련하여 - 다수 회 착용되어 착용자의 호기로부터의 다량의 수분에 노출된 후, 공지된 마스크는 붕괴되기 쉽거나 쉘(shell)로 프레싱된 압입부(indentation)를 갖기 쉬울 수 있다. 붕괴된 마스크는, 특히 압입부가 코 또는 안면과 접촉하는 경우, 착용자에게 불편함을 줄 수 있다. 착용자는, 마스크를 안면으로부터 변위시키고, 마스크 내부로부터 압입부를 프레싱함으로써 이러한 압입부를 제거할 수 있다. 사용중 마스크 붕괴를 배제하기 위하여, 추가층이 마스크 본체 구조물에 부가되어 구조적 완전성을 개선한다. 예를 들어, 안가지반드 등의 미국특허 제6,923,182호는 여과층과 제1 및 제2 형상화층 사이에 제1 및 제2 접착제층을 사용하여 내파괴성(crush-resistant) 성형 여과식 안면 마스크를 제공한다. 편평-절첩식 호흡기의 구조적 완전성을 보존하기 위하여, 첸의 미국특허 제6,394,090호는 사용중 붕괴를 방지하는 것을 돕도록 마스크 본체상에 제1 및 제2 경계선을 제공한다. 스푸(Spoo) 등의 미국 특허출원 제12/562,239호는 마스크 본체의 4개의 사분면 상에 둘러싸인 4개의 용접 패턴을 사용하여 내붕괴성(collapse resistant) 구조를 형성한다. 마스크 본체의 구조적 완전성을 향상시키기 위해 용접선을 사용하는 공지된 안면부 여과식 호흡기에서, 사용된 용접선은 그 용품에서 "단일"하다 - 즉, 서로 협력하여 작용하는 밀접하게-이격된 평행선의 쌍 또는 그룹이 존재하지 않는다.

본 발명은 사용중 마스크 본체의 붕괴를 방지하도록 돕는 신규한 안면부 여과식 호흡기 구성을 제공한다. 본 발명의 호흡기는 마스크 하니스(harness), 및 전체 두께가 "A"인 여과 구조물을 포함하는 마스크 본체를 포함한다. 여과 구조물은 또한 A의 0.5 내지 6배 만큼 이격되어 배치된 둘 이상의 평행 용접선을 갖는다.

본 발명은 연장된 사용 또는 거친 조작으로 인해 야기되는 마스크 본체 변형을 최소화하는 내파괴성 특성을 보유하는 안면부 여과식 호흡기 제공에 관한 것이다. 밀접하게-이격된 평행 용접선의 사용은, 입자 적재 및 수분 축적으로 인한 호흡기의 구조적 완전성 손실을 덜 겪게하는 빔 효과를 생성할 수 있다. 사용중 덜 붕괴되는 안면부 여과식 호흡기는 착용자의 편안함과 편의성을 개선하는 잇점을 제공한다. 또한, 내붕괴성 품질을 제공하도록 추가층 또는 더 두꺼운 층이 덜 필요하다. 마스크 본체 내에 매체를 덜 사용하는 것은 호흡 저항 감소 및 제품 비용 감소로 이어질 수 있다. 본 발명자는 또한, 함께 단일 용접선과 서로 동일한 폭을 갖는 2개의 평행 용접선을 사용하는 경우, 보다 빠른 용접 속도가 달성될 수 있음을 발견하였다. 2개의 평행선을 사용하여 더 적은 표면적이 용접되기 때문에, 부직 섬유상 재료를 접합하는데 용접 에너지가 덜 요구되며, 따라서 박리의 위험성이 적어서 라인 속도가 증가될 수 있다. 또한, 밀접하게-이격된 평행 용접선의 사용을 통해 "용접 플래쉬(flash)" 또한 최소화되는 경향이 있다. "용접 플래쉬"는 이전에 용융되었지만, 용접선의 에지 또는 단부를 따라 고화되는 과잉 재료이다. 용접 플래쉬는 마스크 본체에 재료의 응집된 비드 및 구멍을 생성할 수 있다. 넓은 단일 용접부를 생성할 경우 더 많은 재료가 용융되며, 이는 회전 용접 공정에서 변위되어야 한다. 이러한 "용융된 용접 전방부"는 수렴 엠보싱 패턴에 포획되고, 용접된 패턴의 후단 에지상에 "용접 플래쉬"를 침착시킬 수 있다. 용접 속도가 향상될 수 있고 용접 플래쉬를 덜 경험하기 때문에, 밀접하게-이격된 평행 용접선을 갖는 호흡기를 제조하는 경우 제조 비용은 더 감소될 수 있다.

용어

이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:

"양분하다"는 2개의 대체로 동일한 부분들로 분할하는 것을 의미한다.

"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 그 성능에 대해 악영향을 미치는 것 또는 요소만을 배제한다는 점에서 반개방형 용어인 "본질적으로 ~로 이루어진"과 같은 더 좁은 용어를 사용하여 적합하게 설명될 수도 있다.

"청정 공기"는 오염물을 제거하기 위해 여과된 다량의 대기 중의 주위 공기를 의미한다.

"오염물"은 입자(먼지, 안개 및 연무를 포함함) 및/또는 대체로 입자인 것으로 여겨지지 않을 수 있지만 공기 내에 현탁될 수 있는 다른 물질(예를 들어, 유기 증기 등)을 의미한다.

"가로방향 치수(crosswise dimension)"는 호흡기를 전방으로부터 볼 때 좌우로 호흡기를 가로질러 측방향으로 연장하는 치수이다.

"컵 형상 구성"은 사람의 코와 입을 적절히 커버할 수 있는 임의의 용기-타입 형상을 의미한다.

"외부 기체 공간"은 호기된 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통해 이를 지나 통과한 후에 진입하는 주위의 대기 기체 공간을 의미한다.

"안면부 여과식"은 마스크 본체 자체가 그를 통과하는 공기를 여과하도록 설계되어, 이러한 목적을 달성하기 위해 마스크 본체에 부착되거나 그에 성형되는 별도의 식별가능한 필터 카트리지 또는 삽입 성형된 필터 요소가 존재하지 않는 것을 의미한다.

"필터" 또는 "여과 층"은 공기 투과성 재료의 층을 의미하며, 층은 그를 통과하는 공기 스트림으로부터 (입자와 같은) 오염물을 제거하는 주된 목적을 위해 구성된다.

"여과 구조물"은 부직 섬유상 여과 층 및 임의로 다른 부직 섬유상 층(들)을 포함하는 구성물을 의미한다.

"제1 측"은, 마스크 본체를 가로방향 치수에 법선으로 양분하는 평면의 한 측상에 위치하는 마스크 본체의 영역을 의미한다.

"하니스(harness)"는 마스크 본체를 착용자의 안면상에 지지하는 것을 보조하는 구조물 또는 부품들의 조합을 의미한다.

