CN103228313A - 具有带烧蚀阀瓣的阀的呼吸器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种呼吸器（10），所述呼吸器具有面罩主体（12）、带具（13）和呼气阀（14）。所述带具（13）和所述呼气阀（14）均被固定到所述面罩主体（12）。所述呼气阀（14）包括阀底座（20）和阀瓣（22），所述阀瓣具有被烧蚀的表面（57）。通过使用烧蚀的阀瓣，可更好地形成阀瓣特性以实现所需的阀性能。所述阀瓣可成型为在任何取向下均保持关闭，但也在佩戴者呼出空气的最小力或压力下打开。具有这些质量的阀提供对佩戴人员而言更舒适的呼吸器，这可对长时间佩戴呼吸器的工人而言尤其有益。

Description

具有带烧蚀阀瓣的阀的呼吸器

本发明涉及具有使用阀瓣的呼气阀的呼吸器，该阀瓣具有一个或多个烧蚀区域。

背景技术

在污染环境中工作的人通常都会佩戴呼吸器保护自己，以免吸入空气中的污染物。呼吸器通常具有能够从空气中除去颗粒和/或气态污染物的纤维过滤器或吸附剂过滤器。在污染环境中佩戴呼吸器时，佩戴者因知道他们的健康得到了保护而感到畅快，然而同时，因为呼出的湿热空气在他们脸部周围积聚，他们又会感到不适。面部越不适，佩戴者越有可能从脸上取下面罩，以缓解不适。

为了减少佩戴者在污染环境中从面部取下面罩的可能性，呼吸器的制造商经常将一种呼气阀安装在面罩主体上，使得湿热的空气能快速从面罩内部清除。呼出的空气的迅速清除使面罩内部更加凉爽，并继而有益于工人的安全，因为面罩佩戴者从脸上取下呼吸器来去除他们鼻、口附近湿热空气的可能性降低了。

许多年来，市售的呼吸面罩使用“按钮式”呼气阀从面罩内部清除呼出的空气。按钮式阀通常采用薄的、圆形的柔性阀瓣作为动态机械元件，让呼出的空气从内部气体空间逸出。所述阀瓣在其中心处通过中心柱安装在阀底座上。按钮式阀的例子在美国专利No.2,072,516、2,230,770、2,895,472和4,630,604中有所示出。当人呼气时，阀瓣的周边部分从阀底座抬起，使得空气可快速进入外部气体空间。

按钮式阀体现了在尝试改善佩戴者舒适度方面的进步，但是研究人员已做出其他改进，其中一个例子为示于授予Braun的美国专利No.4,934,362中的“蝴蝶式”阀。该专利中所述的阀使用抛物线型阀底座和以蝴蝶方式安装的细长柔性阀瓣。

在Braun的研发工作以后，Japuntich等人在呼气阀技术领域进行了另一创新，参见美国专利No.5,325,892和5,509,436。Japuntich等人发明的阀使用以悬臂方式偏心装配的单个柔性阀瓣，以使得打开阀所需的呼气压力最小化。当使阀打开压力最小化时，操纵阀所需的力量减小，这意味着佩戴者在呼吸时，可以不费力地将呼出的空气排出面罩内部。

在Japuntich等人之后推出的其他阀也使用了悬臂安装的阀瓣，参见美国专利No.5,687,767和6,047,698。在又一项研发中，阀底座的密封表面由弹性材料制成，以允许使用刚性更高而且更硬的阀瓣，这改善了阀效率，参见授予Martin等人的美国专利No.7,188,622。

虽然呼气阀设计的演变主要以相对于阀底座的结构变化和将阀瓣安装到阀底座为焦点，但是研究人员也已对阀瓣本身做出了结构变化，以改善阀性能。在授予Martin等人的美国专利No.7,028,689中，将多个层引入了阀瓣，以允许使用更薄、更动态的阀瓣，从而允许阀在较低的压降下更易打开。并且在授予Martin等人的美国专利申请2009/0133700中，在阀瓣中的铰接处提供了狭槽，以改善阀性能。

发明内容

本发明提供一种新的呼吸器，其包括面罩主体、带具和呼气阀。带具和呼气阀均被固定到面罩主体。呼气阀包括阀底座和具有被烧蚀的表面的阀瓣。

本发明还提供一种新的制造呼吸器的方法，该方法包括以下步骤：提供阀底座和面罩主体；将烧蚀的阀瓣固定到阀底座上；以及将阀底座固定到面罩主体上。

提供烧蚀的阀瓣的有益之处在于：可对阀瓣进行定制，以在阀瓣上特别需要的区域具有硬度和厚度方面的特性，该特别定制的区域可使得阀瓣能够以最小的力打开或能以所需的方式改变特定的阀性质。一个可在最小的压力下连续打开、阀两侧的压降很小、需要较低的能量即可操作的阀。由于佩戴者是操作阀的能源，因此如果阀表现出最佳的性能，佩戴者在佩戴呼吸器时就不需要用很大的力。改善的阀性能继而可以使得在长时间内呼吸器对佩戴者而言更加舒适，这从安全性的观点来看尤其有益，因为佩戴者在受污染的环境中从其面部取下面罩的可能性更低。

