具有单向阀的面罩的制作方法

专利名称：具有单向阀的面罩的制作方法
具有单向阀的面罩本发明提供具有用于在面罩内部与面罩外部之间移动空气的单向阀的面罩。在污染环境中工作的人通常都会佩戴面罩保护自己，以免吸入空气中的污染物。 为了提高将温暖潮湿的呼出空气从面罩内部空间排出的效果，制造商通常会安装呼气阀来 讯速清除面罩内部温暖潮湿的呼出空气。迅速移除呼出的空气使面罩内部更加凉爽，继而 有益于工人的安全，因为面罩佩戴者不太可能从脸上取下面罩来去除面罩内湿热空气。多年来，商用面罩使用“按钮式”呼气阀来清除面罩内部的呼出空气。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，让呼出的空气从面罩内部逸出。所述 阀瓣在其中心处通过中心柱安装在阀座上。按钮式阀的实例示于美国专利No. 2，072，516、 2，230，770,2, 895，472和4，630，604中。人呼气时，阀瓣的周边部分从阀座升起，以允许空 气从面罩内部逸出。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，其中一个实例示于授予Braim的美国专利No. 4，934，362中。该专利中描述的阀使用 抛物面形的阀座和细长的柔性阀瓣。与按钮式阀相似，所述的Braim阀也有中心安装的阀 瓣，并且具有阀瓣边缘部分，在呼气时，阀瓣边缘部分从密封表面升起，让呼出的空气从面 罩内部逸出。继Braim之后，Japuntich等人对呼气阀技术进行了另一项创新，参见美国专利 No. 5，325，892和5，509, 436。Japuntich等人的阀使用一个以悬臂方式偏心安装的柔性阀 瓣，以将打开阀所需的呼气压力降至最低。当使开阀压力最小化时，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等人的阀后引入的其他阀也使用了非中心装配的悬臂式柔性阀瓣， 参见美国专利No. 5，687，767 (再发布为美国再公告专利RE37, 974E)和6，047，698。具有这 种构造的悬臂式阀有时称为“瓣式”呼气阀。涉及结合呼吸性面罩使用的单向阀的其他改 进也在美国专利No. 7，013，895,7, 028，689和7，188，622 (所有这些专利均授予Martin等 人)以及美国专利申请公开No. 2007/0144524 (Martin)中有所描述。

发明内容
本发明提供包括单向阀的面罩。单向阀允许由面罩和佩戴者限定的内部气体空间 和面罩外的外部气体空间流体连通。在一些实施例中，结合本发明使用的单向阀可以包括隔膜，该隔膜包括在同一隔 膜上形成的两个或多个阀瓣，并且每个阀瓣设置在阀基座上形成的开口上方。每个阀瓣包 括自由边缘和与自由边缘大致相对的铰链。阀瓣可以描述为沿着铰链附接到隔膜上。在其他实施例中，结合本发明使用的单向阀可以包括两个或更多个阀瓣，这些阀 瓣被布置成使得两个或多个阀瓣在同一方向打开，因此经过此阀瓣组的空气(或其他气 体)易于在一个方向上流动。在此类布置中，阀瓣可以描述为在同一方向上取向，使得一个 阀瓣的自由边缘与另一个阀瓣的铰链邻接，并且两个或更多个阀瓣的铰链大致彼此平行。在另一些其他实施例中，结合本发明使用的单向阀可以包括位于开口上方的阀瓣，其中阀瓣包括附接到阀基座的静止部分和可移动部分，铰链位于静止部分与可移动部 分之间。阀瓣具有关闭位置，在该位置阀瓣接触密封表面以关闭开口 ；阀瓣还具有打开位 置，在该位置阀瓣的可移动部分从密封表面升起，使得气体能够在面罩的内部气体空间与 外部气体空间之间穿过。阀瓣的铰链优选地包括一个或多个穿透阀瓣形成的铰链槽以及一 个或多个停靠部分，通过停靠部分将阀瓣的可移动部分连接到阀瓣的静止部分，其中阀瓣 处于关闭位置时，一个或多个铰链槽位于密封表面外。
在使用中，结合本发明使用的单向阀的每个阀瓣包括关闭位置，在该位置阀瓣接 触环绕开口周边的密封表面以逆流方向关闭开口 ；和打开位置，在该位置阀瓣的至少一部 分从密封表面升起，使得气体(如空气)能沿着相反方向流过开口。本发明至少一些实施例的一个潜在优点是使用多个阀瓣(即两个或更多个阀瓣， 可任选地位于一个隔膜上)可提供具有相对薄型且不会表现出不可接受的压降的单向阀。 相比之下，传统的“瓣式”阀通常包括位于空气通过的单个孔上方的单个阀瓣。因此，单个 阀瓣必须打开到相当大的程度才能使足够的空气通过阀门且不导致整个阀门上产生不可 接受的压降。本发明的单向阀可以优选地具有这样的阀门高度(即高出周围面罩主体表面 的高度)，即为传统瓣式阀的阀门高度的一半或略低一些(以便在占有面罩主体表面相等 面积的阀门中获得相等的压降)。可能与本发明的至少一些薄型单向阀相关的潜在优点包括不易受到损坏的影 响，因为薄型阀不易因意外接触物体而受到损坏，等等；改善了佩戴者的可视性，因为整个 面罩上的视野得到改善；改善了对由例如磨削或其他产生能够向上穿过开放阀门的颗粒的 方法产生的颗粒的抗侵入性，原因例如阀瓣的开放空间较小；等等。由于本发明一些实施例的单向阀可以包括多个阀瓣，因此阀门的外形可以通过弯 曲基座、隔膜和盖子来进一步减小，以使得整个阀门更接近于面罩主体的轮廓形状。尽管如 此弯曲，但每个阀瓣的功能可以通过沿着阀门的弯曲在不同方向上取向密封表面来得以维 持。单向阀的另一个潜在优点是可以简化制造过程，因为在其上形成阀瓣的一个或多 个隔膜可以只需要被适当地保留在开口上方而不要求隔膜物理附接到基座上(通过例如 焊接、柱子上方装配、粘合剂等)。在一个方面，本发明提供包括适于贴合在人的至少鼻部和口部上方以帮助在佩戴 时限定内部气体空间的面罩主体的面罩。面罩还包括允许内部气体空间和外部气体空间流 体连通的单向阀。