"일체형"은 동시에 함께 제조되는 것, 즉 후속으로 서로 연결되는 2개의 개별적으로 제조되는 부품이 아니라 단일 부품으로서 함께 제조되는 것을 의미한다.

"내부 기체 공간"은 마스크 본체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미한다.

"측방향으로"는 마스크 본체가 절첩 상태일 때 마스크 본체를 가로방향 치수에 법선으로 양분하는 평면으로부터 멀어지도록 연장되는 것을 의미한다.

"경계선"은 절첩부, 시임, 용접선, 접합선, 봉제선, 힌지선 및/또는 이들의 임의의 조합을 의미한다.

"종방향 축"은 마스크 본체를 가로방향 치수에 법선으로 양분하는 선을 의미한다.

"마스크 본체"는, 사람의 코와 입 위에 맞도록 설계되고, 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 형성하는 것을 돕는 공기 투과성 구조물을 의미한다.

"코 클립"은, 적어도 착용자의 코 주위에서 시일을 개선하도록 마스크 본체상에 사용하도록 구성되는, (코 발포체 외의) 기계식 장치를 의미한다.

"평행"은 일반적으로 등거리로 이격됨을 의미한다.

"주연부"는 사람이 호흡기를 착용할 때 착용자의 안면에 대체로 근접하여 배치되는 마스크 본체의 외부 에지를 의미한다.

"주름"은 자신 상으로 절첩되어 넣어지거나 그렇게 설계되는 부분을 의미한다.

"중합체" 및 "플라스틱"은 각각 주로 하나 이상의 중합체를 포함하고, 또한 다른 성분을 함유할 수도 있는 재료를 의미한다.

"복수의"는 2개 이상을 의미한다.

"호흡기"는 호흡할 청정 공기를 착용자에게 제공하는, 사람이 착용하는 공기 여과 장치를 의미한다.

"리브"는 부직 섬유상 재료의 식별가능한 긴 덩어리(mass)를 의미한다.

"제2 측"은, 마스크 본체를 가로방향 치수에 법선으로 양분하는 평면의 한 측상에 위치하는 마스크 본체의 영역을 의미한다(제2 측은 제1 측에 대향함).

"꼭 맞는 맞춤(snug fit)" 또는 "꼭 맞게 맞춤"은 본질적으로 기밀식(또는 실질적으로 누출 없는) 맞춤이 (마스크 본체와 착용자의 안면 사이에) 제공된다는 것을 의미한다.

"탭(tab)"은 또 다른 성분의 부착을 위한 충분한 표면적을 나타내는 부품을 의미한다.

"횡으로 연장하는"은 대체로 가로방향 치수로 연장하는 것을 의미한다.

"용접" 또는 "용접된"은 적어도 열을 적용함으로써 서로 접합되는 것을 의미한다.

"용접선"은 2 센티미터 이상의 거리에 걸쳐 연속되는 용접부를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 안면부 여과식 호흡기(10)의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 안면부 여과식 호흡기(10)의 정면도이다.
도 3은 절첩된 상태인 도 1의 안면부 여과식 호흡기(10)의 평면도이다.
도 4는 도 2의 라인 4-4를 따라 취한, 용접 패턴(32b)의 평행 용접선(34' 및 34")의 확대 단면도이다.
도 5는 도 3의 라인 5-5를 따라 취한, 호흡기 마스크 본체(12)의 단면도이다.
도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 취한, 여과 구조물(16)의 단면도이다.
도 7은 비용접된, 및 회전 용접기를 사용하여 수행한 단일 및 이중 용접선 패턴에 대한 테이버 강성 측정(Taber Stiffness Measurement)의 막대 그래프이다.
도 8은 비용접된, 및 플런지(plunge) 용접기를 사용하여 수행한 단일 및 이중 용접선 패턴에 대한 테이버 강성 측정의 막대 그래프이다.

본 발명의 실시에서는, 마스크 본체에 용접되는 적어도 2개의 밀접하게 이격된 평행선을 갖는 안면부 여과식 호흡기를 제공한다. 이러한 용접선은 내붕괴성 개선, 심미성 개선 및 호흡기 제조 속도를 도울 수 있다.

도 1은 착용자의 안면상에서 펼쳐진 상태인 안면부 여과식 호흡기(10)의 예를 도시한다. 호흡기(10)는 착용자에게 호흡할 청정 공기를 제공하도록 사용할 수 있다. 예시한 바와 같이, 안면부 여과식 호흡기(10)는 마스크 본체(12) 및 하니스(14)를 포함하는데, 마스크 본체(12)는 흡입된 공기가 착용자의 호흡계에 들어가기 전에 통과해야 하는 여과 구조물(16)을 포함한다. 여과 구조물(16)은 착용자가 청정 공기를 호흡하도록 주위 환경으로부터 오염물을 제거한다. 마스크 본체(12)는 상부(18) 및 하부(20)를 포함한다. 상부(18) 및 하부(20)는 경계선(22)으로 분리된다. 이러한 특정 실시양태에서, 경계선(22)은 마스크 본체의 중심부를 횡으로 가로질러 연장되는 펼쳐진 주름이다. 마스크 본체(12)는 상부 세그먼트(24a) 및 하부 세그먼트(24b)를 포함하는 주연부를 또한 포함한다. 하니스(14)는 탭(28a)에 스테이플러 고정되는 스트랩(26)을 구비한다. 코 클립(30)은 외부 표면상의 마스크 본체(12)의 상부(18)의 마스크 본체(12)상에 또는 커버 웹 아래에 위치할 수도 있다.

도 2는 경계선(22) 위에 배치되지만 가로지르지 않는 제1 및 제2 용접 패턴(32a, 32b)을 구비하는 호흡기(10)를 예시한다. 제1 및 제2 용접 패턴(32a, 32b)은 종방향 축(35)의 각 측상에 위치한다. 제3 및 제4 용접 패턴(32c 및 32d)은 경계선(22) 아래에 배치되지만 가로지르지 않는다. 용접 패턴(32c 및 32d)은 또한 종방향 축(35)의 대향 측상에 위치한다. 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4 용접 패턴(32a, 32b, 32c, 32d)은 2차원으로 둘러싸인 패턴을 형성하는 용접선(33)을 포함한다. 각 용접 패턴은, 예를 들어 둥근 코너를 갖고, 그 안에 위치한 한 쌍의 삼각형(36 및 38)을 갖는 더 큰 삼각형을 포함하는 트러스(truss) 타입 기하학적 구조를 나타낼 수도 있다. 각각의 삼각형(36 및 38)은 각각의 삼각형(36, 38)의 두 변이 각각의 삼각형(32a 내지 32d)의 부분 변을 또한 형성하도록 더 큰 삼각형(32a 내지 32d) 내에 네스트(nest)된다. 둥근 코너는 일반적으로 약 0.5밀리미터(㎜)의 최소 반경을 갖는다. 도 2에 도시한 바와 같이, 용접 패턴(32a 내지 32d)은 종방향 축(35)의 각 측상에서 또는 경계선(22) 및 종방향 축(35)의 각 측상에서 대칭이도록 마스크 본체(12)상에 제공된다. 본 발명은 삼각형 내에 삼각형 패턴이 있는 것으로 도면에서 예시되어 있지만, 2차원으로 둘러싸인 패턴은, 마스크 본체에 용접되는 직사각형, 부등변 사각형, 마름모 등인 사각형을 포함하는 다른 트러스 타입 형태를 취할 수도 있다. 각각의 2차원으로 둘러싸인 용접 패턴은 약 5 내지 30 제곱센티미터(㎠), 더욱 통상적으로는 약 10㎠ 내지 16㎠의 표면적을 차지할 수도 있다. 용접 패턴은 또한 직선, 곡선, 및 다양한 동심원 기하학적 형태와 같은 다른 형태를 취할 수 있다. 선은 일반적으로 가로방향 차원으로 연장되도록 구성될 수 있다 - 예를 들어 첸(Chen)의 미국특허번호 제6,394,090호를 참조한다.