从制造的观点来看本发明也可以是有益的，因为在产品制造期间可对各个阀瓣进行定制以满足具体的质量控制/性能要求。通过在阀组装期间烧蚀某些阀瓣部分，在质量控制评估期间因未能满足所需性能要求而拒绝的产品就更少。

术语表

下文提及的术语将具有如下所限定的含义：

“烧蚀”或“烧蚀的”是指使一个或多个部分从表面移除以使得不完全切穿；

“洁净空气”是指已滤除污染物的一定体积的大气环境空气；

“包含（或含有）”意指其如专利术语中的标准的定义，一般来讲是与“包括”、“具有”或“包含”同义的开放式术语。虽然通常使用“包含”、“包括”、“具有”和“含有”及其变型等开放式术语，也可以使用较封闭的术语来适当描述本发明，例如“基本上由组成”，其为半开放式术语，因为该术语仅仅排除那些将会对术语所属主题的性能具有有害影响的物或元件；

“呼气阀”是指可以打开，以使得呼出的空气离开过滤面罩内部气体空间的阀；

“呼出的空气”是呼吸器佩戴者呼出的空气；

“外部气体空间”是指呼出的气体在穿过且超出面罩主体和/或呼气阀之后进入的环境大气的气体空间；

“过滤器”或“过滤层”是指一个或多个材料层，该一个或多个层主要适用于从穿过它的气流中移除污染物（例如颗粒）；

“过滤介质”是指透气的结构，该结构设计成移除穿过它的空气中的污染物；

“阀瓣”是指设计为在阀操作期间打开和关闭的片状制品；

“柔性阀瓣”是指能够随着呼出气流所施加的力而弯曲或挠曲的片状制品；

“带具”是指有助于在佩戴者面部上支撑面罩主体的结构或部件的组合；

“内部气体空间”是指面罩主体与人的面部之间的空间；

“激光器”是指提供高度定向的单色和相干光束的装置；

“面罩主体”是指透气的结构，其至少可贴合在人的鼻和口上，并帮助限定与外部气体空间分隔的内部气体空间；

“多个”是指多于5个；

“几个”是指两个或更多个；

“呼吸器”是指由人佩戴的一种装置，以便在空气进入内部气体空间前对空气进行过滤；和

“阀底座”或“阀底座”是指具有供流体穿过的孔并邻近或接触其所安装到基底或制品而设置的阀固体部分。

附图说明

附图中：

图1是具有面罩主体12的呼吸器10的前视图，在面罩主体上设置有具有根据本发明的烧蚀阀瓣22的呼气阀14；

图2是图1的呼气阀14的横截面侧视图；

图3是图2所示的阀14的阀底座20的前视图；

图4是根据本发明的呼气阀14'的可供选择的实施例的横截面侧视图；

图5是按钮式呼气阀的阀底座20b的前视图；

图6是可与根据本发明的呼气阀一起使用的阀盖40的透视图；

图7a是与图1-4所示的阀或阀底座一起使用的阀瓣22的放大透视图；

图7b是适于结合本发明使用的烧蚀阀瓣44的可供选择的实施例的透视图；

图8是可与根据本发明的按钮式阀结合使用的烧蚀阀瓣60的前视图；

图9是可与根据本发明的按钮式或蝴蝶式阀结合使用的烧蚀阀瓣74的前视图；

图10是可与根据本发明的悬臂阀结合使用的烧蚀阀瓣76的另一个实施例的透视图；

图11是可与根据本发明的按钮式阀结合使用的烧蚀阀瓣76的另一个实施例的前视图；

图12是根据本发明的切割和组装阀瓣的过程的示意图；

图13示出了根据本发明的质量控制过程中烧蚀阀瓣的方法；和

图14是根据本发明的面罩主体12的横截面。

具体实施方式

在本发明的实施中，提供了一种新型过滤面罩，其可以改善佩戴者的舒适度并同时让佩戴者更加能在污染的环境中连续配戴其面罩。因此，本发明可以改善工人的安全状况并对工人及其他佩戴个人呼吸保护装置的人员提供长期的有益健康的效果。

图1示出了可以结合本发明使用的过滤面罩10的一个例子。过滤面罩10是具有杯形面罩主体12的半面罩（因为它罩住鼻和嘴而不罩住眼睛），在面罩主体上连接有带具13和呼气阀14。可使用多种技术将呼气阀固定到面罩主体12，例如超声焊接、胶粘、粘结性粘接（参见授予Williams等人的美国专利6,125,849）或机械夹持（参见美国专利申请2001/0029952A1）。呼气阀14响应面罩10内增加的压力而打开，这种压力增加出现在佩戴者呼气时。呼气阀14优选地在呼吸之间以及在吸气过程中保持关闭。为了将面罩紧密地保持在佩戴者面部上，带具13可包括条带15、系绳或附接到其上的任何其他合适的装置，以支持佩戴者面部上的面罩主体12。可与本发明结合使用的面罩带具的例子在授予Brostrom等人的美国专利6,457,473B1、6,062,221和5,394,568，授予Xue等人的美国专利6,332,465B1，授予Byram的美国专利6,119,692和5,464,010，以及授予Dyrud等人的美国专利6,095,143和5,819,731中有所示出。