单向阀包括附接到面罩主体的基座，基座具有两个或更多个开口，通过这 些开口气体能够在内部气体空间与外部气体空间之间穿过。两个或更多个开口中的每一个 开口均由环绕开口延伸的密封表面包围。静止隔膜设置在基座上，并且隔膜在两个或更多 个开口及其相应的密封表面上方延伸。两个或更多个阀瓣在隔膜内形成，其中两个或更多 个阀瓣中的一个阀瓣位于两个或更多个开口中的每个开口上方。两个或更多个阀瓣中的每 个阀瓣均包括铰链和穿透隔膜形成的边界槽，阀瓣沿着铰链附接到隔膜。边界槽限定了阀 瓣的自由边缘，并且边界槽从第一末端延伸至第二末端。铰链在阀瓣自由边缘的第一末端 与第二末端之间延伸。两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣均具有关闭位置，在该位置阀瓣接 触环绕开口延伸的密封表面，阀瓣位于开口上方以关闭开口。每个阀瓣还具有打开位置，在 该位置阀瓣的至少一部分从密封表面升起，使得气体能够从内部气体空间与外部气体空间
6之间穿过。在多个实施例中，上述面罩还可以包括下列一个或多个特征两个或更多个阀瓣 中的每个阀瓣的自由边缘可以由边界槽限定，该边界槽具有的槽宽使得阀瓣的所述自由边 缘与隔膜的越过边界槽的相对边缘间隔开；铰链可以包括形成于隔膜中的划线；每个铰链 可以包括一个或多个穿透隔膜形成的铰链槽，以及一个或多个连接阀瓣和隔膜的停靠部 分；位于两个或更多个开口上方的两个或更多个阀瓣可以在同一方向上取向，使得一个阀 瓣的自由边缘与另一个阀瓣的铰链邻接，并且阀瓣的铰链大致彼此平行；每个密封表面可 以为平坦的密封表面，并且环绕两个或更多个开口中的每个开口延伸的平坦的密封表面可 以位于同一平面或不同平面内；处于关闭位置时，两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣可以与 其密封表面偏置或非偏置；环绕两个或更多个开口中的每个开口延伸的密封表面可以为回 弹性密封表面；面罩主体可以为过滤式面罩主体；单向阀可以为呼气阀；等等。单向阀还可以包括附接到基座的盖子，隔膜位于盖子与基座之间。任何此类盖子 均可包括针对两个或更多个开口中每个开口的排气结构，每个排气结构限定了穿过盖子的 不同流体通道，以便气体通过两个或更多个开口中的每个开口。针对隔膜中的每个阀瓣，排 气结构可以包括具有设置为保持隔膜靠近基座的边缘的放气窗。每个排气结构可以包括位 于开口对面的主排气口和位于开口一侧的侧排气口。在另一方面，本发明可以提供面罩，该面罩包括面罩主体，其适于贴合在至少人 的鼻部和口部上方，以有助于在佩戴时限定内部气体空间；和单向阀，其允许内部气体空间 和外部气体空间流体连通。单向阀可以包括附接到面罩主体的基座。基座可包括两个或更 多个开口，通过这些开口气体能够在内部气体空间与外部气体空间之间穿过，并且两个或 更多个开口中的每个开口可以由环绕开口延伸的密封表面包围。阀瓣可以位于两个或更多 个开口中每个开口的上方。每个阀瓣可以包括静止部分和可移动部分，铰链位于静止部分 与可移动部分之间。每个阀瓣具有在铰链外环绕阀瓣可移动部分延伸的自由边缘。每个阀 瓣具有关闭位置，在该关闭位置阀瓣的可移动部分接触环绕开口延伸的密封表面，阀瓣位 于开口上方以关闭开口 ；并且每个阀瓣还具有打开位置，在该位置阀瓣的可移动部分从密 封表面升起，使得气体能够在内部气体空间与外部气体空间之间穿过。位于两个或更多个 开口上方的阀瓣可以在同一方向上取向，使得一个阀瓣的自由边缘与另一个阀瓣的铰链邻 接，其中阀瓣的铰链大致彼此平行。在多个实施例中，上述面罩可以包括下列一个或多个特征铰链可以包括形成于 隔膜中的划线；阀瓣的铰链可以包括一个或多个穿透阀瓣形成的铰链槽以及一个或多个停 靠部分，通过停靠部分将阀瓣的可移动部分连接到阀瓣的静止部分；每个密封表面可以为 平坦的密封表面，并且环绕两个或更多个开口中的每个开口延伸的平坦的密封表面可以位 于同一平面或不同平面内；处于关闭位置时，两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣可以与其密 封表面偏置或非偏置；环绕两个或更多个开口中的每个开口延伸的密封表面可以为回弹性 密封表面；面罩主体可以为过滤式面罩主体；单向阀可以为呼气阀；等等。单向阀可以包括附接到基座的盖子，其中阀瓣位于盖子与基座之间，盖子可以包 括针对两个或更多个开口中每个开口的排气结构，并且每个排气结构还可以限定穿过盖子 的不同流体通道，以便气体通过两个或更多个开口中的每个开口。针对每个阀瓣，排气结构 可以包括具有设置为保持阀瓣靠近基座的边缘的放气窗。每个排气结构还可以包括位于开口对面的主排气口和位于开口 一侧的侧排气口。在另一方面，本发明可以提供面罩，该面罩包括面罩主体，其适于贴合在至少人 的鼻部和口部上方，以有助于在佩戴时限定内部气体空间；和单向阀，其允许内部气体空间 和外部气体空间流体连通。单向阀可以包括附接到面罩主体的基座。基座可以包括开口，通 过该开口气体能够在内部气体空间与外部气体空间之间穿过。开口可以由环绕开口延伸的 密封表面包围。阀瓣位于开口上方，并且阀瓣可以包括静止部分和可移动部分，铰链位于静 止部分与移动部分之间。阀瓣具有关闭位置，在该位置阀瓣接触密封表面以关闭开口。阀 瓣还具有打开位置，在该位置阀瓣的可移动部分从密封表面升起，使得气体能够在内部气 体空间与外部气体空间之间穿过。铰链包括一个或多个穿透阀瓣形成的铰链槽以及一个或 多个停靠部分，通过停靠部分将阀瓣的可移动部分连接到阀瓣的静止部分；阀瓣处于关闭 位置时，铰链槽位于密封表面外。在多个实施例中，上述面罩可以包括下列一个或多个特征铰链槽可以沿直线布 置；密封表面可以为平坦的密封表面；处于关闭位置时，阀瓣可以与其密封表面偏置或非 偏置；密封表面可以为回弹性密封表面；面罩主体可以为过滤式面罩主体，单向阀可以为 呼气阀；等等。术语表用于描述本发明的术语有以下意义“一”、“一个”、“该”、“至少一个”以及“一个或多个”可互换使用(因此，例如包括