도 3은 수평으로 절첩된 상태인 마스크 본체(12)의 평면도를 도시하는데, 이러한 상태는 특히 선적 및 안면에서 벗어 보관하기에 유리하다. 마스크 본체(12)는 수평 경계선(22)을 따라 절첩될 수 있다. 호흡기는 제1 및 제2 탭(28a, 28b)에 부착되는 하나 이상의 스트랩(26)을 포함할 수도 있고, 표시부(39)는 착용자가 마스크 본체를 착용, 벗기 및 조정하는 동안 마스크 본체를 움켜쥘 수도 있는 지점의 표시를 제공하도록 각 탭(28a, 28b)상에 위치할 수도 있다. 각 플랜지상에 제공될 수 있는 표시부(39)는 "Filtering Face Piece Respirator Having Grasping Feature Indicator"라는 명칭의 미국특허출원번호 12/562,273에 또한 기술되어 있다.

도 4는 용접 패턴(32b)에서 이중 용접선(33)의 단면도를 도시한다. 이중 용접선(33)은 용접 패턴(32a, 32b, 32c, 및 32d)에서 철도와 유사하게 서로 평행하게 작용한다. 개별 용접선(34' 및 34")은 섬유가 비다공성 고체 타입 접합으로 대부분 고형화되도록 여과 구조물에서의 섬유를 압축하고 합친다.

여과 구조물(16)은 두께 A를 갖는다. 도 6을 참조하여 더욱 상세하게 후술하는 바와 같이, 여과 구조물(16)은 부직 섬유 물질의 복수의 층을 포함할 수 있는데, 층 중 적어도 하나는 여과층의 층이다. 이러한 층들은 약 (0.5 내지 6)×A의 거리 E만큼 이격되어 있는 2개의 평행 용접선(34' 및 34")에 의해 함께 용접된다. 더욱 바람직하게는 평행 용접선들은 (0.6 내지 3)×A로 이격되고, 더 더욱 바람직하게는 (0.7 내지 1.5)×A로 이격된다. 2개의 평행선(34', 34") 사이의 영역 E에 있는 부직 섬유 물질의 층은 평행 용접선(34',34") 외부의 부직 물질의 복수의 층의 비압축 공칭 두께 A 미만이지만(용접선의 영향으로부터 떨어져, 즉 용접선(34',34")에 인접한 압축 구역으로부터 떨어져 측정함) 용접선(34',34") 각각의 여과 구조물의 두께 C를 초과하는 두께 B를 갖는다. 2개의 평행 용접선(34',34") 사이의 영역 E에서 여과 구조물의 두께 B 대 2개의 평행 용접선(34',34") 외부의 여과 구조물의 두께 A의 비는 0.3 내지 0.9이다. 더욱 바람직하게는, 이 비는 0.4 내지 0.8이고, 더 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.7이다. 일반적으로, 이격된 평행 용접선은 적어도 3㎝ 길이이고, 더욱 일반적으로는 4㎝ 초과의 길이이다.

평행 용접선(34',34")은 바람직하게는 개선된 구조적 완전성이 요구되는 마스크 본체의 구역에서 실질적으로 연속이다. 용접선은 여과 구조물의 다양한 층이 함께 융합되어 용접선에서 층들이 강화되도록 생성될 수 있다. 본 발명은 2개의 평행 용접선을 사용하는 것을 예시하지만, 3개 이상의 평행 용접선을 이격 관계로 사용하여 용접선들 사이에 2개 이상의 실질적으로 연속적인 영역 또는 리브(rib)(41)를 생성할 수 있다. 각 용접선 사이의 영역은 바람직하게는 호흡기의 내붕괴성 증가를 돕도록 치밀화된다. 제1 및 제2 용접선(34',34") 사이에 배치된 리브(41)에서의 증가된 치밀화는 빔 강성을 더욱 개선할 수 있고, 따라서 마스크 본체(12)의 내붕괴성을 개선할 수 있다. 각 용접선 사이의 영역은 용접선들 사이의 부직 물질의 복수의 층의 두께가 상술한 바와 같이 용접선 외부의 층의 두께 미만이도록 치밀화될 수 있다. 유사한 폭의 단일 용접선 대신 평행 용접선들을 사용하는 경우, 초음파 용접은 더 빠른 속도로 수행될 수 있다. 또한, 동일한 전체 폭의 단일 용접선에 비해 복수의 용접선을 사용하는 경우 초음파 용접 "플래시"가 감소할 수 있다. 여과 구조물(16)을 구성하는 부직 섬유 매체의 층 또는 복수의 층의 두께 A는 일반적으로 약 0.3㎜ 내지 5㎜, 더욱 일반적으로는 약 0.5㎜ 내지 2.0㎜, 더 더욱 일반적으로는 약 .75㎜ 내지 1.0의 두께를 갖는다. 제1 및 제2 평행 용접선(34',34") 사이의 영역 E의 두께 B는 일반적으로 복수의 층의 두께 A보다 약 10% 내지 70% 적고, 더욱 일반적으로는 약 20% 내지 40% 적다. 제1 및 제2 용접선(34',34") 사이의 영역의 두께 B는 일반적으로 약 .18㎜ 내지 2.7㎜, 더욱 일반적으로는 약 .32㎜ 내지 1.8㎜, 더 더욱 일반적으로는 약 .45㎜ 내지 0.9㎜이다. 각각의 개별 용접선(34' 또는 34")은 약 0.5㎜ 내지 2㎜ 폭, 더욱 통상적으로는 약 0.75㎜ 내지 1.5㎜ 폭일 수도 있는 폭 치수 F를 갖는다. 평행 용접선의 전체 폭 D는 일반적으로 약 1.5㎜ 내지 7.0㎜, 더욱 일반적으로는 약 2.0㎜ 내지 5㎜, 더 더욱 일반적으로는 약 2.5㎜ 내지 4.0㎜이다. 실시예에서 후술하는 바와 같이, 유사한 전체 폭의 단일 평평 용접선이 아니라 평행 용접선을 사용하는 경우 용접의 개선된 빔 강도를 보여주는 실험을 하였다.