图1还示出了阀14具有阀底座20，阀瓣22在固定部分25处固定到该阀底座上。阀瓣22可以是具有自由部分26的柔性阀瓣，该自由部分在呼气过程中从阀底座20上抬起。当自由部分26不与阀底座20接触时，呼出的空气可从内部气体空间进入外部气体空间。呼出的空气可直接进入外部气体空间，或者其可经过更曲折的路径，例如，当面罩还包括冲撞元件（参见授予Japuntich等人的美国专利6,460,539B1）或其包括过滤呼气阀（参见授予Japuntich等人的美国专利申请2003/0005934A1和美国专利申请2002/0023651A1）时。

面罩主体12适合贴合在人的鼻部和口部上并与佩戴者面部隔开，以在佩戴者面部与面罩主体内表面之间形成内部气体空间或空隙。面罩主体12上可以布置包括极软的柔韧性金属（例如铝）带的鼻夹16，以允许其成形为使面罩在佩戴者鼻子上以及鼻子与面颊的交汇处保持期望的贴合关系。合适的鼻夹的例子在授予Castiglione的美国专利5,558,089和Des.412,573中有所示出。所示的面罩主体12是流体可渗透的，并且通常设有开口（未示出），该开口位于呼气阀14附接到面罩主体12的位置处，以使得呼出的空气能通过阀14离开内部气体空间，而不必穿过面罩主体本身。面罩主体12上的开口的优选位置为佩戴面罩时正对佩戴者口部的位置。将开口、故而呼气阀14放置在这个位置允许阀在受到来自呼出气流的力或动量时能更容易地打开。对于图1中所示类型的面罩主体12，基本上整个面罩主体12的暴露表面对吸入空气都具有流体可渗透性。

面罩主体12可以呈弯曲的半球形状，如图1所示（还可参见授予Dyrud等人的美国专利4,807,619），或者，它还可以采取期望的其他形状。例如，面罩主体可以是杯形面罩，具有类似于授予Japuntich的美国专利4,827,924中所公开的面罩结构。面罩还可以具有三褶构型，当未使用时，可以折成平的，但在佩戴时，可以打开为杯形构型，参见授予Bostock等人的美国专利6,484,722B2和6,123,077以及授予Henderson等人的美国设计专利Des.431,647和授予Bryant等人的Des.424,688。本发明的面罩还可以采用多种其他构型，例如在授予Chen的美国设计专利Des.448,472S和Des.443,927S中所公开的平坦两褶面罩。面罩主体也可以为流体不可渗透的并可具有附接到其上的滤筒，例如授予Holmquist-Brown等人的美国专利6,277,178B1中或授予Burns和Reischel的美国专利5,062,421中所示的面罩。此外，面罩主体还可以经过改造，用于正压空气吸入，这与刚才提及的负压面罩相反。正压面罩的例子在授予Hoague的美国专利6,186,140B1、授予Grannis等人的美国专利5,924,420以及授予Braun等人的美国专利4,790,306中有所示出。这些面罩可连接到将围绕使用者腰部佩戴的动力式空气纯化呼吸器主体，参见例如授予Petherbridge等人的美国设计专利D464,725。过滤面罩的面罩主体也可连接到自备式呼吸器，其可为佩戴者提供清洁的空气，如例如在美国专利5,035,239和4,971,052中所公开。面罩主体可被构造为不但能罩住佩戴者的鼻和嘴（称为“半面罩”），还可以罩住佩戴者的眼睛（称为“全面罩”），以除了对佩戴者的呼吸系统外还对佩戴者的视力提供保护，参见例如授予Reischel等人的美国专利5,924,420。

面罩主体可与佩戴者的面部隔开，或可紧贴或紧邻佩戴者的面部。在任一情况下，面罩均有助于限定呼出的空气在离开面罩内部穿过呼气阀之前所经过的内部气体空间。面罩主体也可在其周边具有热致变色的贴合指示密封，以允许佩戴者容易地确定是否已建立合适的贴合，参见授予Springett等人的美国专利5,617,849。

图2显示了靠在密封表面24上处于闭合位置、并且从表面24抬离处于打开位置（如虚线22a所示）的柔性阀瓣22。流体沿箭头34表明的总体方向通过阀14。如果将阀14用在过滤面罩上以从面罩内部清除呼出的空气，则流体流34将表示呼出的气流。如果将阀14用作吸气阀，则流体流34将表示吸入的气流。经过阀孔的流体在柔性阀瓣22上施加力（或将其动量转移到阀瓣上），从而导致阀瓣22的自由部分26从密封表面24抬起以使得阀14打开。当将阀14用作呼气阀时，阀在面罩10上的取向优选地使得当面罩10如图1所示竖直设置时，柔性阀瓣22的自由部分26位于固定部分25下方。这能使呼出的空气向下偏转，以防止湿气凝结在佩戴者的眼镜上。