隔膜的单向阀可包括一个或多个隔膜)；“和/或”是指所列元素中的一个或全部或者所列元素中任何两个或更多个的组 合；“悬臂弯曲率”是指挠度与悬臂长度的比率，按本文描述的悬臂弯曲率测试定义；“洁净空气”是指已过滤除去污染物或通过其他方式处理从而可安全吸入的一定 体积的空气或氧气。“关闭位置”是指阀瓣与密封表面完全接触的位置；“污染物”是指微粒和/或通常不视为微粒但可以在空气中悬浮的其他物质(例如 有机蒸气等)；“呼出的空气”是指过滤面罩佩戴者呼出的空气；“呼出气流”是指在呼气时通过呼气阀孔的空气流；“呼气阀”是指打开以允许流体流出面罩内部气体空间的阀；“外部气体空间”是指呼出气体通过呼气阀逸出后进入的周围环境气体空间；“面罩”是指至少包覆佩戴者的鼻部和口部并且能够通过过滤空气或提供洁净空 气来向佩戴者提供洁净空气的装置(包括半面罩、全面罩和头罩)；“阀瓣”是指一种元件，其能响应流动流体所施加的力而弯曲或挠曲，对于呼气阀 来说，流动流体为呼出气流，而对于吸气阀来说，流动流体为吸入气流；“挠曲模量”是指在弯曲模式下加有载荷的材料的应力和应变之比；“吸入气流”是指在吸气时通过吸气阀孔的空气流或氧气流；“吸气阀”是指可以打开以让流体进入过滤面罩内部气体空间的阀；“内部气体空间”是指面罩主体与人面部之间的空间；
“面罩主体”是指至少能与人的鼻部和口部贴合、并且有助于限定与外部气体空间 隔离的内部气体空间的结构体；“弹性模量”是指应力/应变曲线的直线部分的应力和应变之比，该应力/应变曲 线的获得方法是使用拉伸测试机对试件施加轴向载荷同时测量载荷和变形；“单层”用于阀瓣时是指阀瓣结构在其整个体积中基本上具有一致的组成，也就是 说，阀瓣不包含表现出不同物理特性的两层或更多层；“微粒”是指任何能够悬浮于空气中的流体和/或固体物质，例如病原体、细菌、病 毒、粘液、唾液、血液等；“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施例(在 相同或其他情况下，其他实施例也可以是优选的，并且一个或多个优选实施例的表述并不 意味其他实施例不可用，并且并非意图将其他实施例排除在本发明的范围外)；“回弹性”是指如果响应挠曲力而变形时能够恢复形状，并且具有小于约15兆帕 (MPa)的拉伸模量；“刚性”用于描述密封表面时是指硬度大于0. 02千兆帕斯卡(GPa)的密封表面；“密封表面”是指阀处于关闭位置时与柔性阀瓣接触的表面；“硬挺或硬挺性”是指阀瓣在作为悬臂由其自身水平支承而没有其他结构件的支 承、并受到重力作用时，抵抗挠曲的能力。较硬挺的阀瓣不会象不硬挺的阀瓣那样容易因重 力而变形；“单向流体阀”是指允许流体沿某一方向通过但不能沿其他方向通过的阀；以及“非偏置”用于阀瓣时是指阀瓣没有由施加在柔性阀瓣上的机械力或内应力压向 或压在密封表面上。上述发明内容并非旨在描述本发明的每个实施例或每种实施方式。相反，根据附 图，参考如下本发明示例性实施例的描述和权利要求书，对本发明更完整的理解将变得明 显而易于认识。


结合以下简短描述的附图看法将进一步描述本发明的示例性实施例。图1是可以结合本发明使用的一个示例性面罩10的正视图。图2是本发明的一个示例性单向阀的放大透视图。图3是图2中单向阀基座在盖子和隔膜被移去而露出阀基座的情况下的放大透视 图。图4是图2中单向阀在盖子被移去而露出基座上隔膜的情况下的放大透视图，其 中阀瓣处于关闭位置。图5是图4中阀瓣处于打开位置的视图。图6是从阀下侧截取的图2中单向阀盖子的透视图。图7是沿图2中线条7-7截取的图2至图6中单向阀一部分的剖视图，其中阀瓣 处于关闭位置。图8是图7中阀瓣处于打开位置的视图。图9A是隔膜上一个可供选择的阀瓣的平面图。
图9B是可以用于阀瓣铰链的划线的剖视图。图10是可供选择的隔膜及在不同方向上取向的各种形状阀瓣的平面图。图11是偏置阀瓣及其倚靠的弯曲密封表面的剖视图。图12是可供选择的实施例的侧剖视图，其中基座被弯曲并且平坦密封表面位于 不同平面上。图13是结合本发明使用的单向阀的可供选择的实施例的一部分的透视图。
具体实施例方式在本发明的示例性实施例的如下具体描述中，将参考附图，这些附图构成其一部分，并且在这些附图中，以举例说明的方式示出了可实施本发明的具体实施例。应当理解， 可以利用其他实施例并且可以进行结构改变而不脱离本发明的范围。虽然面罩以及结合其使用的单向阀可以在本文中描述为控制空气运动的操作，但 是面罩和单向阀可以可供选择地与除空气以外的气体一起使用。然而，为了简单起见，本文 所讨论的示例性实施例将结合空气加以描述。图1示出了可以结合本发明使用的半面罩10的一个实例。面罩10具有杯形面 罩主体12，面罩主体12上连接有单向阀20。阀门可以通过任何适宜的技术附接到面罩 主体12，包括例如授予Williams等人的美国专利No. 6，125，849或授予Curran等人的WO 01/28634中描述的技术。本发明的单向阀具有控制气体流入和流出内部气体空间的流速的能力，内部气体 空间是面罩10贴合在佩戴者鼻部和口部上时限定的空间。示例性单向阀可以在本文中描 述为主要呼气阀，但应当理解相同的结构也可起到吸气阀的作用。如果用作呼气阀，阀门20 优选地打开以响应面罩10(内部气体空间中)内部的增大压力，这样，当佩戴者呼气时压力 增大。优选的是，呼气阀20在呼吸之间和吸气期间保持关闭。如果用作吸气阀，阀门20优 选地在佩戴者吸气时打开(从在内部气体空间中产生低压条件)。如果用作吸气阀，则阀门 20优选地在呼吸之间和呼气期间关闭。