용접선은 일반적으로 "플런지(plunge)" 또는 "회전식(rotary)" 용접 공정에서 초음파 용접을 이용하여 생성된다. 일반적으로, 초음파 용접기의 진동 호른은 여과 구조물(16)이 용접선 패턴을 함유하는 앤빌(anvil)에 반대되는 영역에서 압축, 용융 및 이어서 고형화되게 한다. 이러한 공정은 두께 A를 갖는 여과 구조물(16)을 취하고, 여과 구조물을 호른과 앤빌 사이의 접촉 영역에서 두께 C로 함께 접합할 수 있다. 플런지 용접에서 호른과 앤빌은 일반적으로 호른과 앤빌 사이에서 여과 구조물(16)과 상하 이동으로 접촉하는 반면, 회전식 용접에서 여과 구조물(16)은 회전 방식으로 호른과 앤빌 사이에 연속적으로 공급된다. 적절한 도구와 함께 열 및 압력을 이용하는 것과 같은, 여과 구조물(16)을 용접선에 접합하는 다른 수단이 가능하다.

도 5는 마스크 본체(12)에 대한 주름진 형태의 예를 예시한다. 도시한 바와 같이, 마스크 본체(12)는 도 1 내지 3을 참조하여 이미 기술한 주름(22)을 포함한다. 마스크 본체(12)의 상부 또는 패널(18)도 주름(40 및 42)을 포함한다. 마스크 본체(12)의 하부 또는 패널(20)은 주름(44, 46, 48 및 50)을 포함한다. 마스크 본체(12)는 주연부를 따라 마스크 본체에 고정되는 주연부 웹(54)을 또한 포함한다. 주연부 웹(54)은 주연부(24a, 24b)에서 마스크 본체 위로 절첩될 수 있다. 주연부 웹(54)은 또한 24a와 24b의 에지 주위에서 절첩되고 고정된 내부 커버 웹(58)의 연장일 수 있다. 코 클립(30)은 여과 구조물(16)과 주연부 웹(54) 사이의 주연부(24a)에 중심이 인접한 마스크 본체의 상부(18)상에 배치될 수 있다. 코 클립(30)은 착용자의 코 윤곽에 맞도록 착용자가 수동으로 조정할 수 있는 유연한 데드(dead) 연질 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 코 클립은 알루미늄으로 제조될 수 있고, 도 3에 도시한 바와 같이 선형일 수 있고, 또는 카스티글리온(Castiglione)의 미국특허번호 제5,558,089호 및 Des. 412,573에 도시된 m-형상 코 클립과 같이 위에서 볼 때 다른 형상을 취할 수 있다.

도 6은 내부 커버 웹(58), 외부 커버 웹(60) 및 여과층(62)과 같은 하나 이상의 부직 섬유 물질의 층을 포함할 수 있는 여과 구조물(16)을 예시한다. 내부 및 외부 커버 웹(58 및 60)을 제공하여 여과층(62)을 보호하고 여과층(62)에서의 섬유가 느슨해져서 마스크 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 호흡기 사용중, 공기는 층(60, 62 및 58)을 순서대로 통과한 다음 마스크 내부로 들어간다. 이어서, 마스크의 내부 기체 공간 내에 배치되는 공기는 착용자가 흡입할 수 있다. 착용자가 내쉬는 경우, 공기는 반대 방향으로 층(58, 62 및 60)을 순차적으로 통과한다. 별법으로, 호기 밸브(도시하지 않음)를 마스크 본체상에 제공하여 여과 구조물(16)을 통과할 필요없이 내쉰 공기를 내부 기체 공간으로부터 외부 기체 공간으로 신속하게 퍼징할 수 있다. 일반적으로, 커버 웹(58 및 60)은 특히 착용자의 안면과 접촉하는 여과 구조물의 측에서 편안한 느낌을 제공하도록 선택된 부직 물질로 제조된다. 여과 구조물과 함께 사용할 수 있는 다양한 여과층과 커버 웹의 구성은 이하에서 더욱 상세하게 기술한다. 착용자 맞춤 및 편안함을 개선하기 위하여, 탄성중합체 안면 시일이 여과 구조물(16)의 주연부에 고정될 수 있다. 이러한 안면 시일은 호흡기를 착용하는 경우 착용자의 안면과 접촉하도록 안쪽으로 방사상으로 연장될 수 있다. 안면 시일의 예는 보스톡(Bostock) 등의 미국특허번호 제6,568,392호, 스프링게트(Springett) 등의 미국특허번호 제5,617,849호 및 매리야넥(Maryyanek) 등의 미국특허번호 제4,600,002호, 및 야드(Yard)의 캐나다특허번호 제1,296,487호에 기술되어 있다. 여과 구조물은 또한 층(58, 60 또는 62) 중 적어도 하나에 대하여, 일반적으로는 외부 커버 웹(60)의 외부 표면에 대하여 병렬로 배치된 구조적인 네팅(netting) 또는 메시(mesh)를 포함할 수 있다. 이러한 메시의 사용은 "Expandable Face Mask with Reinforcing Netting"의 명칭으로 2008년 12월 18일에 출원된 미국특허 출원번호 12/338,091에 기술되어 있다.

본 발명과 관련하여 사용하는 마스크 본체는 각종 다양한 형상 및 형태를 취할 수 있다. 여과 구조물이 여과층과 2개의 커버 웹을 포함하는 복수의 층을 구비하는 것으로 예시되어 있더라도, 여과 구조물은 단순히 여과층들의 조합 또는 여과층(들)과 커버 웹(들)의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 더욱 정련되고 선택적인 하류 여과층에 대해서 상류에 프리필터(pre-filter)가 배치될 수 있다. 추가로, 활성탄과 같은 수착 재료가 여과 구조물을 구성하는 섬유들 및/또는 다양한 층들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 별개의 입자 여과층이 수착층과 함께 사용되어 입자와 증기 둘 다에 대한 여과를 제공할 수 있다. 여과 구조물은 컵 형상 형태를 제공하는 데 도움을 주는 하나 이상의 보강층을 포함할 수 있다. 여과 구조물은 구조적 완전성에 기여하는 하나 이상의 수평 및/또는 수직 경계선을 또한 구비할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 제1 및 제2 플랜지(flange)를 사용하는 것은 이러한 보강층 및 경계선을 불필요하게 할 수 있다.

