專利名稱:具有帶燒蝕閥瓣的閥的呼吸器的制作方法
具有帶燒蝕閥瓣的閥的呼吸器本發(fā)明涉及具有使用閥瓣的呼氣閥的呼吸器,該閥瓣具有一個(gè)或多個(gè)燒蝕區(qū)域。
背景技術(shù):
在污染環(huán)境中工作的人通常都會佩戴呼吸器保護(hù)自己,以免吸入空氣中的污染物。呼吸器通常具有能夠從空氣中除去顆粒和/或氣態(tài)污染物的纖維過濾器或吸附劑過濾器。在污染環(huán)境中佩戴呼吸器時(shí),佩戴者因知道他們的健康得到了保護(hù)而感到暢快,然而同時(shí),因?yàn)楹舫龅臐駸峥諝庠谒麄兡槻恐車e聚,他們又會感到不適。面部越不適,佩戴者越有可能從臉上取下面罩,以緩解不適。為了減少佩戴者在污染環(huán)境中從面部取下面罩的可能性,呼吸器的制造商經(jīng)常將一種呼氣閥安裝在面罩主體上,使得濕熱的空氣能快速從面罩內(nèi)部清除。呼出的空氣的迅速清除使面罩內(nèi)部更加涼爽,并繼而有益于工人的安全,因?yàn)槊嬲峙宕髡邚哪樕先∠潞粑鱽砣コ麄儽?、口附近濕熱空氣的可能性降低了。許多年來,市售的呼吸面罩使用“按鈕式”呼氣閥從面罩內(nèi)部清除呼出的空氣。按鈕式閥通常采用薄的、圓形的柔性閥瓣作為動態(tài)機(jī)械元件,讓呼出的空氣從內(nèi)部氣體空間逸出。所述閥瓣在其中心處通過中心柱安裝在閥底座上。按鈕式閥的例子在美國專利N0.2,072,516,2, 230,770,2, 895,472和4,630,604中有所示出。當(dāng)人呼氣時(shí),閥瓣的周邊部分從閥底座抬起,使得空氣可快速進(jìn)入外部氣體空間。按鈕式閥體現(xiàn)了在嘗試改善佩戴者舒適度方面的進(jìn)步,但是研究人員已做出其他改進(jìn),其中一個(gè)例子為示于授予Braun的美國專利N0.4,934,362中的“蝴蝶式”閥。該專利中所述的閥使用拋物線型閥底座和以蝴蝶方式安裝的細(xì)長柔性閥瓣。在Braun的研發(fā)工作以后,Japuntich等人在呼氣閥技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了另一創(chuàng)新,參見美國專利N0.5,325,892和5,509, 436。Japuntich等人發(fā)明的閥使用以懸臂方式偏心裝配的單個(gè)柔性閥瓣,以使得打開閥所需的呼氣壓力最小化。當(dāng)使閥打開壓力最小化時(shí),操縱閥所需的力量減小,這意味著佩戴者在呼吸時(shí),可`以不費(fèi)力地將呼出的空氣排出面罩內(nèi)部。在Japuntich等人之后推出的其他閥也使用了懸臂安裝的閥瓣,參見美國專利N0.5,687,767和6,047,698。在又一項(xiàng)研發(fā)中,閥底座的密封表面由彈性材料制成,以允許使用剛性更高而且更硬的閥瓣,這改善了閥效率,參見授予Martin等人的美國專利N0.7,188,622。雖然呼氣閥設(shè)計(jì)的演變主要以相對于閥底座的結(jié)構(gòu)變化和將閥瓣安裝到閥底座為焦點(diǎn),但是研究人員也已對閥瓣本身做出了結(jié)構(gòu)變化,以改善閥性能。在授予Martin等人的美國專利N0.7, 028, 689中,將多個(gè)層引入了閥瓣,以允許使用更薄、更動態(tài)的閥瓣,從而允許閥在較低的壓降下更易打開。并且在授予Martin等人的美國專利申請2009/0133700中,在閥瓣中的鉸接處提供了狹槽,以改善閥性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新的呼吸器,其包括面罩主體、帶具和呼氣閥。帶具和呼氣閥均被固定到面罩主體。呼氣閥包括閥底座和具有被燒蝕的表面的閥瓣。本發(fā)明還提供一種新的制造呼吸器的方法,該方法包括以下步驟:提供閥底座和面罩主體;將燒蝕的閥瓣固定到閥底座上;以及將閥底座固定到面罩主體上。提供燒蝕的閥瓣的有益之處在于:可對閥瓣進(jìn)行定制,以在閥瓣上特別需要的區(qū)域具有硬度和厚度方面的特性,該特別定制的區(qū)域可使得閥瓣能夠以最小的力打開或能以所需的方式改變特定的閥性質(zhì)。一個(gè)可在最小的壓力下連續(xù)打開、閥兩側(cè)的壓降很小、需要較低的能量即可操作的閥。由于佩戴者是操作閥的能源,因此如果閥表現(xiàn)出最佳的性能,佩戴者在佩戴呼吸器時(shí)就不需要用很大的力。改善的閥性能繼而可以使得在長時(shí)間內(nèi)呼吸器對佩戴者而言更加舒適,這從安全性的觀點(diǎn)來看尤其有益,因?yàn)榕宕髡咴谑芪廴镜沫h(huán)境中從其面部取下面罩的可能性更低。從制造的觀點(diǎn)來看本發(fā)明也可以是有益的,因?yàn)樵诋a(chǎn)品制造期間可對各個(gè)閥瓣進(jìn)行定制以滿足具體的質(zhì)量控制/性能要求。通過在閥組裝期間燒蝕某些閥瓣部分,在質(zhì)量控制評估期間因未能滿足所需性能要求而拒絕的產(chǎn)品就更少。術(shù)語表下文提及的術(shù)語將具有如下所限定的含義:“燒蝕”或“燒蝕的”是指使一個(gè)或多個(gè)部分從表面移除以使得不完全切穿;“潔凈空氣”是指已濾除污染物的一定體積的大氣環(huán)境空氣;“包含(或含有)”意指其如專利術(shù)語中的標(biāo)準(zhǔn)的定義,一般來講是與“包括”、“具有”或“包含”同義的開放式術(shù)語。