图3显示了其上未连接阀瓣的阀底座20的前视图。阀孔30布置于密封表面24的径向内侧，并可具有十字形构件35，该构件稳定密封表面24并最终稳定阀14。十字形构件35还可防止柔性阀瓣22（图2）在吸气期间翻入孔30中。十字形构件35上积聚的水分可妨碍阀瓣22打开。因此，十字形构件35面向阀瓣的表面优选地稍稍凹陷而在密封表面24以下，但当从侧正视图观察时它们可与密封表面齐平以免妨碍阀打开。

密封表面24外接或围绕孔30，以在阀关闭时阻止污染物穿过孔。从前面观察时，密封表面24和阀孔30可以呈基本上任何形状。例如，密封表面24和孔30可以为方形、矩形、圆形、椭圆形等。密封表面24的形状不必对应于孔30的形状，反之亦然。例如，孔24可以为圆形而密封表面30可以为矩形。然而，当对着流体流的方向观察时，密封表面24和孔30优选地具有圆形横截面。

阀底座20的大部分通常由使用（例如）注射成型技术模制成整体的一体式主体的相对轻的塑料制成，并且回弹性密封表面可与其接合。与柔性阀瓣22接触的密封表面24优选制成基本上均匀的平滑表面，以确保形成良好的密封。密封表面24可靠在密封隆起29（图2）的顶部上或者可与阀底座本身平面对齐。密封表面24的接触区域优选地具有足够的宽度来与柔性阀瓣22形成密封，但是不能宽到粘合力（由凝结的水分或排出的唾液产生）使得柔性阀瓣22明显难以打开。密封表面的接触区域优选地在阀瓣与密封表面接触的地方以凹陷的方式弯曲，从而有利于阀瓣与密封表面的整个周边相接触。无回弹性密封表面的阀14及其阀底座20在授予Japuntich等人的美国专利5,509,436和5,325,892中有更全面的描述。

图4示出了呼气阀14'的另一个实施例。不同于图2所示的实施例，当从侧正视图观察时，该呼气阀具有与阀瓣保持表面27'对齐的平面密封表面24'。图4所示的阀瓣因此不因置于柔性阀瓣22上的任何机械力或内部应力而朝向或靠着密封表面24'压紧。由于阀瓣22在“中性条件”（即当无流体通过阀并且阀瓣除了重力外不受其他外力）下不预加载到或偏向密封表面24'，因此阀瓣22可在呼气期间更容易地打开。当使用根据本发明的弹性密封表面时，可以不必偏置或迫使阀瓣接触密封表面24'，虽然这种构造在某些情况下可能是所需的。本发明因此可允许使用比已知商业产品上的阀瓣更具刚性的柔性阀瓣。阀瓣的刚性可使得当重力本身施加在阀瓣上时在非偏置条件下阀瓣不明显从密封表面24'垂下，并且阀的取向使得阀瓣被设置在密封表面之下。图5所示的呼气阀14'因此可成型为使得阀瓣22在任何取向均与密封表面良好接触，包括当佩戴者朝地板弯下头时，而不使阀瓣偏向（或显著偏向）密封表面。因此，在阀的任何取向下，刚性阀瓣都能以非常低的朝着阀底座密封表面的预应力或偏置作用或没有这种预应力或偏置作用而与密封表面24'密封接触。阀瓣上没有大量预定应力或力可确保中性条件下在阀关闭过程中将阀瓣压贴在密封表面上，从而可使阀瓣能够在呼气过程中更容易地打开，并因此可减小呼吸时操作阀所需的力。

图5显示了适于结合本发明的按钮式阀使用的阀底座20b。不同于被成型为结合悬臂阀瓣使用的阀底座20（图3），阀底座20b具有在位置32'居中安装的柔性阀瓣。这使得阀瓣周边的基本上所有部分在呼气过程中均被抬离密封表面。在悬臂阀瓣中，与固定部分相对的阀瓣末端是在呼气过程中从密封表面抬起的阀瓣部分。相比之下，在按钮式阀中，所述圆周的所有部分在呼气过程中均抬离密封表面。在常规按钮式阀中，整个阀瓣被构造成具有基本上相同的厚度。这使得阀瓣在呼气过程中形成阻力区，因为并非圆周的所有部分都能在呼气过程中被抬离阀瓣。如下所述，本发明的阀瓣当结合按钮式阀使用时可具有从阀瓣表面选择性烧蚀的区域，以形成较薄和较厚的区域，使得阀瓣在某些部分或区域选择性弯曲。因此，结合居中安装的按钮阀瓣使用烧蚀技术，可减小打开时的阻力。这可产生更低的压降，并因此改善佩戴者舒适度。