본 발명의 마스크 본체에 사용하는 여과 구조물은 입자 포획 또는 기체 및 증기 타입 필터일 수 있다. 여과 구조물은 예를 들어 액체 에어로졸 또는 액체 스플래쉬(예컨대, 피)가 여과층을 침투하는 것을 방지하도록 여과층의 한 면으로부터 또 다른 면으로의 액체의 이동을 방지하는 장벽층일 수도 있다. 유사하거나 상이한 필터 매체의 복수의 층이 그 응용 요건에 따라 본 발명의 여과 구조물을 구성하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 층상 마스크 본체에 이롭게 채택될 수 있는 필터는 마스크 착용자의 호흡 작업을 최소화하도록 일반적으로 압력 강하가 낮다(예를 들어 초당 13.8센티미터의 면속도에서 약 195 내지 295 파스칼 미만). 추가로, 여과층은 가요성이고, 일반적으로 예상된 사용 조건하에서 구조를 유지하도록 충분한 전단 강도를 갖는다. 입자 포획 필터의 예는 미세 무기 섬유(예컨대 섬유유리) 또는 중합체 합성 섬유의 하나 이상의 웹을 포함한다. 합성 섬유 웹은 멜트블로잉과 같은 공정으로부터 제조되는 전기적 하전된 중합체 마이크로섬유를 포함할 수 있다. 전기적으로 하전된 폴리프로필렌으로부터 형성된 폴리올레핀 마이크로섬유는 입자 포획 응용에 대한 특별한 효용을 제공한다. 대안적인 여과층은 호흡 공기로부터 유해하거나 냄새가 나는 기체를 제거하기 위한 흡수제 성분을 포함할 수 있다. 흡수제는 접착제, 결합제 또는 섬유 구조물에 의해 여과층에 결합되는 분말 또는 과립을 포함할 수 있다 - 스프링게트 등의 미국특허번호 제6,334,671호 및 브라운(Braun)의 미국특허번호 제3,971,373호를 참조한다. 흡수층은 섬유 또는 망상 발포체와 같은 기재를 코팅하여 얇은 응집성(coherent) 층을 형성함으로써 형성될 수 있다. 흡수 물질은 화학적으로 처리되거나 처리되지 않은 활성탄, 다공성 알루미나-실리카 촉매 기재, 및 알루미나 입자를 포함할 수 있다. 다양한 형태로 조정될 수 있는 수착 여과 구조물의 예는 센쿠스(Senkus) 등의 미국특허번호 제6,391,429호에 기술되어 있다.

여과층은 전형적으로 목적하는 여과 효과를 달성하도록 선택된다. 여과층은 일반적으로 그것을 통해 통과하는 기체 스트림으로부터 입자 및/또는 다른 오염물을 높은 비율로 제거할 것이다. 섬유 여과층의 경우, 선택되는 섬유는 여과될 물질의 종류에 좌우되고, 전형적으로 성형 공정 동안 함께 접합되지 않도록 선택된다. 지시된 바와 같이, 여과층은 다양한 형상 및 형태로 형성될 수도 있고, 전형적으로 약 0.2밀리미터(㎜) 내지 1센티미터(㎝), 더욱 전형적으로 약 0.3㎜ 내지 0.5㎝의 두께를 갖고, 일반적으로 평면 웹이거나, 주름진 모양을 가져서 확장된 표면적을 제공할 수 있다 - 예를 들어, 브라운 등의 미국특허번호 제5,804,295호 및 제5,656,368호를 참조한다. 또한, 여과층은 접착제 또는 임의의 다른 수단에 의해 함께 연결된 복수의 여과층을 포함할 수 있다. 본질적으로, 여과층 형성을 위해 공지된(또는 최근에 개발된) 임의의 적합한 재료를 여과 재료로서 사용할 수 있다. 문헌[Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., 1342 et seq. (1956)]에 교시된 것과 같은 멜트-블로운 섬유의 웹은, 특히 영구 전기 하전된(일렉트릿) 형태일 때 특히 유용하다(예를 들어, 쿠빅(Kubik) 등의 미국특허번호 제4,215,682호 참조). 이러한 멜트-블로운 섬유는 약 20마이크로미터(㎛) 미만, 전형적으로 약 1㎛ 내지 12㎛의 유효 섬유 직경을 갖는 마이크로섬유("블로운 마이크로섬유"에 대해 BMF로 칭해짐)일 수도 있다. 유효 섬유 직경은 문헌[Davies, C. N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 따라 측정될 수 있다. 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 조합으로부터 형성된 섬유를 함유하는 BMF 웹이 특히 바람직하다. 또한, 반 턴하우트(van Turnhout)의 미국 재발행 특허 31,285에서 교시된 바와 같은 전기 하전된 피브릴화 필름 섬유뿐만 아니라, 로진-울 섬유 웹 및 특히 마이크로섬유 형태의 유리 섬유 또는 용액-블로운 또는 정전기적으로 분무된 섬유 웹이 적합할 수 있다. 에이츠만(Eitzman) 등의 미국특허번호 제6,824,718호, 안가지반드(Angadjivand) 등의 미국특허번호 제6,783,574호, 인슬레이(Insley) 등의 미국특허번호 제6,743,464호, 에이츠만 등의 미국특허번호 제6,454,986호 및 제6,406,657호 및 안가지반드 등의 미국특허번호 제6,375,886호 및 제5,496,507호에 개시된 바와 같이, 섬유를 물과 접촉시켜 전기 전하를 섬유에 부여할 수 있다. 또한, 클라세(Klasse) 등의 미국특허번호 제4,588,537호에 개시된 바와 같은 코로나 대전 또는 브라운(Brown)의 미국특허번호 제4,798,850호에 개시된 바와 같은 마찰대전(tribocharging)에 의해 전기 전하를 섬유에 부여할 수 있다. 또한, 첨가제가 섬유에 포함되어 하이드로-대전(hydro-charging) 공정을 통해 제조된 웹의 여과 성능을 개선시킬 수 있다(루소(Rousseau) 등의 미국특허번호 제5,908,598호 참조). 특히, 불소 원자로 여과층의 섬유 표면을 처리하여 유성 안개(oily mist) 환경에서 여과 성능을 개선시킬 수 있다 - 존스(Jones) 등의 미국특허번호 제6,398,847B1호, 제6,397,458B1호 및 제6,409,806B1호를 참조한다. 일렉트릿 BMF 여과층을 위한 전형적인 평량은 약 10 내지 100 g/㎡이다. 예를 들어 안가지반드 등의 '507 특허에 기재된 기법에 따라 전기 하전되고, 존스 등의 특허에서 언급된 바와 같이 불소 원자를 포함하는 경우, 평량은 각각 약 20 내지 40 g/㎡ 및 약 10 내지 30 g/㎡일 수 있다.