雖然通常使用“包含”、“包括”、“具有”和“含有”及其變型等開放式術(shù)語,也可以使用較封閉的術(shù)語來適當(dāng)描述本發(fā)明,例如“基本上由組成”,其為半開放式術(shù)語,因?yàn)樵撔g(shù)語僅僅排除那些將會對術(shù)語所屬主題的性能具有有害影響的物或元件; “呼氣閥”是指可以打開,以使得呼出的空氣離開過濾面罩內(nèi)部氣體空間的閥;“呼出的空氣”是呼吸器佩戴者呼出的空氣;“外部氣體空間”是指呼出的氣體在穿過且超出面罩主體和/或呼氣閥之后進(jìn)入的環(huán)境大氣的氣體空間;“過濾器”或“過濾層”是指一個(gè)或多個(gè)材料層,該一個(gè)或多個(gè)層主要適用于從穿過它的氣流中移除污染物(例如顆粒);“過濾介質(zhì)”是指透氣的結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成移除穿過它的空氣中的污染物;“閥瓣”是指設(shè)計(jì)為在閥操作期間打開和關(guān)閉的片狀制品;“柔性閥瓣”是指能夠隨著呼出氣流所施加的力而彎曲或撓曲的片狀制品;“帶具”是指有助于在佩戴者面部上支撐面罩主體的結(jié)構(gòu)或部件的組合;“內(nèi)部氣體空間”是指面罩主體與人的面部之間的空間;“激光器”是指提供高度定向的單色和相干光束的裝置;“面罩主體”是指透氣的結(jié)構(gòu),其至少可貼合在人的鼻和口上,并幫助限定與外部氣體空間分隔的內(nèi)部氣體空間;“多個(gè)”是指多于5個(gè);“幾個(gè)”是指兩個(gè)或更多個(gè);“呼吸器”是指由人佩戴的一種裝置,以便在空氣進(jìn)入內(nèi)部氣體空間前對空氣進(jìn)行過濾;和“閥底座”或“閥底座”是指具有供流體穿過的孔并鄰近或接觸其所安裝到基底或制品而設(shè)置的閥固體部分。
附圖中:圖1是具有面罩主體12的呼吸器10的前視圖,在面罩主體上設(shè)置有具有根據(jù)本發(fā)明的燒蝕閥瓣22的呼氣閥14 ;圖2是圖1的呼氣閥14的橫截面?zhèn)纫晥D;圖3是圖2所示的閥14的閥底座20的前視圖;圖4是根據(jù)本發(fā)明的呼氣閥14’的可供選擇的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D;圖5是按鈕式呼氣閥的閥底座20b的前視圖;圖6是可與根據(jù)本發(fā)明的呼氣閥一起使用的閥蓋40的透視圖;圖7a是與圖1-4所示的閥或閥底座一起使用的閥瓣22的放大透視圖;圖7b是適于結(jié)合本發(fā)明使用的燒蝕閥瓣44的可供選擇的實(shí)施例的透視圖;圖8是可與根據(jù)本發(fā)明的按鈕式閥結(jié)合使用的燒蝕閥瓣60的前視圖;圖9是可與根據(jù)本發(fā)明的按鈕式或蝴蝶式閥結(jié)合使用的燒蝕閥瓣74的前視
圖10是可與根據(jù)本發(fā)明的懸臂閥結(jié)合使用的燒蝕閥瓣76的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖;圖11是可與根據(jù)本發(fā)明的按鈕式閥結(jié)合使用的燒蝕閥瓣76的另一個(gè)實(shí)施例的前視圖;圖12是根據(jù)本發(fā)明的切割和組裝閥瓣的過程的示意圖;圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量控制過程中燒蝕閥瓣的方法;和圖14是根據(jù)本發(fā)明的面罩主體12的橫截面。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的實(shí)施中,提供了一種新型過濾面罩,其可以改善佩戴者的舒適度并同時(shí)讓佩戴者更加能在污染的環(huán)境中連續(xù)配戴其面罩。因此,本發(fā)明可以改善工人的安全狀況并對工人及其他佩戴個(gè)人呼吸保護(hù)裝置的人員提供長期的有益健康的效果。圖1示出了可以結(jié)合本發(fā)明使用的過濾面罩10的一個(gè)例子。過濾面罩10是具有杯形面罩主體12的半面罩(因?yàn)樗肿”呛妥於徽肿⊙劬?,在面罩主體上連接有帶具13和呼氣閥14??墒褂枚喾N技術(shù)將呼氣閥固定到面罩主體12,例如超聲焊接、膠粘、粘結(jié)性粘接(參見授予WiIIiams等人的美國專利6,125,849)或機(jī)械夾持(參見美國專利申請2001/0029952A1)。呼氣閥14響應(yīng)面罩10內(nèi)增加的壓力而打開,這種壓力增加出現(xiàn)在佩戴者呼氣時(shí)。呼氣閥14優(yōu)選地在呼吸之間以及在吸氣過程中保持關(guān)閉。為了將面罩緊密地保持在佩戴者面部上,帶具13可包括條帶15、系繩或附接到其上的任何其他合適的裝置,以支持佩戴者面部上的面罩主體12??膳c本發(fā)明結(jié)合使用的面罩帶具的例子在授予Brostrom等人的美國專利6,457,473BU6, 062,221和5,394,568,授予Xue等人的美國專利6,332,465B1,授予Byram的美國專利6,119,692和5,464,010,以及授予Dyrud等人的美國專利6,095,143和5,819,731中有所示出。圖1還示出了閥14具有閥底座20,閥瓣22在固定部分25處固定到該閥底座上。閥瓣22可以是具有自由部分26的柔性閥瓣,該自由部分在呼氣過程中從閥底座20上抬起。當(dāng)自由部分26不與閥底座20接觸時(shí),呼出的空氣可從內(nèi)部氣體空間進(jìn)入外部氣體空間。呼出的空氣可直接進(jìn)入外部氣體空間,或者其可經(jīng)過更曲折的路徑,例如,當(dāng)面罩還包括沖撞元件(參見授予Japuntich等人的美國專利6,460, 539B1)或其包括過濾呼氣閥(參見授予Japuntich等人的美國專利申請2003/0005934A1和美國專利申請2002/002365 IAl)時(shí)。面罩主體12適合貼合在人的鼻部和口部上并與佩戴者面部隔開,以在佩戴者面部與面罩主體內(nèi)表面之間形成內(nèi)部氣體空間或空隙。