图6显示了可适于结合其他附图中示出的呼气阀使用的阀盖40。阀盖40限定了内室，在其中，柔性阀瓣可从关闭位置移动到打开位置。阀盖40可保护柔性阀瓣不受损坏，并有助于使呼出的气体向下而远离佩戴者的眼镜。如图所示，阀盖40可具有多个开口42，以允许呼出的空气从阀盖界定的内室中逸出。通过开口42离开内室的空气进入外部气体空间，优选地以向下的方式远离佩戴者的眼镜。可使用多种技术将阀盖固定到阀底座，包括摩擦、夹持、胶粘、粘结性粘接、焊接等。

图7a显示了具有第一和第二相对末端46和48以及第一和第二相对侧面50和52的阀瓣22。阀瓣22具有矩形形状，而图7b中所示的阀瓣44具有梯形形状。阀瓣22、44还包括烧蚀区域54，其位于阀瓣的铰接区56。图7b所示的阀瓣可用于减少暴露于因呼出气流动量所致的阀瓣弯矩的材料。烧蚀区域54包括切入阀瓣材料的第一主表面57的多个凹槽58。凹槽58的切割方向平行于阀瓣在打开或关闭过程中弯曲、枢转或旋转所绕的轴线。凹槽的每一个均为约阀瓣厚度的10%至90%，更通常地为阀瓣总厚度的20%至70%，并具有约5mm至15mm的长度。对于呼气阀，凹槽可为约0.1毫米至1毫米（mm）深，更通常为0.2mm至0.4mm深。凹槽的间距可为约0.1mm至1mm，更通常为0.2至0.3mm。与本文献所述的烧蚀阀瓣的其他实施例一样，可对阀瓣的一个或两个主表面进行烧蚀。在阀瓣22、44的铰接末端46处提供锚定孔59。

图8显示了适于结合按钮式阀底座（参见图5）使用的圆形阀瓣60。该阀瓣60也具有烧蚀的62和未烧蚀的64区域。当常规按钮式阀打开时，阀的径向性质导致阀瓣抵抗绕其整个圆周66打开。因此，往往只有阀瓣60的一部分或一段在使用过程中从密封表面抬起。此处所示的阀瓣60可缓解这种“抵抗打开的问题”。阀瓣60的烧蚀区域62具有较少的材料并因此促进在那些区域的弯曲，这可使得阀瓣的整个圆周66能够在使用过程中从密封表面抬起。烧蚀区域62在每一侧由边界68和70界定，这两个边界从阀瓣60的中心72向圆周66前进时彼此远离。烧蚀区域可占阀瓣主表面之一的总表面积的5%至80%，并可彼此之间成120°大致径向向外延伸。

图9示出了居中安装的阀瓣74，其中烧蚀区域76、78以相对的方向朝周边延伸；也就是说，彼此之间成180度。烧蚀区域因此以直线跨阀瓣74线性延伸。这有利于阀瓣围绕与烧蚀区域延伸方向平行的轴线弯曲。使用这样的烧蚀构造，阀瓣74可在使用过程中以蝴蝶方式弯曲。在该实施例中，阀瓣74不必为圆形；其在静止时在阀瓣74主表面的平面内在与烧蚀区域延伸方向正交的方向更长。烧蚀区域可以为阀瓣挠曲长度的约10%至90%，径向长度的约5%至80%。

图10示出了可结合本发明的阀使用的阀瓣76的另一个实施例。在此情况下，烧蚀区域不位于旨在作为阀瓣铰接区的地方。相反，烧蚀区域78与固定部分80处于间隔关系居中位于阀瓣的自由部分80上。由于阀瓣76的该自由部分只需要具有保持流体不可渗透的足够厚度，因此自由部分中的阀瓣重量可显著降低，这可使得阀瓣以较小的力就能打开（因为发生位移的重量较小）。如图所示，烧蚀区域78由未烧蚀边缘区82界定。沿着未烧蚀边缘区增加的厚度可使得阀瓣能够更好地接合位于此阀瓣76部分之下或附近的阀密封表面。烧蚀也可在阀瓣底面或第二主表面上在阀瓣接触密封表面的地方进行，以形成坐靠在密封表面上的阀瓣，如同具有台阶的盖子。这样的烧蚀将在第二主表面上形成凹槽，该凹槽遵循或对应于密封表面的通道或构造，使得两部分之间存在互补配合。

图11示出了按钮阀的阀瓣84的另一个实施例，其中烧蚀区域以等间距从中心86径向延伸。存在多个具有大致恒定厚度的烧蚀区域。烧蚀区域各自可被成型为具有以直线从中心86向周边90延伸的凹槽88。凹槽88的每一个可具有与本文献中其他地方提及的凹槽相似的深度和厚度。

采用激光切割和烧蚀的自动化方法可用于本发明的瓣阀组件的组装和性能验证。图12和13示出了当在最终产品中（例如在呼吸保护中）需要非常一致的阀性能时可有利地采用的一系列步骤。虽然图12示出了方法的在线方法，但是这些步骤也可在旋转或转塔设备上进行。无论本方法中所用的组件总体取向或设备如何，均示出了两个基本阶段：组装和验证。