내부 커버 웹은 착용자의 안면과 접촉하기 위한 매끄러운 표면을 제공하는 데 사용할 수 있고, 외부 커버 웹은 마스크 본체 내의 느슨한 섬유를 포집하기 위해 그리고 심미적 이유로 사용할 수 있다. 커버 웹은 여과층의 외부(또는 상류)에 배치될 경우 프리필터로서 작용할 수 있지만, 전형적으로는 여과 구조물에 임의의 실질적인 여과 이득을 제공하지 않는다. 적합한 정도의 편안함을 얻기 위하여, 내부 커버 웹은 바람직하게는 비교적 낮은 평량을 갖고, 비교적 미세한 섬유로 형성된다. 특히, 커버 웹은 약 5 내지 50 g/㎡(전형적으로 10 내지 30 g/㎡)의 평량을 갖도록 형성될 수 있고, 섬유는 3.5 데니어 미만(전형적으로 2 데니어 미만, 더욱 전형적으로 1 데니어 미만 0.1 데니어 초과)일 수 있다. 커버 웹에 사용되는 섬유는 흔히 약 5 내지 24 마이크로미터, 전형적으로 약 7 내지 18 마이크로미터, 더욱 전형적으로 약 8 내지 12 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는다. 커버 웹 재료는 소정의 탄성도(반드시 그런 것은 아니지만, 전형적으로 파단 시 100 내지 200％)를 가질 수 있고, 소성 변형될 수 있다.

커버 웹용으로 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 웹용 BMF 재료를 제조하기 적합한 공정은 사비(Sabee) 등의 미국특허번호 제4,013,816호에 기술되어 있다. 웹은 매끄러운 표면, 전형적으로 매끄러운 표면의 드럼 또는 회전 수집기상에 섬유를 수집함으로써 형성될 수 있다 - 베리간(Berrigan) 등의 미국특허번호 제6,492,286호를 참조한다. 스펀-본드 섬유가 또한 사용될 수 있다.

전형적인 커버 웹은 폴리프로필렌 또는 50 중량％ 이상의 폴리프로필렌을 함유하는 폴리프로필렌/폴리올레핀 블렌드로부터 제조될 수 있다. 이들 재료는 착용자에게 고도의 부드러움과 편안함을 제공하고 또한 필터 재료가 폴리프로필렌 BMF 재료일 때 층들 사이에 접착제를 필요로 하지 않으면서 필터 재료에 고정되어 유지되는 것으로 밝혀졌다. 커버 웹에 사용하기 적합한 폴리올레핀 재료는, 예를 들어 단일 폴리프로필렌, 2종의 폴리프로필렌의 블렌드, 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 블렌드, 폴리프로필렌과 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 블렌드, 및/또는 폴리프로필렌과 폴리부틸렌의 블렌드를 포함할 수 있다. 커버 웹용 섬유의 일례는 약 25 g/㎡의 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 "에스코렌(Escorene) 3505G"로부터 제조되는 폴리프로필렌 BMF이다. 또 다른 적합한 섬유는 약 25 g/㎡의 평량을 제공하고 약 0.8의 평균 섬유 데니어를 갖는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 BMF(역시 엑손 코포레이션으로부터의 85％의 수지 "에스코렌 3505G" 및 15％의 에틸렌/알파-올레핀 공중합체 "이그젝트(Exact) 4023"을 포함하는 혼합물로부터 제조됨)이다. 적합한 스펀본드 재료가 독일 파이네 소재의 코로빈 게엠베하(Corovin GmbH)로부터 "코로소프트 플러스(Corosoft Plus) 20", 코로소프트 클래식(Corosoft Classic) 20" 및 "코로빈(Corovin) PP-S-14"라는 상표명으로 입수가능하고, 카디드 폴리프로필렌/비스코스 재료가 핀란드 나킬라 소재의 제이.더블유. 수오미넨 오와이(J.W. Suominen OY)로부터 "370/15"라는 상표명으로 입수가능하다.

본 발명에 사용하는 커버 웹은 바람직하게는 처리 후에 웹 표면으로부터 돌출하는 아주 적은 수의 섬유를 갖고, 따라서 매끄러운 외부 표면을 갖는다. 본 발명에 사용할 수 있는 커버 웹의 예는, 예를 들어 안가지반드의 미국특허번호 제6,041,782호, 보스톡 등의 미국특허번호 제6,123,077호 및 보스톡 등의 WO 96/28216A에 개시되어 있다.

하니스에 사용하는 스트랩(들)은 다양한 재료, 예컨대 열경화성 고무, 열가소성 엘라스토머, 브레이디드(braided) 또는 편직 얀/고무 조합, 비탄성 브레이디드 성분 등으로부터 제조될 수 있다. 스트랩(들)은 탄성 재료, 예컨대 탄성 브레이디드 재료로부터 제조될 수 있다. 스트랩은 바람직하게는 전체 길이의 2배 초과로 신장되고, 이완된 상태로 돌아올 수 있다. 또한, 스트랩은 아마도 이완된 상태의 길이의 3배 또는 4배로 신장될 수 있고, 인장력이 제거될 때 임의의 손상없이 원래 상태로 돌아올 수 있다. 따라서 탄성 한계는 바람직하게는 이완된 상태일 때 스트랩의 길이의 2배 이상, 3배 이상 또는 4배 이상이다. 전형적으로, 스트랩(들)은 약 20㎝ 내지 30㎝의 길이, 3㎜ 내지 10㎜의 폭 및 약 0.9㎜ 내지 1.5㎜의 두께를 갖는다. 스트랩(들)은 연속 스트랩으로서 제1 탭으로부터 제2 탭으로 연장될 수도 있거나, 스트랩은 추가의 패스너(fastener) 또는 버클에 의해 함께 연결될 수 있는 복수의 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 스트랩은 안면으로부터 마스크 본체를 제거할 때 착용자에 의해 신속하게 결합해제될 수 있는 패스너에 의해 함께 연결되는 제1 및 제2 부분을 가질 수 있다. 본 발명과 함께 사용할 수 있는 스트랩의 한 예가 슈(Xue) 등의 미국특허번호 제6,332,465호에 도시되어 있다. 스트랩의 하나 이상의 부분을 함께 연결하는 데 사용할 수 있는 체결 또는 고정 메카니즘의 예가 예를 들어 브로스트롬(Brostrom) 등의 미국특허번호 제6,062,221호, 세팔라(Seppala)의 미국특허번호 제5,237,986호 및 치엔(Chien)의 EP1,495,785A1에 도시되어 있다.

지시된 바와 같이, 호기 밸브를 마스크 본체에 부착시켜 내부 기체 공간으로부터 내쉰 공기의 퍼징을 용이하게 할 수 있다. 호기 밸브의 사용은 마스크 내부로부터 온난 다습한 내쉰 공기를 신속하게 제거함으로써 착용자의 편안함을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 마틴(Martin) 등의 미국특허번호 제7,188,622호, 제7,028,689호 및 제7,013,895호; 자푼티치(Japuntich) 등의 미국특허번호 제7,428,903호, 제7,311,104호, 제7,117,868호, 제6,854,463호, 제6,843,248호 및 제5,325,892호; 미텔스타트(Mittelstadt) 등의 미국특허번호 제6,883,518호; 및 바우어스(Bowers)의 재발행 특허 37,974를 참조한다. 본질적으로, 적합한 압력 강하를 제공하고, 마스크 본체에 적절하게 고정될 수 있는 임의의 호기 밸브를 본 발명과 함께 사용하여 내쉰 공기를 내부 기체 공간으로부터 외부 기체 공간으로 신속하게 전달할 수 있다.