面罩主體12上可以布置包括極軟的柔韌性金屬(例如鋁)帶的鼻夾16,以允許其成形為使面罩在佩戴者鼻子上以及鼻子與面頰的交匯處保持期望的貼合關(guān)系。合適的鼻夾的例子在授予Castiglione的美國專利5,558,089和Des.412,573中有所示出。所示的面罩主體12是流體可滲透的,并且通常設(shè)有開口(未示出),該開口位于呼氣閥14附接到面罩主體12的位置處,以使得呼出的空氣能通過閥14離開內(nèi)部氣體空間,而不必穿過面罩主體本身。面罩主體12上的開口的優(yōu)選位置為佩戴面罩時(shí)正對佩戴者口部的位置。將開口、故而呼氣閥14放置在這個(gè)位置允許閥在受到來自呼出氣流的力或動量時(shí)能更容易地打開。對于圖1中所示類型的面罩主體12,基本上整個(gè)面罩主體12的暴露表面對吸入空氣都具有流體可滲透性。面罩主體12可以呈彎曲的半球形狀,如圖1所示(還可參見授予Dyrud等人的美國專利4,807,619),或者,它還可以采取期望的其他形狀。例如,面罩主體可以是杯形面罩,具有類似于授予Japuntich的美國專利4,827,924中所公開的面罩結(jié)構(gòu)。面罩還可以具有三褶構(gòu)型,當(dāng)未使用時(shí),可以折成平的,但在佩戴時(shí),可以打開為杯形構(gòu)型,參見授予Bostock等人的美國 專利6,484,722B2和6,123,077以及授予Henderson等人的美國設(shè)計(jì)專利Des.431,647和授予Bryant等人的Des.424,688。本發(fā)明的面罩還可以采用多種其他構(gòu)型,例如在授予Chen的美國設(shè)計(jì)專利Des.448,472S和Des.443,927S中所公開的平坦兩褶面罩。面罩主體也可以為流體不可滲透的并可具有附接到其上的濾筒,例如授予Holmquist-Brown等人的美國專利6,277, 178B1中或授予Burns和Reischel的美國專利5,062,421中所示的面罩。此外,面罩主體還可以經(jīng)過改造,用于正壓空氣吸入,這與剛才提及的負(fù)壓面罩相反。正壓面罩的例子在授予Hoague的美國專利6,186,140B1、授予Grannis等人的美國專利5,924,420以及授予Braun等人的美國專利4,790, 306中有所示出。這些面罩可連接到將圍繞使用者腰部佩戴的動力式空氣純化呼吸器主體,參見例如授予Petherbridge等人的美國設(shè)計(jì)專利D464, 725。過濾面罩的面罩主體也可連接到自備式呼吸器,其可為佩戴者提供清潔的空氣,如例如在美國專利5,035,239和4,971,052中所公開。面罩主體可被構(gòu)造為不但能罩住佩戴者的鼻和嘴(稱為“半面罩”),還可以罩住佩戴者的眼睛(稱為“全面罩”),以除了對佩戴者的呼吸系統(tǒng)外還對佩戴者的視力提供保護(hù),參見例如授予Reischel等人的美國專利5,924,420。面罩主體可與佩戴者的面部隔開,或可緊貼或緊鄰佩戴者的面部。在任一情況下,面罩均有助于限定呼出的空氣在離開面罩內(nèi)部穿過呼氣閥之前所經(jīng)過的內(nèi)部氣體空間。面罩主體也可在其周邊具有熱致變色的貼合指示密封,以允許佩戴者容易地確定是否已建立合適的貼合,參見授予Springett等人的美國專利5,617,849。圖2顯示了靠在密封表面24上處于閉合位置、并且從表面24抬離處于打開位置(如虛線22a所示)的柔性閥瓣22。流體沿箭頭34表明的總體方向通過閥14。如果將閥14用在過濾面罩上以從面罩內(nèi)部清除呼出的空氣,則流體流34將表示呼出的氣流。如果將閥14用作吸氣閥,則流體流34將表示吸入的氣流。經(jīng)過閥孔的流體在柔性閥瓣22上施加力(或?qū)⑵鋭恿哭D(zhuǎn)移到閥瓣上),從而導(dǎo)致閥瓣22的自由部分26從密封表面24抬起以使得閥14打開。當(dāng)將閥14用作呼氣閥時(shí),閥在面罩10上的取向優(yōu)選地使得當(dāng)面罩10如圖1所示豎直設(shè)置時(shí),柔性閥瓣22的自由部分26位于固定部分25下方。這能使呼出的空氣向下偏轉(zhuǎn),以防止?jié)駳饽Y(jié)在佩戴者的眼鏡上。圖3顯示了其上未連接閥瓣的閥底座20的前視圖。閥孔30布置于密封表面24的徑向內(nèi)側(cè),并可具有十字形構(gòu)件35,該構(gòu)件穩(wěn)定密封表面24并最終穩(wěn)定閥14。十字形構(gòu)件35還可防止柔性閥瓣22 (圖2)在吸氣期間翻入孔30中。十字形構(gòu)件35上積聚的水分可妨礙閥瓣22打開。因此,十字形構(gòu)件35面向閥瓣的表面優(yōu)選地稍稍凹陷而在密封表面24以下,但當(dāng)從側(cè)正視圖觀察時(shí)它們可與密封表面齊平以免妨礙閥打開。密封表面24外接或圍繞孔30,以在閥關(guān)閉時(shí)阻止污染物穿過孔。從前面觀察時(shí),密封表面24和閥孔30可以呈基本上任何形狀。例如,密封表面24和孔30可以為方形、矩形、圓形、橢圓形等。密封表面24的形狀不必對應(yīng)于孔30的形狀,反之亦然。例如,孔24可以為圓形而密封表面30可以為矩形。然而,當(dāng)對著流體流的方向觀察時(shí),密封表面24和孔30優(yōu)選地具有圓形橫截面。閥底座20的大部分通常由使用(例如)注射成型技術(shù)模制成整體的一體式主體的相對輕的塑料制成,并且回彈性密封表面可與其接合。與柔性閥瓣22接觸的密封表面24優(yōu)選制成基本上均勻的平滑表面 ,以確保形成良好的密封。密封表面24可靠在密封隆起29(圖2)的頂部上或者可與閥底座本身平面對齊。密封表面24的接觸區(qū)域優(yōu)選地具有足夠的寬度來與柔性閥瓣22形成密封,但是不能寬到粘合力(由凝結(jié)的水分或排出的唾液產(chǎn)生)使得柔性閥瓣22明顯難以打開。