面罩10上阀门20的一个实施例在图2至图4中有更详细的描述，其中图2是移 去面罩10的单向阀20的放大透视图，该单向阀包括基座30、静止隔膜40和附接到基座30 的盖子50。图3是单向阀20的基座30的放大透视图，其中移去了隔膜40和盖子50以露 出阀门20的基座30。图4是单向阀20的放大透视图，其中移去了盖子50以露出隔膜40 及其位于阀门20的基座30与盖子50之间的相关阀瓣42。基座30和盖子50可以优选地 由相对轻的塑料制成，并且可以优选地模制成一体式阀体。阀门20的基座30包括表面38上的三个开口 32，通过这些开口空气在由面罩10 限定的内部气体空间与外部气体空间之间穿过。表面38可以优选由唇缘39包围，使得表 面38和唇缘39在隔膜(见下文)所处位置形成凹陷。三个开口 32优选地彼此分开并且 各不相同，尽管基座30本身可以位于面罩主体12所具有的单一开口(未示出)上方。或 者，面罩主体12可以包括对应于在基座30上形成的开口 32的单独且明显不同的开口。虽 然未在图3的实施例中描述，但开口 32可任选地包括一个或多个横构件，以稳定开口形状， 防止阀瓣穿过开口等。虽然所述阀门20包括三个阀瓣42及相关开口 32，但应当理解本发明的单向阀的隔膜包括多个在其上形成的阀瓣，隔膜可以包括少至两个阀瓣或四个或更多个阀瓣，结合 阀门20所述的三个阀瓣42是仅为一个示例性实施例。在一些实施例中，本发明的阀门可 以包括两个或更多个单独的隔膜。每个开口 32优选围绕着单独且明显不同的密封表面34，密封表面环绕开口 32的 周边。密封表面34提供阀瓣密封抵靠的表面，如本文所述。基座30也可以优选包括围绕 密封表面34的凹陷36，凹陷36低于基座30的围绕表面38的水平面。如图3所示从正面观察时，每个开口 32及其密封表面34可大致呈任何形状。例如 密封表面34和开口 32可以为正方形、矩形、圆形、椭圆形等。密封表面34的形状不必与对 应于开口 32的形状，反之亦然。例如，开口 32可以为正方形，而密封表面34可以为圆形。 然而，从流体流动的相反方向观察时，密封表面34和开口 32可以优选具有大致矩形的横截如图4和图5中所示的静止隔膜40包括在其上形成的一组单独且明显不同的阀 瓣42，其中阀瓣42中的一个位于基座30的每个开口 32上方。每个阀瓣42包括穿透隔膜 40的厚度形成的自由边缘44。在所述实施例中，自由边缘44由通过隔膜40形成的边界槽 45限定。每个阀瓣42还包括位于自由边缘44对面的铰链46。铰链46可以描述为位于隔 膜40的区域内，在该区域，阀瓣42被附接到隔膜40的其他部分。在一些实施例中，隔膜40可以比图4中所示的在其上形成的阀瓣42大。具体地 讲，阀瓣42可以包括与隔膜40上相对边缘43相背的自由边缘44。此外，应该指出的是边 界槽45 (在所述实施例中用于限定阀瓣42的自由边缘44和隔膜40的相对边缘43)可以 具有任何合适的宽度。例如，在一些实施例中边界槽45可以事实上无宽度，在其他实施例 中边界槽45可以形成显著大于图4中所示宽度的宽度。在图4的视图中，显示每个阀瓣42处于关闭位置，其中阀瓣42接触围绕其各自开 口 32周边的密封表面34。这样，(自由边缘44和铰链46所限定的)阀瓣42优选大于环 绕每个开口 32周边延伸的密封表面34。在图5中，显示阀瓣42处于打开位置。在打开位 置，每个阀瓣42的至少一部分(包括自由边缘44)从密封表面34升起，使得空气可以穿过 开32和位于阀瓣42与密封表面34之间的空隙从内部气体空间到达外部气体空间。可能 优选的是，当阀瓣42处于打开位置时，铰链46 —侧的阀瓣42的至少一部分仍然与基座30 接触。在表征阀瓣42的特性的另一种方式中，它们可以描述为具有静止部分和可移动 部分，其中阀瓣42的静止部分在使用中保持固定或静止(相对于基座30)而可移动部分移 动以使得空气穿过阀门。在至少一些实施例中，一般来讲，铰链46可以设置在至少将阀瓣 42的静止部分与阀瓣42的移动部分分隔开来的位置处。与阀瓣42接触的密封表面34优选设计为基本上一致光滑，以确保密封表面34与 阀瓣42之间密封良好。密封表面34可以优选地与围绕密封表面34的基座表面38的其 余部分平面对齐(即位于同一平面)。密封表面34优选具有足以与阀瓣42形成密封的较 大宽度，但不能宽到由例如凝结的水气或排出的唾液而导致的粘附力使阀瓣42更难打开。 一些可能合适的密封表面几何形状在授予Japuntich等人的美国专利No. 5，509，436和 5，325,892中有所描述。在表征阀瓣42特性的一种方式中，边界槽45 (以及对应的阀瓣42的自由边缘44)
11可以描述为具有第一末端和第二末端，并且铰链46位于边界槽45 (以及对应的自由边缘 44)的第一末端与第二末端之间。边界槽45 (以及对应的阀瓣自由边缘44)也可以描述为 在整个隔膜40的主表面上二维延伸。因此，边界槽45 (以及对应的阀瓣自由边缘44)限定 了阀瓣42连同铰链46的形状。虽然并非必须，但是铰链46可以包括在整个阀瓣42的背面延伸的铰链槽47。铰 链槽47优选地穿透隔膜40的厚度形成，并且可以优选在整个阀瓣42的宽度上延伸，一直 附接到阀瓣42且保持阀瓣42与隔膜40附接的停靠部分48除外。可以调整铰链槽47与 停靠部分48的长度比，以增大或减小打开阀瓣42所需的力。可以通过合适的技术或技术组合将隔膜40保持在基座30的静止位置上，同时阀 瓣42位于开口 32的上方。在所述实施例中，隔膜40由盖子50和基座30固定在适当位置。 具体地讲，可能优选的是基座30包括基座表面38和围绕基座表面38的唇缘39，使得隔膜 40位于由表面38和唇缘39所限定的凹陷内。作为另外一种选择或除此之外，隔膜40可以 焊接、粘结、附接到柱子上，或被夹持住等。