在图12中，将阀瓣材料111的连续条带从卷110退绕，并传送到阀底座115。使阀底座115和阀瓣材料111以相同的速率行进，将阀底座115引到阀瓣材料的连续条带111。真空源116用于将阀瓣条带111拉向阀底座115以使其保持正确对齐。阀瓣材料条带111和阀底座115正确对齐后，将激光器118用于从条带111上精确地切割阀瓣120，以使得此时分离的阀瓣120能够布置在阀底座115上。在此阶段，激光器118可在阀瓣120中另外切割出任何锚定和/或对齐孔。然后将阀瓣120以正确的位置固定到阀底座115上。这时可撤去真空116产生的拉力。随着阀组件前进到另一工位117，阀瓣条带材料113的未使用部分与阀组件122分离。另外在此阶段，可将保护性阀盖固定到阀组件上。

在图13中，对阀122的致动性能进行评价，并使用激光烧蚀进行调整。阀验证阶段对阀的致动特性进行评估，并使用进一步的激光烧蚀对该致动进行调整。烧蚀可视需要在阀瓣的铰接部分或自由部分进行，以实现所需的阀致动。组装好的阀可经过一系列评价、修改和确认步骤。在第一步中，使组装好的阀122经控制体积流速的流体流123的测试。然后使用（例如）机器视觉装置（带计算机解析的光学监控）在131处对阀瓣致动进行监控，以确定阀对流体流测试的响应。对测试的响应可使用计算机算法进行分析，并可针对模型致动进行比较。随着阀组件移到下一阶段126，计算机然后使用连接的激光器128促进对阀瓣120的控制烧蚀。机器视觉装置132在第二阶段126实时评估阀瓣致动。在阀122处于流体测试的情况下，计算机向激光器128发出指令烧蚀阀瓣，直到实现正确的致动性能。当实现恰当的致动后，烧蚀停止。如果经评估致动不正确，则自动拒绝该部件。在过程的最后阶段，将机器视觉装置133用于保证未负载的阀瓣正确配合到其阀底座，从而完成验证阶段。过程的验证阶段可在阀组件上具有或不具有阀盖的情况下完成。如果安装了阀盖，则必须提供允许机器视觉装置的视线适当穿过的装置以及对激光烧蚀光束透明的区域。

采用所述方法使得能够对用于多种关键应用的阀进行连续组装、性能评估、性能缓和以及验证。可以设想操作顺序的许多变型形式。无论方法的组装阶段途径如何，均可采用该基本的验证阶段，并可使用激光烧蚀之外的多种技术进行烧蚀。例如，可使用模压、显微机械加工、水喷等技术。

图14示出了可在其上安装组装好的阀的呼吸器面罩主体12的横截面。面罩主体12可以包含多层，例如内部的成形层17和外部的过滤层18。成形层17为面罩主体12提供结构并支承过滤层18。成形层17可位于过滤层18的内部和/或外部上（或内外两面上），并且可以用例如模制为杯形构型的热粘结性纤维的非织造纤维网制成，参见授予Dyrud等人的美国专利4,807,619以及授予Berg的美国专利4,536,440。它还可以由多孔层或“鱼网”型的柔性透孔塑料网制成，类似授予Skov的美国专利4,850,347中所公开的成形层。成形层可根据已知的程序模制，例如在Skov的专利或在授予Kronzer等人的美国专利5,307,796中所述的那些程序。虽然成形层17的主要设计目的是为面罩提供结构并为过滤层提供支承，但是成形层17也可作为过滤器，通常用于捕获较大的颗粒。层17和18合起来也可以用作吸入过滤元件。

过滤层可以任选地制成波纹形，如授予Braun的美国专利5,804,295和5,763,078中所述。并且面罩主体12还可以包含内覆盖纤维网和/或外覆盖纤维网（未示出），这些覆盖纤维网可以使过滤层18不受研磨力损坏，并可截留可能从过滤层18和/或成形层17松脱的任何纤维。覆盖纤维网还可以具有过滤能力（尽管通常无法和过滤层18相比），和/或可以起到使面罩的佩戴更为舒适的作用。覆盖纤维网可以由非织造纤维材料制成，例如包含（例如）聚烯烃和聚酯的纺粘纤维，参见例如授予Angadjivand等人的美国专利6,041,782、授予Dyrud等人的美国专利4,807,619和授予Berg的美国专利4,536,440。

佩戴者吸气时，空气经过面罩主体吸入，而空气中传播的颗粒便被捕集到纤维（特别是过滤层18中的纤维）之间的空隙中。在图2所示的实施例中，过滤层12与面罩主体18为一体式的，也就是说，它形成面罩主体的一部分，而不是类似滤筒那样随后连接到面罩主体（或从中移除）的物件。