密封表面的接觸區(qū)域優(yōu)選地在閥瓣與密封表面接觸的地方以凹陷的方式彎曲,從而有利于閥瓣與密封表面的整個(gè)周邊相接觸。無回彈性密封表面的閥14及其閥底座20在授予Japuntich等人的美國專利5,509, 436和5,325,892中有更全面的描述。圖4示出了呼氣閥14’的另一個(gè)實(shí)施例。不同于圖2所示的實(shí)施例,當(dāng)從側(cè)正視圖觀察時(shí),該呼氣閥具有與閥瓣保持表面27’對齊的平面密封表面24’。圖4所示的閥瓣因此不因置于柔性閥瓣22上的任何機(jī)械力或內(nèi)部應(yīng)力而朝向或靠著密封表面24’壓緊。由于閥瓣22在“中性條件”(即當(dāng)無流體通過閥并且閥瓣除了重力外不受其他外力)下不預(yù)加載到或偏向密封表面24’,因此閥瓣22可在呼氣期間更容易地打開。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的彈性密封表面時(shí),可以不必偏置或迫使閥瓣接觸密封表面24’,雖然這種構(gòu)造在某些情況下可能是所需的。本發(fā)明因此可允許使用比已知商業(yè)產(chǎn)品上的閥瓣更具剛性的柔性閥瓣。閥瓣的剛性可使得當(dāng)重力本身施加在閥瓣上時(shí)在非偏置條件下閥瓣不明顯從密封表面24’垂下,并且閥的取向使得閥瓣被設(shè)置在密封表面之下。圖5所示的呼氣閥14’因此可成型為使得閥瓣22在任何取向均與密封表面良好接觸,包括當(dāng)佩戴者朝地板彎下頭時(shí),而不使閥瓣偏向(或顯著偏向)密封表面。因此,在閥的任何取向下,剛性閥瓣都能以非常低的朝著閥底座密封表面的預(yù)應(yīng)力或偏置作用或沒有這種預(yù)應(yīng)力或偏置作用而與密封表面24’密封接觸。閥瓣上沒有大量預(yù)定應(yīng)力或力可確保中性條件下在閥關(guān)閉過程中將閥瓣壓貼在密封表面上,從而可使閥瓣能夠在呼氣過程中更容易地打開,并因此可減小呼吸時(shí)操作閥所需的力。圖5顯示了適于結(jié)合本發(fā)明的按鈕式閥使用的閥底座20b。不同于被成型為結(jié)合懸臂閥瓣使用的閥底座20 (圖3),閥底座20b具有在位置32’居中安裝的柔性閥瓣。這使得閥瓣周邊的基本上所有部分在呼氣過程中均被抬離密封表面。在懸臂閥瓣中,與固定部分相對的閥瓣末端是在呼氣過程中從密封表面抬起的閥瓣部分。相比之下,在按鈕式閥中,所述圓周的所有部分在呼氣過程中均抬離密封表面。在常規(guī)按鈕式閥中,整個(gè)閥瓣被構(gòu)造成具有基本上相同的厚度。這使得閥瓣在呼氣過程中形成阻力區(qū),因?yàn)椴⒎菆A周的所有部分都能在呼氣過程中被抬離閥瓣。如下所述,本發(fā)明的閥瓣當(dāng)結(jié)合按鈕式閥使用時(shí)可具有從閥瓣表面選擇性燒蝕的區(qū)域,以形成較薄和較厚的區(qū)域,使得閥瓣在某些部分或區(qū)域選擇性彎曲。因此,結(jié)合居中安裝的按鈕閥瓣使用燒蝕技術(shù),可減小打開時(shí)的阻力。這可產(chǎn)生更低的壓降,并因此改善佩戴者舒適度。圖6顯示了可適于結(jié)合其他附圖中示出的呼氣閥使用的閥蓋40。閥蓋40限定了內(nèi)室,在其中,柔性閥瓣可從關(guān)閉位置移動到打開位置。閥蓋40可保護(hù)柔性閥瓣不受損壞,并有助于使呼出的氣體向下而遠(yuǎn)離佩戴者的眼鏡。如圖所示,閥蓋40可具有多個(gè)開口 42,以允許呼出的空氣從閥蓋界定的內(nèi)室中逸出。通過開口 42離開內(nèi)室的空氣進(jìn)入外部氣體空間,優(yōu)選地以向下的方式遠(yuǎn)離佩戴者的眼鏡。可使用多種技術(shù)將閥蓋固定到閥底座,包括摩擦、夾持、膠粘、粘結(jié)性粘接、焊接等。圖7a顯不了具有第一和第二相對末端46和48以及第一和第二相對側(cè)面50和52的閥瓣22。閥瓣22具有矩形形狀,而圖7b中所示的閥瓣44具有梯形形狀。閥瓣22、44還包括燒蝕區(qū)域54,其位于閥瓣的鉸接區(qū)56。圖7b所示的閥瓣可用于減少暴露于因呼出氣流動量所致的閥瓣彎矩的材料。 燒蝕區(qū)域54包括切入閥瓣材料的第一主表面57的多個(gè)凹槽58。凹槽58的切割方向平行于閥瓣在打開或關(guān)閉過程中彎曲、樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)所繞的軸線。凹槽的每一個(gè)均為約閥瓣厚度的10%至90%,更通常地為閥瓣總厚度的20%至70%,并具有約5mm至15mm的長度。對于呼氣閥,凹槽可為約0.1毫米至I毫米(mm)深,更通常為0.2mm至0.4mm深。凹槽的間距可為約0.1mm至Imm,更通常為0.2至0.3mm。與本文獻(xiàn)所述的燒蝕閥瓣的其他實(shí)施例一樣,可對閥瓣的一個(gè)或兩個(gè)主表面進(jìn)行燒蝕。在閥瓣22、44的鉸接末端46處提供錨定孔59。圖8顯示了適于結(jié)合按鈕式閥底座(參見圖5)使用的圓形閥瓣60。該閥瓣60也具有燒蝕的62和未燒蝕的64區(qū)域。當(dāng)常規(guī)按鈕式閥打開時(shí),閥的徑向性質(zhì)導(dǎo)致閥瓣抵抗繞其整個(gè)圓周66打開。因此,往往只有閥瓣60的一部分或一段在使用過程中從密封表面抬起。此處所示的閥瓣60可緩解這種“抵抗打開的問題”。閥瓣60的燒蝕區(qū)域62具有較少的材料并因此促進(jìn)在那些區(qū)域的彎曲,這可使得閥瓣的整個(gè)圓周66能夠在使用過程中從密封表面抬起。燒蝕區(qū)域62在每一側(cè)由邊界68和70界定,這兩個(gè)邊界從閥瓣60的中心72向圓周66前進(jìn)時(shí)彼此遠(yuǎn)離。