실시예

본 발명은 호흡기의 일부, 예를 들어 도 2의 32a, 32b, 32c 및 32d의 강성을 증가시킴으로써 편평-절첩식(flat-fold) 호흡기의 내붕괴성을 향상시켰다. 이는 열을 사용하여 도 1의 여과 구조물 (16)의 층들을 함께 압축하고 결합함으로써 달성되었다. 테이버(Taber) 강성 시험기 (미국 뉴욕주 노쓰 토나완다 소재의 테이버 인더스트리즈(Taber Industries))는 안면부 여과식 호흡기의 구축에 흔히 사용되는 부직 재료를 비롯한 다양한 재료의 강성을 측정하는 데 사용될 수 있다.

테이버 강성 시험기는 특정된 양, 전형적으로 15°로 샘플을 굴절시키는 데 요구되는 토크의 양을 측정함으로써 재료 스트립의 강성을 측정한다. 테이버 강성 시험기를 사용하여 수행된 시험의 결과는 테이버 강성 단위로 기록된다. 1 테이버 강성 단위는 1 gm-cm의 토크가 샘플의 일 말단에 적용될 때 1 cm 길이의 샘플이 15° 굴곡되는 데 요구되는 강성으로서 정의된다. 상이한 구성으로 시험기를 위치시킴으로써 테이버 강성 시험기는 1 테이버 강성 단위 미만으로부터 10,000 테이버 강성 단위 이하까지의 강성 범위를 측정할 수 있다.

회전 초음파 열 결합 방법을 이용하는 제조 기기는 도 1 내지 3의 10과 유사한 편평-절첩식 안면부 여과식 호흡기를 생성하는 데 사용되었다. 10개의 호흡기 각각은 실시예 1, 비교 샘플 1CA 및 비교 샘플 1CB로 제조되었다. 실시예 1 호흡기는 비용접 간격 2.0 mm로 이격된 2개의 평행한 0.5 mm 폭의 선으로 구성된 도 2의 용접선(33)을 갖도록 제조되었다. 상기 이중 용접선 패턴의 단면은 평행 용접선 (34' 및 34")을 갖는 도 4에 나타낸 외관을 가졌다. 비교 샘플 1CA 호흡기는 도 2에 나타낸 용접 패턴 32a, 32b, 32c 및 32d 없이 제조되고, 비교 샘플 1CB 샘플은 단일 3.0 mm 폭의 선으로 구성된 도 2의 용접선(33)을 갖도록 제조되었다.

실시예 1 및 비교 샘플 1CA 및 1CB에서, 도 6에 나타낸 여과 구조물(16)은 2개의 스펀본드 커버웹 (58 및 60) 사이에 개재된 여과층(62)으로 구성되었다. 여과층은 평량이 제곱 미터당 59 그램 (g/m²)이고 유효 섬유 직경(EFD)가 7.5 마이크로미터(㎛)인 폴리프로필렌 일렉트릿 BMF 웹의 단일 층으로 구성되었다. 커버웹 층 둘다는 상동 강지에 논우븐스 컴파니사 (Shangdong Kangjie Nonwovens Co. Ltd., 중국 지난 소재)로부터의 평량이 34 g/m²인 동일한 폴리프로필렌 스펀본드 웹이었다.

실시예 2 및 비교 샘플 2CA 및 2CB의 10개의 호흡기 각각은 실시예 1 및 비교 샘플 1CA 및 1CB를 생성하는 데 사용된 것과 동일한 제조 방법으로 제조되었다. 실시예 2 및 비교 샘플 2CA 및 2CB의 여과층(62)은 실시예 1 및 상응하는 비교 샘플을 제조하는 데 사용된 동일한 일렉트릿 폴리프로필렌 BMF의 2개의 층으로 구성되었다. 실시예 2 및 비교 샘플 2CA 및 2CB를 제조하는 데 사용된 스펀본드 커버웹 (58 및 60)은 실시예 1 및 상응하는 비교 샘플에 사용된 동일한 커버웹이었다.

강성 시험을 위해 32 mm 길이 × 6 mm 폭의 삼각형 용접 패턴 (32a, 32b, 32c 및 32d)의 모난 변(angled side) 중 하나를 함유하는 재료 스트립을 절단하여 호흡기의 여과 구조물 샘플을 수집하였다. 용접 패턴이 스트립의 중심에 위치되고 스트립의 긴 변에 평행하도록 스트립을 각 호흡기로부터 절단하였다. 가위로 샘플을 절단함으로써 발생한 층들 사이의 임의의 열 결합을 제거하도록 각 샘플 스트립에서 층의 에지를 분리하였다. 강성 시험 전에, 도 4에 나타낸 치수 A, B, C, D, E 및 F를 디지털 마이크로미터를 사용하여 각 유형의 하나의 샘플 스트립에 대해 측정하였다. 측정치는 표 1에 나타내었다. 계산된 값, E÷A, B÷A 및 D÷A도 또한 표 1에 나타내었다. 모델 150E 테이버 강성 시험기 (미국 뉴욕주 노쓰 토나완다 소재의 테이버 인더스트리즈)로 SR 부착물 및 0 내지 1 테이버 강성 단위 범위에서 10 단위 보상기를 사용하여 각 샘플 스트립을 평가하였다. 각 유형, 즉 실시예 1 및 2 및 비교 샘플 1CA, 1CB, 2CA 및 2CB의 10개의 샘플 스트립에 대한 강성 시험 결과를 평균내고, 도 7에 나타내었다.

도 7에 나타낸 테이버 강성 시험의 결과는 실시예 1 및 2에서 수행된 본 발명이 상응하는 비교 샘플과 비교할 경우 (BMF 층의 수를 기준으로 함) 여과 구조물(16)의 일부의 강성을 증가시킴을 보여준다. 도 2의 삼각형 패턴과 같은 적절한 패턴과 결합된 단일 폭의 용접선에 비해 이중 용접선의 강성의 증가는 상응하는 비교 샘플에 비해 본 발명의 실시예의 내붕괴성을 향상시키는 것으로 예상된다.

표 1에서 계산된 값, E÷A, B÷A 및 D÷A의 조사를 통해, 이중 용접선 패턴이 계산된 값에 의해 규명될 수 있다는 것을 알 수 있었다. E÷A 값은 이중 용접선 사이의 간극과 비용접 여과 구조물의 두께의 비에 상응한다. B÷A 값은 이중 용접선 사이의 리브의 높이와 비용접 여과 구조물의 두께의 비이다. D÷A 값은 용접 패턴의 폭 대 비용접 여과 구조물의 두께의 비이다.