经常用于负压半面罩呼吸器（类似于图1所示的面罩10）的过滤材料常常含有带电微纤维（尤其是熔喷微纤维（BMF））的缠结纤维网。微纤维的平均有效纤维直径通常为约20微米（mm）或更小，但常见的是约1至约15mm，更常见的是约3mm至10mm。有效纤维直径可如以下文献中所述进行计算：Davies,C.N.,The Separation of Airborne Dust and Particles,Institution of Mechanical Engineers,London,Proceedings1B.1952（Davies,C.N.，“空气传播的粉尘和颗粒的分离”，伦敦机械工程师学会，论文集1B，1952年）。BMF纤维网可如以下文献中所述而形成：Wente,Van A.,Superfine Thermoplastic Fibers in Industrial Engineering Chemistry,vol.48,pages1342et seq.（1956）（Wente,Van A.，“超细热塑性纤维”，《工业工程化学》，第48卷，第1342页及以后，1956年），或1954年5月25日发布的Report No.4364of the Naval Research Laboratories（海军研究实验室第4364号报告）中由Wente,Van A.、Boone,C.D.和Fluharty,E.L所著的题为Manufacture of Superfine Organic Fibers（超细有机纤维的制造）的文章。熔喷纤维网可均匀地制备并可包含多层，像授予Berrigan等人的美国专利6,492,286B1和6,139,308中所述的纤维网。当在纤维网中随机缠结时，BMF纤维网可具有能作为垫子处理的足够强度。可使用在例如授予Eitzman等人的美国专利6,454,986B1和6,406,657B1，授予Angadjivand等人的美国专利6,375,886B1、6,119,691和5,496,507，授予Kubik等人的美国专利4,215,682以及授予Nakao的美国专利4,592,815中所述的技术向纤维网赋予电荷。

可用作面罩主体中的过滤器的纤维材料的例子在以下专利中有所公开：授予Baumann等人的美国专利No.5,706,804，授予Peterson的美国专利No.4,419,993，授予Mayhew的美国再颁发专利No.Re28,102，授予Jones等人的美国专利5,472,481和5,411,576，以及授予Rousseau等人的美国专利5,908,598。纤维可包含例如聚丙烯和/或聚（4-甲基-1-戊烯）（参见授予Jones等人的美国专利4,874,399和授予Dyrud等人的美国专利6,057,256）的聚合物，并且还可包含氟原子和/或其他添加剂以增强过滤性能，参见授予Jones等人的美国专利6,432,175B1、6,409,806B1、6,398,847B1、6,397,458B1以及授予Crater等人的美国专利5,025,052和5,099,026，以及还可以具有低含量的可浸出烃以改善性能，参见授予Rousseau等人的美国专利6,213,122。纤维网还可以制成为具有增强的耐油雾性，如在授予Reed等人的美国专利4,874,399和均授予Rousseau等人的美国专利6,238,466和6,068,799中所述。

实例

流量测试装置

借助于流量测试装置对阀进行压降测试。流量测试装置以规定的流速通过铝安装板和附连的风室向阀提供空气。测试过程中安装板容纳阀底座并牢固地保持该阀底座。铝安装板在容纳阀底座的顶部表面具有浅凹槽。在凹槽中心为28毫米（mm）×34mm的开口，空气可通过该开口流向阀。经粘合剂覆面的泡沫材料可以连接到凹槽内的凸缘，以在阀底座与安装板之间形成气密密封。将两个夹钳用于捕获阀底座的前后边缘并将所述边缘固定到铝安装板。将空气通过半球形的风室提供给安装板。将安装板固定在风室的半球顶部或顶点上，以模拟呼吸面罩的腔体形状和体积。半球形风室的深度为约30mm，基部直径为80mm。将来自供气管的空气接到风室的基部，并调节以提供所需的流量经过流量测试装置流入阀。对指定的空气流，测量充气室内的空气压力以测定试验阀的压降。

压降测定

使用如上所述的流量测试装置对测试阀进行压降测量。以15、20、30、40、50、60、70和85升/分钟（L/min，在本文也表示为dm³/min）的流速测量阀两侧的压降。为了测试阀，将试件安装在流量测试装置中，使得阀底座在其底座水平取向，阀开口向上。在阀安装过程中需要小心，以确保测试装置与阀体之间无空气旁路。为了针对给定的流速校准压力计，首先从阀体取下阀瓣，并建立所需的空气流。然后将压力计设为零，使系统进入校准。在此校准步骤后，将阀瓣重新设置在阀体上，向阀入口输送规定流速的空气，并记录入口处的压力。通过测量阀瓣刚好打开并检测到最小流量时的压力，从而确定阀打开压降（正好在零流量、阀瓣打开起始点之前）。压降为阀入口压力与环境空气之间的差值。