燒蝕區(qū)域可占閥瓣主表面之一的總表面積的5%至80%,并可彼此之間成120°大致徑向向外延伸。圖9示出了居中安裝的閥瓣74,其中燒蝕區(qū)域76、78以相對的方向朝周邊延伸;也就是說,彼此之間成180度。燒蝕區(qū)域因此以直線跨閥瓣74線性延伸。這有利于閥瓣圍繞與燒蝕區(qū)域延伸方向平行的軸線彎曲。使用這樣的燒蝕構(gòu)造,閥瓣74可在使用過程中以蝴蝶方式彎曲。在該實(shí)施例中,閥瓣74不必為圓形;其在靜止時(shí)在閥瓣74主表面的平面內(nèi)在與燒蝕區(qū)域延伸方向正交的方向更長。燒蝕區(qū)域可以為閥瓣撓曲長度的約10%至90%,徑向長度的約5%至80%。圖10示出了可結(jié)合本發(fā)明的閥使用的閥瓣76的另一個(gè)實(shí)施例。在此情況下,燒蝕區(qū)域不位于旨在作為閥瓣鉸接區(qū)的地方。相反,燒蝕區(qū)域78與固定部分80處于間隔關(guān)系居中位于閥瓣的自由部分80上。由于閥瓣76的該自由部分只需要具有保持流體不可滲透的足夠厚度,因此自由部分中的閥瓣重量可顯著降低,這可使得閥瓣以較小的力就能打開(因?yàn)榘l(fā)生位移的重量較小)。如圖所示,燒蝕區(qū)域78由未燒蝕邊緣區(qū)82界定。沿著未燒蝕邊緣區(qū)增加的厚度可使得閥瓣能夠更好地接合位于此閥瓣76部分之下或附近的閥密封表面。燒蝕也可在閥瓣底面或第二主表面上在閥瓣接觸密封表面的地方進(jìn)行,以形成坐靠在密封表面上的閥瓣,如同具有臺階的蓋子。這樣的燒蝕將在第二主表面上形成凹槽,該凹槽遵循或?qū)?yīng)于密封表面的通道或構(gòu)造,使得兩部分之間存在互補(bǔ)配合。圖11示出了按鈕閥的閥瓣84的另一個(gè)實(shí)施例,其中燒蝕區(qū)域以等間距從中心86徑向延伸。存在多個(gè)具有大致恒定厚度的燒蝕區(qū)域。燒蝕區(qū)域各自可被成型為具有以直線從中心86向周邊90延伸的凹槽88。凹槽88的每一個(gè)可具有與本文獻(xiàn)中其他地方提及的凹槽相似的深度和厚度。采用激光切割和燒蝕的自動化方法可用于本發(fā)明的瓣閥組件的組裝和性能驗(yàn)證。圖12和13示出了當(dāng)在最終產(chǎn)品中(例如在呼吸保護(hù)中)需要非常一致的閥性能時(shí)可有利地采用的一系列步驟。雖然圖12示出了方法的在線方法,但是這些步驟也可在旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)塔設(shè)備上進(jìn)行。無論本方法中所用的組件總體取向或設(shè)備如何,均示出了兩個(gè)基本階段:組裝和驗(yàn)證。在圖12中,將閥瓣材料111的連續(xù)條帶從卷110退繞,并傳送到閥底座115。使閥底座115和閥瓣材料111以相同的速率行進(jìn),將閥底座115引到閥瓣材料的連續(xù)條帶111。真空源116用于將閥瓣條帶111拉向閥底座115以使其保持正確對齊。閥瓣材料條帶111和閥底座115正確對齊后,將激光器118用于從條帶111上精確地切割閥瓣120,以使得此時(shí)分離的閥瓣120能夠布置在閥底座115上。在此階段,激光器118可在閥瓣120中另外切割出任何錨定和/或?qū)R孔。然后將閥瓣120以正確的位置固定到閥底座115上。這時(shí)可撤去真空116產(chǎn)生的拉力。隨著閥組件前進(jìn)到另一工位117,閥瓣條帶材料113的未使用部分與閥組件122分離。另外在此階段,可將保護(hù)性閥蓋固定到閥組件上。在圖13中,對閥122的致動性能進(jìn)行評價(jià),并使用激光燒蝕進(jìn)行調(diào)整。閥驗(yàn)證階段對閥的致動特性進(jìn)行評估,并使用進(jìn)一步的激光燒蝕對該致動進(jìn)行調(diào)整。燒蝕可視需要在閥瓣的鉸接部分或自由部分進(jìn)行,以實(shí)現(xiàn)所需的閥致動。組裝好的閥可經(jīng)過一系列評價(jià)、修改和確認(rèn)步驟。在第一步中,使組裝好的閥122經(jīng)控制體積流速的流體流123的測試。然后使用(例如)機(jī)器視覺裝置(帶計(jì)算機(jī)解析的光學(xué)監(jiān)控)在131處對閥瓣致動進(jìn)行監(jiān)控,以確定閥對流體流測試的響應(yīng)。對測試的響應(yīng)可使用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行分析,并可針對模型致動進(jìn)行比較。隨著閥組件移到下一階段126,計(jì)算機(jī)然后使用連接的激光器128促進(jìn)對閥瓣120的控制燒蝕。 機(jī)器視覺裝置132在第二階段126實(shí)時(shí)評估閥瓣致動。在閥122處于流體測試的情況下,計(jì)算機(jī)向激光器128發(fā)出指令燒蝕閥瓣,直到實(shí)現(xiàn)正確的致動性能。當(dāng)實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)闹聞雍?,燒蝕停止。如果經(jīng)評估致動不正確,則自動拒絕該部件。在過程的最后階段,將機(jī)器視覺裝置133用于保證未負(fù)載的閥瓣正確配合到其閥底座,從而完成驗(yàn)證階段。過程的驗(yàn)證階段可在閥組件上具有或不具有閥蓋的情況下完成。如果安裝了閥蓋,則必須提供允許機(jī)器視覺裝置的視線適當(dāng)穿過的裝置以及對激光燒蝕光束透明的區(qū)域。采用所述方法使得能夠?qū)τ糜诙喾N關(guān)鍵應(yīng)用的閥進(jìn)行連續(xù)組裝、性能評估、性能緩和以及驗(yàn)證??梢栽O(shè)想操作順序的許多變型形式。無論方法的組裝階段途徑如何,均可采用該基本的驗(yàn)證階段,并可使用激光燒蝕之外的多種技術(shù)進(jìn)行燒蝕。例如,可使用模壓、顯微機(jī)械加工、水噴等技術(shù)。