可能适用于隔膜和阀瓣的材料的一个实例为36微米厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)薄膜片，其具有3790MPa的弹性模量，其中使用激光形成边界槽45和铰链槽47。边 界槽45和铰链槽47可以具有例如约0. 1至约0. 3毫米的宽度。由于这样形成，停靠部分 48可以优选地占有边界槽45的末端之间大约17%的距离，并且铰链槽47占有铰链46的 其余宽度。图6是盖子50下侧的透视图，其中盖子与如图2所示的基座组装在一起时下侧是 朝向基座的那侧。盖子50优选包括从盖子50的主排气口 55朝下向基座30以及位于两者 之间的隔膜40延伸的放气窗52。盖子50还包括沿盖子50的两个相对侧延伸的可选侧排 气口 56，侧排气口 56为空气提供了额外的流体通道，以便从阀门20中逸出。盖子50可以通过任何合适的技术或技术组合附接到基座30 (参见图2)。可以采 用焊接连接、粘结、机械互锁连接(如凸块、狭槽、柱子等)、摩擦配合连接等将盖子50附接 到基座30。虽然图6中所示的盖子50是与基座30分开的单独制品，但作为另一种选择，盖 子50可通过例如活动铰链或其他结构附接到基座30。在这种构造中，可能优选的是，基座 30和盖子50形成蛤壳结构，其中先布置隔膜40，然后将盖子50装配到基座30以形成阀门 20。现在将结合如图7和图8所示阀门20的一部分的放大剖视图来描述阀瓣的其他 特征和操作。如图7所示的阀瓣42处于关闭位置，在该位置阀瓣42的表面41与密封表 面34接触。隔膜40的其余部分与基座30的围绕表面38相对。如图8所示，阀瓣42处于 打开位置，在该位置阀瓣42的表面41的一部分从密封表面34升起，使得空气能穿过开口 32 (按图8中箭头21的大致方向)。如图7和图8中所示，放气窗52可以优选地通过沿其边缘53作用于隔膜来将隔 膜40保持在本文所述基座30的适当位置。可能优选的是，放气窗52具有如此构造，使得 放气窗52的边缘53与基座表面38隔开大致等于隔膜40的厚度的距离。可能优选的是， 放气窗52的边缘53与基座表面38之间的间隙使得隔膜40不会在边缘53与基座表面38 之间被大力压缩，因而它可以变形。这种变形可阻碍密封表面上阀瓣的适当就位。如图7所示，阀瓣42的自由边缘44由边界 45限定。边界槽45可以优选地具有可提供间隙的槽宽，使得阀瓣42的自由边缘44与隔膜40的相对边缘43间隔开。边界 槽45的槽宽可以优选地足够宽，使得当阀瓣42在打开位置与关闭位置之间移动时，阀瓣42 的自由边缘44不会接触隔膜40的相对边缘43 (如图7和图8所示)。由于边界槽45优选地具有限制自由边缘44与相对边缘43之间干涉作用的槽宽， 因此可能优选的是，阀瓣42通过能够提供该间隙的任何技术在隔膜40上形成。一些可能 合适的技术的实例包括在形成隔膜时将阀瓣模制或浇铸在隔膜上。在其他可供选择的实施 例中，可以采用诸如激光切害I]、模切、水射流切害IJ、放电加工等技术在隔膜上形成阀瓣。图7还示出了铰链槽47和隔膜40之间的关系。铰链槽47也可以优选地具有可 提供间隙的槽宽，使得阀瓣42的铰链边缘48与隔膜40的相对边缘49间隔开。铰链槽45 的槽宽可以优选地足够宽，使得当阀瓣42在打开位置和关闭位置之间移动时，阀瓣42的铰 链边缘48不会接触隔膜40的相对边缘49。可以通过适用于边界槽45 (如模制、浇铸、激光 切割、模切、水射流切割、放电加工等)的任何技术来形成铰链槽47。本发明的单向阀可以采用任何合适的形状或尺寸，这取决于各种因素，例如可接 受的压降、空气流动速率等。图1至8所示的大致矩形阀门的一些示例性尺寸如下。盖子 50和基座30可以占据面罩主体12上约10mm至约100mm宽的区域。面罩主体12上阀门 所占区域的长度可以为约10mm至约100mm。盖子上的开口 55也可以采用任何可接受的形 状或尺寸，例如开口 55可以为具有约5mm至约90mm宽度和约1mm至约20mm长度的矩形。 基座30中的开口 32也可以为具有约4mm至约80mm宽度和约1mm至约30mm长度的大致矩 形。如本文所述，用来包覆开口的阀瓣略大于它们包覆的开口，以便正确封闭开口。如图2至8阀门中所示的铰链46仅为可以结合本发明使用的铰链的一个示例性 实施例。根据用来构造隔膜的材料的物理特性，铰链可以在限定阀瓣自由边缘的边界槽末 端之间自然形成，而无需额外的结构来限定铰链。例如，如果隔膜由更柔性的材料(如弹性 体聚合物等)制成，对阀瓣来说则无需额外的铰链结构来在足够低的开启压力下从关闭位 置移动到打开位置。换句话讲，在一些材料中，可以沿限定阀瓣形状的自由边缘/边界槽末 端之间延伸的线条形成阀瓣铰链。在其他(通常较硬挺)材料中，可能有利的是在隔膜上提供一些结构来限定可减 小将阀瓣从关闭位置移动到打开位置所需的力的铰链。虽然图4至图7中示出了一些可能 适合铰链结构的实例，但是也可以采用其他结构。图9A中示出了一个可能的替代形式，其 中阀瓣142a包括一对铰链槽147a，这对铰链槽与边界槽145a —起限定了三个将阀瓣142a 连接到围绕隔膜140a的停靠部分148a。图9B示出了另一个可供选择的铰链结构，其为横过铰链截取的剖视图。图9B中 示出的铰链结构采用形成隔膜140b的划线147b的形式。划线147b减少了隔膜140b的厚 度，但不会穿透隔膜140b完全延伸。此类划线可以或不可以在用来形成阀瓣的自由边缘/ 边界槽末端之间的整个距离上延伸。换句话讲，可以调整划线的长度、深度和/或宽度，以 为相关阀瓣提供所需的开口特性。此外，可以根据需要使用一条或多条划线和/或一条或 多条划线可以用于停靠部分，以控制阀瓣的开启力。返回图7和图8的剖视图，其中还示出与盖子50相关的多个特征。