实例1

实例1代表具有本发明的烧蚀阀瓣的阀的例子。示例性阀的阀瓣由0.46mm厚的聚异戊二烯橡胶（可得自佛蒙特州布拉特尔伯勒Fulflex公司（Fulflex,Inc.,Brattleboro,VT））的挤出片材形成。将该橡胶片材切成图7b所示形状的阀瓣。阀瓣44在窄端46为17.6mm，在宽端48为22.4mm。阀瓣从宽端到窄端的长度为25mm。阀瓣具有两个设置在阀瓣窄端上的2mm直径的锚定孔59，以有利于连接到流量测试固定装置。如图所示，孔59距离阀瓣窄端和侧面2mm居中。烧蚀的铰接区58在阀瓣的窄端46处形成。铰接区58始于阀瓣的窄端并朝着阀瓣的宽端延伸5.5mm。铰接区的宽度为10mm，并在阀瓣上从一侧到另一侧保持居中。使用激光器烧蚀均匀间隔开的材料通道或凹槽而形成铰接区58。烧蚀区58中的通道的走向与阀瓣的宽度平行，并且长度为10mm、宽度为0.25mm以及间距为0.25mm。用于执行烧蚀的激光器为可得自加利福尼亚州圣克拉拉美国科以人激光公司（Coherent Inc.,Santa Clara,CA）的10.6微米波长的Diamond E400型。激光器的最大功率为600瓦特（W），并在50Hz和10%功率下运行。阀瓣的取向距激光源约350mm，并以大约60mm/s的速率烧蚀。

将如上制得的阀瓣在其窄端固定到流量测试装置，并在多种流速下评价压降。结果在表1中给出。

实例2

如实例1形成并测试实例2，不同的是激光器以12%的功率运行。

比较例A

实例A代表实例1和2的未烧蚀对照物。

表1

如通过实例的流量测试所证明，本发明的阀与未烧蚀的对照物相比在整个流速范围内均具有更低的打开阻力和降低的压降。更低的打开压力和稳态压降表明使用正确烧蚀的阀瓣时使阀致动所需的功更少。这不仅证明了烧蚀可用于改动阀瓣的性能，而且是以一种有利的方式。数据还证明只需改变烧蚀激光器的功率，即可调整阀瓣的致动特性。

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可对本发明进行各种修改和更改。因此，本发明并不限于上述内容，而是受以下权利要求书和其任何等同物提及的限制的控制。

本发明也可以在不存在本文未具体描述的任何元件的情况下适当地实施。

将上面引用的所有专利和专利申请（包括背景部分中的那些）全部以引用的方式并入本文中。当这些并入的文件中的公开内容与上述说明书之间存在冲突或差异时，应以上述说明书为准。

Claims (20)

1.一种呼吸器，包括：

（a）    面罩主体；

（b）    固定到所述面罩主体的带具；和

（c）    固定到所述面罩主体的呼气阀，所述呼气阀包括：

（i）  阀底座；和

（ii）  固定到所述阀底座并具有被烧蚀表面的阀瓣。

2.根据权利要求1所述的呼吸器，其中所述阀瓣为柔性阀瓣。

3.根据权利要求2所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣以悬臂方式安装到所述阀底座，并在所述柔性阀瓣的铰接部分处被烧蚀。

4.根据权利要求2所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣在所述柔性阀瓣的自由部分处被烧蚀。

5.根据权利要求4所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣在所述柔性阀瓣的第一主表面上被烧蚀。

6.根据权利要求5所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣的烧蚀深度为0.1毫米至1毫米。

7.根据权利要求5所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣还在所述柔性阀瓣的第二主表面上被烧蚀。

8.根据权利要求3所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣还在第一主表面上在所述柔性阀瓣的所述自由部分处被烧蚀。

9.根据权利要求2所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣以按钮方式居中固定到所述阀底座，并且其中所述柔性阀瓣在三个或更多个区域中被烧蚀，所述区域各自从所述阀瓣上的中心位置径向延伸。

10.根据权利要求9所述的呼吸器，其中存在三个彼此错开120度的烧蚀区域。

11.根据权利要求9所述的呼吸器，其中所述烧蚀区域包括从所述中心位置径向向外延伸的一系列凹槽。

12.根据权利要求2所述的呼吸器，其中所述柔性阀瓣以蝴蝶方式固定到所述阀底座，并且其中所述柔性阀瓣在所述柔性阀瓣的至少一个主表面上在所述柔性阀瓣的铰接部分处被烧蚀。

13.根据权利要求12所述的呼吸器，其中所述铰接部分处的所述烧蚀包括两个或更多个凹槽，所述凹槽彼此大致平行并且与旋转轴线大致平行地延伸。

14.根据权利要求3所述的呼吸器，其中所述铰接部分处的所述烧蚀包括两个或更多个凹槽，所述凹槽彼此大致平行并且与旋转轴线大致平行地延伸。

15.一种制造呼吸器的方法，所述方法包括：

（a）    提供阀底座和面罩主体；

（b）    将烧蚀的阀瓣固定到所述阀底座上；以及

（c）    将所述阀底座固定到所述面罩主体上。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述阀瓣在将所述阀瓣固定到所述阀底座前被烧蚀。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述阀瓣在将所述阀瓣固定到所述阀底座后被烧蚀。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括对阀性能进行质量检查。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述质量检查步骤后进一步烧蚀所述阀瓣的材料。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述阀瓣在所述阀瓣的铰接部分处被烧蚀。

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