圖14示出了可在其上安裝組裝好的閥的呼吸器面罩主體12的橫截面。面罩主體12可以包含多層,例如內(nèi)部的成形層17和外部的過濾層18。成形層17為面罩主體12提供結(jié)構(gòu)并支承過濾層18。成形層17可位于過濾層18的內(nèi)部和/或外部上(或內(nèi)外兩面上),并且可以用例如模制為杯形構(gòu)型的熱粘結(jié)性纖維的非織造纖維網(wǎng)制成,參見授予Dyrud等人的美國專利4,807,619以及授予Berg的美國專利4,536,440。它還可以由多孔層或“魚網(wǎng)”型的柔性透孔塑料網(wǎng)制成,類似授予Skov的美國專利4,850,347中所公開的成形層。成形層可根據(jù)已知的程序模制,例如在Skov的專利或在授予Kronzer等人的美國專利5,307,796中所述的那些程序。雖然成形層17的主要設(shè)計(jì)目的是為面罩提供結(jié)構(gòu)并為過濾層提供支承,但是成形層17也可作為過濾器,通常用于捕獲較大的顆粒。層17和18合起來也可以用作吸入過濾元件。過濾層可以任選地制成波紋形,如授予Braun的美國專利5,804, 295和5,763,078中所述。并且面罩主體12還可以包含內(nèi)覆蓋纖維網(wǎng)和/或外覆蓋纖維網(wǎng)(未示出),這些覆蓋纖維網(wǎng)可以使過濾層18不受研磨力損壞,并可截留可能從過濾層18和/或成形層17松脫的任何纖維。覆蓋纖維網(wǎng)還可以具有過濾能力(盡管通常無法和過濾層18相比),和/或可以起到使面罩的佩戴更為舒適的作用。覆蓋纖維網(wǎng)可以由非織造纖維材料制成,例如包含(例如)聚烯烴和聚酯的紡粘纖維,參見例如授予Angadjivand等人的美國專利6,041,782、授予Dyrud等人的美國專利4,807,619和授予Berg的美國專利4,536,440。佩戴者吸氣時(shí),空氣經(jīng)過面罩主體吸入,而空氣中傳播的顆粒便被捕集到纖維(特別是過濾層18中的纖維)之間的空隙中。在圖2所示的實(shí)施例中,過濾層12與面罩主體18為一體式的,也就是說,它形成面罩主體的一部分,而不是類似濾筒那樣隨后連接到面罩主體(或從中移除)的物件。經(jīng)常用于負(fù)壓半面罩呼吸器(類似于圖1所示的面罩10)的過濾材料常常含有帶電微纖維(尤其是熔噴微纖維(BMF))的纏結(jié)纖維網(wǎng)。微纖維的平均有效纖維直徑通常為約20微米(mm)或更小,但常見的是約I至約15mm,更常見的是約3mm至10mm。有效纖維直徑可如以下文獻(xiàn)中所述進(jìn)行計(jì)算:Davies, C.N.,The Separation of Airborne Dustand Particles,Institution of Mechanical Engineers,London, ProceedingslB.1952 (Davies,C.N.,“空氣傳播的粉塵和顆粒的分離”,倫敦機(jī)械工程師學(xué)會,論文集1B,1952年)。BMF纖維網(wǎng)可如以下文獻(xiàn)中所述而形成:Wente,Van A., Superfine ThermoplasticFibers in Industrial Engineering Chemistry, vol.48, pagesl342et seq.(1956)(Wente, Van A.,“超細(xì)熱塑性纖維”,《工業(yè)工程化學(xué)》,第48卷,第1342頁及以后,1956年),或 1954 年 5 月 25 日發(fā)布的 Report N0.4364of the Naval Research Laboratories (海軍研究實(shí)驗(yàn)室第4364號報(bào)告)中由Wente, Van A.、Boone, C.D.和Fluharty, E.L所著的題為Manufacture of Superfine Organic Fibers (超細(xì)有機(jī)纖維的制造)的文章。溶噴纖維網(wǎng)可均勻地制備并可包含多層,像授予Berrigan等人的美國專利6,492,286B1和6,139,308中所述的纖維網(wǎng)。當(dāng)在纖維網(wǎng)中隨機(jī)纏結(jié)時(shí),BMF纖維網(wǎng)可具有能作為墊子處理的足夠強(qiáng)度??墒褂迷诶缡谟鐴itzman等人的美國專利6,454,986B1和6,406,657B1,授予 Angadjivand 等人的美國專利 6,375,886B1、6,119,691 和 5,496,507,授予 Kubik 等人的美國專利4,215,682以及授予Nakao的美國專利4,592,815中所述的技術(shù)向纖維網(wǎng)賦予電荷??捎米髅嬲种黧w中的過濾器的纖維材料的例子在以下專利中有所公開:授予Baumann等人的美國專利N0.5, 706, 804,授予Peterson的美國專利N0.4, 419, 993,授予Mayhew的美國再頒發(fā)專利N0.Re28, 102,授予Jones等人的美國專利5,472, 481和5,411,576,以及授予Rousseau等人的美國專利5,908, 598。纖維可包含例如聚丙烯和/或聚(4-甲基-1-戍烯)(參見授予Jones等人的美國專利4,874,399和授予Dyrud等人的美國專利6,057,256)的聚合物,并且還可包含氟原子和/或其他添加劑以增強(qiáng)過濾性能,參見授予 Jones 等人的美國專利 6,432,175BU6, 409,806BU6, 398,847BU6, 397,458B1 以及授予Crater等人的美國專利5,025, 052和5,099, 026,以及還可以具有低含量的可浸出烴以改善性能,參見授予Rousseau等人的美國專利6,213,122。