例如，图7和 图8所示构造中，放气窗52的边缘53与隔膜40相背，以优选地帮助保持隔膜40与基座30 的表面38接触。在一些实施例中，放气窗52可以在与基座30的表面38结合的隔膜40上提供压缩力。然而，在其他实施例中，放气窗52可以实际上不提供此类压缩力，但可以只抑制隔膜40从基座30的表面38显著升起。此外，可能优选的是，放气窗52的边缘53作用 于铰链槽47外侧的隔膜40上，使得放气窗52在打开过程中不会阻止阀瓣42移动。还可能优选的是，用于本发明阀门中的盖子包括排气结构，该排气结构限定了穿 过盖子50的不同流体通道，以使空气可通过开口 32。在图7和图8所示实施例中，例如不 同流体通道由放气窗52限定，该放气窗将流过每个开口 32的流体和流过任何相邻开口的 流体有效地隔离开(图7和图8中未示出)。放气窗52和上表面54迫使流过开口 32的流 体穿过主排气口 55或可选的侧排气口 56。如图7和图8所见，盖子50的上表面54可以优选地在阀瓣42的大部分上方延伸， 以限制主排气口 55的尺寸。阀瓣处于打开位置时，阀瓣42和主排气口 55之间的关系可以 有利于操作以阻挡颗粒穿过开口 32朝上游(与气流相反)移动。可以通过冲击放气窗52、 盖子50的上表面54和/或阀瓣42的上表面或自由边缘来有效地阻挡此类颗粒。虽然图2至图8中示出的阀门20的阀瓣42在同一方向上取向(参见例如图4)， 使得阀瓣铰链彼此大致平行，但此类构造并非必需。使阀瓣在同一方向上取向的一个潜在 优点是，打开时，所有阀瓣开口朝向同一方向，使得穿过打开阀瓣的空气大致在同一方向通 过，例如远离佩戴者的眼睛。图10示出了一个可供选择的构造，其中可以使用具有不同形状的阀瓣和在不同 方向上取向的阀瓣。图10中所示的隔膜240包括三个阀瓣242a、242b、242c。阀瓣242a为 大致三角形并且由铰链边界槽245a和铰链246a限定。所示的铰链246a采用在隔膜240 是形成的狭槽形式，虽然可以使用任何其他铰链结构(或在一些实施例中根本没有具体的 铰链结构)来代替狭槽。根据相对于阀瓣242a的铰链246a的结构，大部分穿过阀瓣242a 的空气可以大致按箭头221a的方向通过。阀瓣242b和242c具有不同于阀瓣242a的三角形形状的大致矩形形状。此外，阀 瓣242b和242c是沿着铰链246b和246c附接到隔膜240上的，铰链246b和246c不彼此 大致平行，也不与阀瓣242a的铰链246a大致平行。阀瓣242b和242c的自由边缘分别由 边界槽245b和245c限定。因此，当阀瓣242b和242c移入到打开位置时，大部分穿过阀瓣 242b和242c的空气可以分别大致按箭头221b和221c的方向通过。虽然图10示出了可以结合本发明使用的阀瓣的一个示例性可供选择的集合，但 许多其他变型也是可能的，并且本发明不应只局限于本文所示出的那些具体示例性构造。 另外，虽然阀门可以描述为包括隔膜，但应当理解阀门可以具有不止一个隔膜，其中至少一 个包括两个或更多个本文所述的阀瓣。在本发明隔膜上形成的阀瓣可以或可以不偏置在围绕阀门基座上开口的密封表 面上。在结合图2至图8所述的阀门20中，围绕基座30上开口 32的密封表面34可以描 述为具有平坦的外形。换句话讲，当处于关闭位置时，阀瓣42抵靠的密封表面34的表面位 于平面上(阀瓣42的对应表面41也通常位于平面上)。为了给具有平坦密封表面的阀门 提供合格的密封，可以能优选的是阀瓣和密封表面中的一个或两个包括本文所讨论的回弹 性材料。使阀瓣偏置在密封表面上的潜在优点的实例和论述可以见于例如授予Japimtich 等人的美国专利No. 5，509，436和5，325，892中。通常，将阀瓣偏置在密封表面上更通常涉及由能够适形于密封表面形状的更具柔性的材料制成的阀瓣(和隔膜)。图11所示的实例 为当阀瓣342形成于隔膜340上时可能利于使用的非平坦密封表面334，通过迫使阀瓣342 成形为对应于密封表面334的形状的非平坦(如弯曲)构型来与密封表面334偏置接触。 作为对按箭头321方向穿过开332的气流的响应，阀瓣342优选地按箭头321的方向从密 封表面334上移开。如果没有这种气流，阀瓣342优选返回到图11所示的阀瓣342密封在 密封表面334上的位置。图12的剖视图示出了本发明单向阀的另一个可能变型，其中多个平坦密封表面 434设置在基座430上，使得平坦密封表面434不位于同一平面上。这与例如图3中所示基 座30上的平坦密封表面34不同，在图3中所有表面均位于同一平面上。提供不位于同一 平面上的平坦密封表面的一个潜在优点是承载平坦密封表面的基座430可弯曲，弯曲使得 基座430(及与其一起形成的对应阀门)更准确地适形于使用单向阀的面罩形状。这种更 易适形的形状可帮助进一步减小面罩上单向阀的体积。可以结合本发明使用的单向阀的其他实施例可参照图13加以描述，图13为透视 图，示出了其上设置有两个分开的阀瓣542a和542b的基座530。阀瓣542a和542b中的每 一个位于基座530的开口 532上方，基座包括围绕密封表面534 (图13的虚线所示)以密 封本文所述的开口。在图13所示的单向阀构造与上文所述的阀门构造的差异中，阀瓣542a 和542b中的每一个是分开的并且彼此明显不同。换句话讲，存在连接阀瓣542a和542b的 共用隔膜。虽然图13中未示出，但包括多个阀瓣的单向阀也可以包括附接到基座的盖子(如 结合上述实施例所示和所述)。阀瓣可以优选地位于盖子与基座之间。任何此类盖子均可以 优选地针对两个或更多个开口中的每个开口包括排气结构，其中每个排气结构限定了穿过 盖子的不同流体通道，以用于气体通过上文所述两个或更多个开口中的每个开口。