또한, 초음파 플런지 열 결합이 안면부 여과식 호흡기 상에 용접선의 패턴을 형성하는 데 사용될 수 있다. 일련의 3개의 특허 실시예, 실시예 3, 4 및 5는 상응하는 비교 실시예 이외에 초음파 플런지 열 결합으로 생성되었다. 이들 실시예 및 비교 샘플에서, 도 2에 나타낸 삼각형 패턴 (32a, 32b, 32c 및 32d)에 상응하는 용접선의 패턴은 브랜슨(Branson) 2000X 시리즈 플런지 용접 시스템 (미국 코네티컷주 댄버리 소재)을 사용하여 여과 구조물 라미네이트(16)의 시트 상에 형성하였다. 실시예 1 및 2에 사용된 것과 유사한 이중 용접선 패턴이 여과층(62)에서 폴리프로필렌 일렉트릿 BMF의 1, 2 또는 3개의 층을 갖는 여과 구조물 라미네이트 각각의 10개의 시트 상에 형성되었다. 실시예 3은 1개의 폴리프로필렌 일렉트릿 BMF층을 함유하고, 실시예 4는 2개의 BMF층을 함유하고, 실시예 5는 3개의 BMF층을 함유하였다. 실시예 3, 4 및 5에서 사용된 폴리프로필렌 일렉트릿 BMF는 실시예 1 및 2에서 기술된 것과 동일한 BMF였다. 모든 여과 구조물 라미네이트에서, 여과층(62)은 실시예 1 및 2에서 사용된 것과 동일한 스펀본드 커버웹인 2개의 스펀본드 커버웹 (58 및 60) 사이에 개재되었다.

비교 샘플 3CA, 3CB 및 3CC 각각의 10개의 라미네이트 시트는 실시예 3을 생성하는 데 사용된 것과 동일한 여과 구조물 라미네이트로 생성되었다. 비교 샘플 3CA의 라미네이트 시트 상에는 용접 패턴이 형성되지 않았다. 실시예 3, 4 및 5를 제조하는 데 사용된 것과 동일한 초음파 플런지 용접 시스템이 비교 샘플 3CB의 라미네이트 시트 상에 단일 0.5 mm 폭의 용접선을 갖는 도 2에 나타낸 삼각형 패턴 (32a, 32b, 32c 및 32d)를 생성하는 데 사용되었다. 유사하게, 실시예 3CC에서 초음파 용접 시스템은 단일 3 mm 폭의 용접선을 갖는 10개의 라미네이트 시트 상에 삼각형 패턴을 생성하는 데 사용되었다.

비교 샘플 4CA, 4CB 및 4CC 각각의 10개의 라미네이트 시트 세트는 비교 샘플 3CA, 3CB 및 3CC 각각을 생성하는 데 사용된 동일한 샘플 절차를 사용하여 생성하였다. 비교 샘플의 두 세트 사이의 차이는 단지 제2 세트, 4CA, 4CB 및 4CC가 폴리프로필렌 일렉트릿 필터 웹의 2개 층을 함유하는 여과 구조물 라미네이트로 제조된다는 점이었다. 사용된 여과 구조물 라미네이트가 3개층의 폴리프로필렌 일렉트릿 필터 웹을 함유한다는 점을 제외하고는 비교 샘플 5CA, 5CB 및 5CC에 대해 절차를 반복하였다.

강성 시험을 위해 32 mm 길이 × 6 mm 폭의 삼각형 용접 패턴(32a, 32b, 32c 및 32d)의 모난 변 중 하나를 함유하는 재료 스트립을 절단하여 여과 구조물 라미네이트 시트의 샘플을 수집하였다. 용접 패턴이 스트립의 중심에 위치되고 스트립의 긴 변에 평행하도록 스트립을 각 라미네이트 시트로부터 절단하였다. 가위로 샘플을 절단함으로써 발생한 층들 사이의 임의의 열 결합을 제거하도록 각 샘플 스트립에서 층의 에지를 분리하였다. 강성 시험 전에, 도 4에 나타낸 치수 A, B, C, D, E 및 F를 디지털 마이크로미터를 사용하여 각 유형의 하나의 샘플 스트립에 대해 측정하였다. 측정치는 표 2에 나타내었다. 계산된 값, E÷A, B÷A 및 D÷A도 또한 표 2에 나타내었다. 모델 150E 테이버 강성 시험기 (미국 뉴욕주 노쓰 토나완다 소재의 테이버 인더스트리즈)로 뒤집힌 위치에서 샘플 클램프를 사용하고 0 내지 10 테이버 강성 단위 범위에서 10 단위 보상기를 사용하여 각 샘플 스트립을 평가하였다. 각 유형, 즉 실시예 3, 4 및 5 및 비교 샘플 3CA 내지 5CC의 10개의 샘플 스트립에 대한 강성 시험 결과를 평균내고, 도 8에 나타내었다.

도 8에 나타낸 테이버 강성 시험의 결과는 실시예 3, 4 및 5에서 수행된 본 발명이 상응하는 비교 샘플과 비교할 경우 여과 구조물(16)의 일부의 강성이 증가됨을 보여준다. 단일 폭의 용접선에 비해 이중 용접선의 강성의 증가는 상응하는 비교 샘플에 비해 본 발명의 실시예의 내붕괴성을 향상시키는 것으로 예상된다. 표 2에서 계산된 값, E÷A, B÷A 및 D÷A의 조사를 통해, 이중 용접선 패턴이 계산된 값에 의해 규명될 수 있다는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 그 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 이의 임의의 균등물에 기술된 한계에 의해 좌우되어야 한다.

본 발명은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부재하에 적합하게 실시될 수 있다.

배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다. 상기 명세서와 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims

하니스(harness); 및
하니스에 접합되는 마스크 본체를 포함하며,
마스크 본체는 두께(A)를 갖고 A의 0.5 내지 6배 만큼 이격되어 배치되는 2개의 평행 용접선을 갖는 여과 구조물을 포함하고,
각각의 용접선은 2 센티미터 이상의 거리에 걸쳐 연속되는 용접부를 포함하고,
2개의 평행 용접선 사이 영역의 여과 구조물은, 2개의 평행 용접선 외부의 여과 구조물의 두께 미만이지만 각각의 평행 용접선 내의 여과 구조물의 두께를 초과하는 두께를 갖는,
안면부 여과식 호흡기(filtering face-piece respirator).
제1항에 있어서, 2개의 평행 용접선이 A의 0.6 내지 3배 만큼 이격되는 안면부 여과식 호흡기.
제2항에 있어서, 2개의 평행 용접선이 A의 0.7 내지 1.5배 만큼 이격되는 안면부 여과식 호흡기.
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