纖維網(wǎng)還可以制成為具有增強(qiáng)的耐油霧性,如在授予Reed等人的美國專利4,874,399和均授予Rousseau等人的美國專利 6,238,466 和 6,068,799 中所述。SM流暈測試裝置 借助于流量測試裝置對閥進(jìn)行壓降測試。流量測試裝置以規(guī)定的流速通過鋁安裝板和附連的風(fēng)室向閥提供空氣。測試過程中安裝板容納閥底座并牢固地保持該閥底座。鋁安裝板在容納閥底座的頂部表面具有淺凹槽。在凹槽中心為28毫米(mm) X34mm的開口,空氣可通過該開口流向閥。經(jīng)粘合劑覆面的泡沫材料可以連接到凹槽內(nèi)的凸緣,以在閥底座與安裝板之間形成氣密密封。將兩個(gè)夾鉗用于捕獲閥底座的前后邊緣并將所述邊緣固定到鋁安裝板。將空氣通過半球形的風(fēng)室提供給安裝板。將安裝板固定在風(fēng)室的半球頂部或頂點(diǎn)上,以模擬呼吸面罩的腔體形狀和體積。半球形風(fēng)室的深度為約30mm,基部直徑為80_。將來自供氣管的空氣接到風(fēng)室的基部,并調(diào)節(jié)以提供所需的流量經(jīng)過流量測試裝置流入閥。對指定的空氣流,測量充氣室內(nèi)的空氣壓力以測定試驗(yàn)閥的壓降。壓降測定使用如上所述的流量測試裝置對測試閥進(jìn)行壓降測量。以15、20、30、40、50、60、70和85升/分鐘(L/min,在本文也表示為dm3/min)的流速測量閥兩側(cè)的壓降。為了測試閥,將試件安裝在流量測試裝置中,使得閥底座在其底座水平取向,閥開口向上。在閥安裝過程中需要小心,以確保測試裝置與閥體之間無空氣旁路。為了針對給定的流速校準(zhǔn)壓力計(jì),首先從閥體取下閥瓣,并建立所需的空氣流。然后將壓力計(jì)設(shè)為零,使系統(tǒng)進(jìn)入校準(zhǔn)。在此校準(zhǔn)步驟后,將閥瓣重新設(shè)置在閥體上,向閥入口輸送規(guī)定流速的空氣,并記錄入口處的壓力。通過測量閥瓣剛好打開并檢測到最小流量時(shí)的壓力,從而確定閥打開壓降(正好在零流量、閥瓣打開起始點(diǎn)之前)。壓降為閥入口壓力與環(huán)境空氣之間的差值。實(shí)例I實(shí)例I代表具有本發(fā)明的燒蝕閥瓣的閥的例子。示例性閥的閥瓣由0.46mm厚的聚異戍二烯橡膠(可得自佛蒙特州布拉特爾伯勒Fulflex公司(Fulflex, Inc.,Brattleboro, VT))的擠出片材形成。將該橡膠片材切成圖7b所示形狀的閥瓣。閥瓣44在窄端46為17.6mm,在寬端48為22.4mm。閥瓣從寬端到窄端的長度為25mm。閥瓣具有兩個(gè)設(shè)置在閥瓣窄端上的2mm直徑的錨定孔59,以有利于連接到流量測試固定裝置。如圖所示,孔59距離閥瓣窄端和側(cè)面2mm居中。燒蝕的鉸接區(qū)58在閥瓣的窄端46處形成。鉸接區(qū)58始于閥瓣的窄端并朝著閥瓣的寬端延伸5.5mm。鉸接區(qū)的寬度為IOmm,并在閥瓣上從一側(cè)到另一側(cè)保持居中。使用激光器燒蝕均勻間隔開的材料通道或凹槽而形成鉸接區(qū)58。燒蝕區(qū)58中的通道的走向與閥瓣的寬度平行,并且長度為10mm、寬度為0.25mm以及間距為0.25mm。用于執(zhí)行燒蝕的激光器為可得自加利福尼亞州圣克拉拉美國科以人激光公司(Coherent Inc., Santa Clara, CA)的 10.6 微米波長的 Diamond E400型。激光器的最大功率為600瓦特(W),并在50Hz和10%功率下運(yùn)行。閥瓣的取向距激光源約350mm,并以大約60mm/s的速率燒蝕。將如上制得的閥瓣在其窄端固定到流量測試裝置,并在多種流速下評價(jià)壓降。結(jié)果在表I中給出。實(shí)例2如實(shí)例I形成并測試實(shí)例2,不同的是激光器以12%的功率運(yùn)行。比較例A 實(shí)例A代表實(shí)例I和2的未燒蝕對照物。表I
■打:開■壓:力.......................................................................................................^.............................11 '[............................|.............................|.............................,............................(ηι ι ι}
劣例 Η20) 流速(L/min) 15 20 30 40 50 60 70 85
C-A — 1.75|τΕ d士 2.3 2.5 2.7 Γ 3.4 ~ΤΓ 5.7 7.2
11.37J|~f9 I 2.0 I 2.1 2.3 | 3.2 | 4.1 5.0 6.6
21.20ft)I 1.7 1.8 2.0 2.3 3,3 [ 4.2 5.3 6.5如通過實(shí)例的流量測試所證明,本發(fā)明的閥與未燒蝕的對照物相比在整個(gè)流速范圍內(nèi)均具有更低的打開阻力和降低的壓降。更低的打開壓力和穩(wěn)態(tài)壓降表明使用正確燒蝕的閥瓣時(shí)使閥致動所需的功更少。這不僅證明了燒蝕可用于改動閥瓣的性能,而且是以一種有利的方式。數(shù)據(jù)還證明只需改變燒蝕激光器的功率,即可調(diào)整閥瓣的致動特性。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下,可對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和更改。因此,本發(fā)明并不限于上述內(nèi)容,而是受以下權(quán)利要求書和其任何等同物提及的限制的控制。本發(fā)明也可以在不存在本文未具體描述的任何元件的情況下適當(dāng)?shù)貙?shí)施。將上面引用的所有專利和專利申請(包括背景部分中的那些)全部以引用的方式并入本文中。當(dāng)這些并入的文件中的公開內(nèi)容與上述說明書之間存在沖突或差異時(shí),應(yīng)以上述說明書為準(zhǔn)。 ·