此外，对 于阀门中的每个阀瓣，排气结构可以包括具有设置为保持阀瓣靠近基座的边缘的放气窗。 每个排气结构还可以包括位于开口对面的主排气口和位于开口一侧对面的侧排气口。阀瓣542a和542b均包括将阀瓣的静止部分和阀瓣的可移动部分分隔开来的铰链 546。阀瓣542a和542b的静止部分优选地位于密封表面的边界外，而阀瓣542a和542b的 可移动部分优选地为位于密封表面534上方的部分，以便在阀门使用过程中关闭或密封开 □ 532。如图所示，每个铰链546包括以穿透阀瓣形成的一个或多个狭槽形式的可选结构 和一个或更多个停靠部分，通过停靠部分将阀瓣的可移动部分连接到阀瓣的静止部分。如 图所示，可能优选的是，一个或多个铰链槽位于密封表面的边界外，密封表面在阀瓣处于关 闭位置时围绕开口。图13示出的另一特征是，阀瓣542a和542b在同一方向上取向，使得阀瓣彼此大 致平行(其中大致平行不需要绝对平行)，并且至少一个阀瓣的自由边缘与另一个阀瓣的 铰链邻接(在图13所示的实施例中，这是指阀瓣542a的自由边缘544a与另一阀瓣542b 的铰链546邻接)。使阀瓣在同一方向上取向的一个潜在优点是，打开时，所有阀瓣开口朝 向同一方向，使得穿过打开阀瓣的空气大致在同一方向通过，例如远离佩戴者的眼睛。另外，虽然图13所示的阀门结构包括两个阀瓣，但在一些实施例中本发明的单向 阀可以包括仅一个阀瓣。
下列讨论涉及可任选地包括在本发明面罩中的材料和其他特征。糊表鹏鋪工页根据多种因素，结合本发明使用的密封表面可以是刚性的或有回弹性的，具体取 决于单向阀的整体设计。刚性密封表面的一些实例、适合刚性密封表面的材料以及一些可能合适的阀瓣考 虑事项在美国专利申请公开No. US 2007/0144524A1 (Martin)中有所描述。然而，简而言之，用来形成本发明单向阀中的刚性密封表面可以优选地具有大于 0.02GPa的硬度。可能优选的是，构成刚性密封表面的材料表现出0.05GPa或更高的硬度。 硬度可根据本文提到的“纳米压痕技术”测定。刚性密封表面可以作为基座的一体式部分形成。或者，满足本文所讨论的硬度要 求的刚性密封表面可基本上采用任何适合如此操作的技术附接到基座上，例如粘附、粘结、 焊接、摩擦接合、双色注模等。密封表面可以例如以涂层、薄膜、环等形式存在。可能优选的是，基座和刚性密封表面由相对轻的塑料通过例如注塑成型方法模制 成整体的一体式主体，从而形成为一体式单元，并且刚性密封表面可与基座接合。密封表面 的接触区域优选具有足以与阀瓣形成密封的较大宽度，但不能宽到由例如凝结的水气或排 出的唾液而导致的粘附力使阀瓣更难打开。刚性密封或接触表面的宽度在一些实施例中可 以为至少约0. 2mm,并且可能为约0. 25mm至约0. 5mm。一些可能适用于形成刚性密封表面的材料的实例包括诸如陶瓷、金刚石、玻璃、氧 化锆等高度结晶的材料；由诸如硼、黄铜、镁合金、镍合金、不锈钢、钢、钛和钨等材料制成的 金属/箔。可能合适的聚合材料包括热塑性塑料，例如共聚酯醚、乙烯_丙烯酸甲酯聚合 物、聚氨酯、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯聚合物、高密度聚乙烯、高抗冲聚苯乙烯、线性低密度 聚乙烯、聚碳酸酯、液晶聚合物、低密度聚乙烯、三聚氰胺树脂、尼龙、聚丙烯酸酯、聚酰胺酰 亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏氟乙烯。也 可以使用源于天然的纤维素材料，例如芦苇、纸、以及诸如山毛榉、雪松、枫树、云杉等木材。 也可以使用这些材料的共混物、混和物和复合物。一些可能适用于密封表面的市售材料实 例包括美国专利申请公开No. US2007/0144524 (Martin)的表1中所述的那些材料。作为具有刚性密封表面的单向阀的替代形式，在一些实施例中本发明的单向阀可 以具有回弹性密封表面。具有回弹性密封表面的单向阀和可与回弹性密封表面一起有利地 使用的阀瓣在例如美国专利No. 7，188，622 (Martin等人)中有所描述。结合本发明面罩中单向阀使用的回弹性密封表面如果在使用过程中变形可以优 选地恢复，并且具有小于约0. 02GPa的硬度。优选的是，回弹性密封表面可以具有小于约 0. 015GPa的硬度，更优选地具有小于约0. 013GPa的硬度，还更优选地具有小于约0. OlGPa 的硬度。在一些实施例中，回弹性密封表面可以具有约0. 006GPa至约0. OOlGPa的硬度。只 要表面能在变形时恢复，硬度可甚至小于0. OOlGPa0硬度可根据下面提到的“纳米压痕技 术”测定。回弹性密封表面可以基本上采用适合如此操作的任何技术固定到阀门的基座上， 例如粘附、粘结、焊接、摩擦接合等。或者，密封表面可设计为基座的“一体式”部分，即，基 座和回弹性密封表面可以 计为单个部件而不是随后接合在一起的两个分开部分(双色注模可以例如提供由不同材料制成基座和回弹性密封表面的实用方法)。密封表面可以采 用例如涂层、薄膜、环(如0形环)或泡沫(如蜂窝状的闭孔泡沫)的形式。然而，可能优 选的是，阀门基座的主要部分由相对轻的塑料通过例如注塑成型方法模制成整体的一体式 主体形成，并且回弹性密封表面可与该基座接合。可以制成回弹性密封表面的材料的实例包括那些促进阀瓣与密封表面之间密封 良好的材料。一般来讲，这些材料可以包括既具有热固性又具有热塑性的弹性体，和热塑性