權(quán)利要求
1.一種呼吸器,包括: (a)面罩主體; (b)固定到所述面罩主體的帶具;和 (C)固定到所述面罩主體的呼氣閥,所述呼氣閥包括: (i)閥底座;和 ( )固定到所述閥底座并具有被燒蝕表面的閥瓣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸器,其中所述閥瓣為柔性閥瓣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣以懸臂方式安裝到所述閥底座,并在所述柔性閥瓣的鉸接部分處被燒蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣在所述柔性閥瓣的自由部分處被燒蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣在所述柔性閥瓣的第一主表面上被燒蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣的燒蝕深度為0.1毫米至I毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣還在所述柔性閥瓣的第二主表面上被燒蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣還在第一主表面上在所述柔性閥瓣的所述自由部分處被燒蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣以按鈕方式居中固定到所述閥底座,并且其中所述柔性閥瓣在三個(gè)或更多個(gè)區(qū)域中被燒蝕,所述區(qū)域各自從所述閥瓣上的中心位置徑向延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的呼吸器,其中存在三個(gè)彼此錯開120度的燒蝕區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的呼吸器,其中所述燒蝕區(qū)域包括從所述中心位置徑向向外延伸的一系列凹槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的呼吸器,其中所述柔性閥瓣以蝴蝶方式固定到所述閥底座,并且其中所述柔性閥瓣在所述柔性閥瓣的至少一個(gè)主表面上在所述柔性閥瓣的鉸接部分處被燒蝕。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的呼吸器,其中所述鉸接部分處的所述燒蝕包括兩個(gè)或更多個(gè)凹槽,所述凹槽彼此大致平行并且與旋轉(zhuǎn)軸線大致平行地延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的呼吸器,其中所述鉸接部分處的所述燒蝕包括兩個(gè)或更多個(gè)凹槽,所述凹槽彼此大致平行并且與旋轉(zhuǎn)軸線大致平行地延伸。
15.一種制造呼吸器的方法,所述方法包括: (a)提供閥底座和面罩主體; (b)將燒蝕的閥瓣固定到所述閥底座上;以及 (c)將所述閥底座固定到所述面罩主體上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述閥瓣在將所述閥瓣固定到所述閥底座前被燒蝕。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述閥瓣在將所述閥瓣固定到所述閥底座后被燒蝕。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,還包括對閥性能進(jìn)行質(zhì)量檢查。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法,還包括在所述質(zhì)量檢查步驟后進(jìn)一步燒蝕所述閥瓣的材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所 述的方法,其中所述閥瓣在所述閥瓣的鉸接部分處被燒蝕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種呼吸器(10),所述呼吸器具有面罩主體(12)、帶具(13)和呼氣閥(14)。所述帶具(13)和所述呼氣閥(14)均被固定到所述面罩主體(12)。所述呼氣閥(14)包括閥底座(20)和閥瓣(22),所述閥瓣具有被燒蝕的表面(57)。通過使用燒蝕的閥瓣,可更好地形成閥瓣特性以實(shí)現(xiàn)所需的閥性能。所述閥瓣可成型為在任何取向下均保持關(guān)閉,但也在佩戴者呼出空氣的最小力或壓力下打開。具有這些質(zhì)量的閥提供對佩戴人員而言更舒適的呼吸器,這可對長時(shí)間佩戴呼吸器的工人而言尤其有益。
文檔編號A61M16/06GK103228313SQ201180057299
公開日2013年7月31日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者托馬斯·I·英斯利, 薛建賢 申請人:3M創(chuàng)新有限公司