/塑性体。弹性体可以是热塑性弹性体或交联橡胶，可包括橡胶材料，例如，聚异戊二烯、聚 (苯乙烯-丁二烯)橡胶、聚丁二烯、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁 橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚丙烯酸酯弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶、含氟 弹性体、硅橡胶、聚氨酯、氯醚橡胶、环氧丙烷橡胶、聚硫橡胶、聚磷嗪橡胶、胶乳橡胶、苯乙 烯_ 丁二烯_苯乙烯嵌段共聚物弹性体、苯乙烯_乙烯/ 丁烯_苯乙烯嵌段共聚物弹性体、 苯乙烯_异戊二烯_苯乙烯嵌段共聚物弹性体、超低密度聚乙烯弹性体、共聚酯醚弹性体、 乙烯-丙烯酸甲酯弹性体、乙烯_醋酸乙烯弹性体和聚a-烯烃弹性体。也可以使用这些 材料的共混物或混合物。一些可能可用于回弹性密封表面的市售聚合物材料实例包括美国 专利No. 7，028，689 (Martin等人)的表1中所述的那些材料。隔膜/阀瓣考虎事项本发明单向阀中使用的隔膜(以及在其上形成的阀瓣)可以采用多种材料制成各 式各样的形式。无论具体情况如何，在用于本发明单向阀的隔膜上形成的阀瓣优选动态弯 曲或变形，以便在对一个方向上的压力作出响应时打开并且当压力降至所选水平以下时易 于返回关闭位置。阀瓣优选如此构造，除非对空气压力作出响应时打开，否则不论阀门取向如何，阀 瓣均保持在关闭位置。即使阀瓣低于密封表面，阀瓣优选地不会从密封表面上拉起，使得作 用于阀瓣的重力将其从密封表面上拉走。例如，当佩戴者头部朝下弯向地面时等，阀瓣优选 地能够仍保持在关闭位置(除非阀门为呼气阀时佩戴者正在呼气)。在物理形式方面，可能优选的是，隔膜和阀瓣由具有两个相对主表面以及在主表 面之间测得的厚度相对较薄的片材制成。这些片材可由任何合适的技术制成，例如挤出、电 镀、注模、浇铸、溶剂性涂布、气相沉积等。阀瓣通常可以由例如激光切割、水射流切割、放电 加工、模切等多种技术在此类隔膜片材中形成。隔膜和阀瓣可以可供选择地提供为不以片材形式形成的制品。阀瓣可以在制成 隔膜本身的同时在此隔膜上形成，阀瓣也可以在隔膜制成后形成(与由基于片材的隔膜一 样)。不是由片材形成的隔膜和阀瓣可以由任何合适的技术制成，例如电镀、注模、浇铸、溶 剂性涂布、气相沉积、冲压等。与物理形式一样，隔膜也可以由表现出多种物理特性的材料制成。如本文所讨论， 阀瓣可以偏置在密封表面上或非偏置在密封表面上。如果阀门包括偏置阀瓣，隔膜材料可以优选更柔软或回弹性更好的材料。可能适 用于偏置阀瓣的材料和构造的实例在例如授予Japuntich等人的美国专利No. 5，509，436 和5，325，892以及授予Martin等人的美国专利No. 7，028，689中有所描述。如果阀瓣将偏置在密封表面上，可能优选的是阀瓣比结合偏置阀瓣使用的阀瓣更硬挺。非偏置阀瓣中增大的硬挺性优选足以实现在没有作用于密封表面的任何大量预定应 力或偏置的情况下与密封表面良好密封。阀瓣上没有大量预定应力或力可确保中性条件下 在阀门关闭过程中将阀瓣压贴在密封表面上，从而可能使阀瓣能够更容易地打开，并且因 此可减小呼吸时操作阀门所需的力。另外，隔膜/阀瓣的材料虽然硬挺，但优选在阀瓣的启动范围内可弹性变形。 阀瓣可以为单层构造，也可以为将两层或更多层结合起来以为所得复合结构提供所需 物理特性的多层构造。可能适用于提供非偏置阀瓣的材料和阀瓣构造在例如美国专利 No. 7，188，622 (Martin等人)、美国专利No. 7，013, 895 (Martin等人)、和美国专利申请公开 No. US2007/0144524 (Martin)中有所描述。在结合本发明的隔膜和阀瓣表征硬挺性的一种方式中，硬挺性可以描述为隔膜和 阀瓣所用材料的弹性模量的函数。“弹性模量”是应力_应变曲线的直线部分的应力和应变 之比，通过向试件施加轴向载荷并同时测量载荷与变形而得到该曲线。通常，以步进方式或 连续方式对试件施加单轴载荷并测量载荷和应变。本发明中所采用材料的弹性模量可以利 用标准化ASTM试验测得。用于测量弹性模量或杨氏模量的ASTM试验由要在标准条件下分 析的材料的类型或类别确定。ASTM E111-97包含用于结构材料的通用试验，该试验可用于 下述结构材料其中与施加载荷后立即产生的应变相比以及与回弹性性能相比，蠕变可忽 略。用于测量塑料的拉伸特性的标准试验方法在ASTM D638-01中有所描述，其可以用于评 估未增强和增强塑料。如果选择经硫化处理的热固性橡胶或热塑性弹性体用于本发明，则 可采用标准试验方法ASTM D412-98a,该方法涵盖了用于评估这些材料的拉伸特性的过程。挠曲模量是可以用于限定柔性阀瓣的层所用材料的另一种性能。对于塑料，可以 根据标准化试验ASTM D747-99确定挠曲模量。模量值传达固有的材料特性和不能精确比较的组成特性。当阀瓣使用不同类别的 材料时尤其如此。如果阀瓣采用不同类别的材料，则技术人员需要选择最适合于这种材料 组合的试验。例如，如果阀瓣含有在聚合物(连续相或基质)中的陶瓷粉(不连续相)，则 在阀瓣的塑料部分是连续相的情况下，针对塑料的ASTM试验可能是更适合的测试方法。可以根据弹性模量选择阀瓣的厚度，以便为阀瓣提供足够的硬挺性。例如，如果 用来构造隔膜的材料(以及在其上形成的阀瓣)具有较高的弹性模量，则隔膜可以较薄， 使得打开阀瓣所需的力在可接受的范围内。反之，如果用来构造隔膜的材料具有较低的弹 性模量，可能有利的是提供较厚的隔膜，以确保非偏置阀瓣在所有方向上形成合格的密封。 例如，在一些实施例中，对于隔膜和阀瓣材料，可能合格的弹性模量下端可以优选地为约 0. 7MPa(兆帕)或更高、或约0. 8MPa或更高、或约2MPa或更高。在该范围的上端，一些可能 适合的隔膜和阀瓣材料的弹性模量可以为约1. lX106MPa或更低，或约ll，000MPa或更低， 或甚至5，000MPa或更低。在弹性模量范围下端的一些可能合适的隔膜和阀瓣材料可以包括回弹性聚合物 材料。本文所用术语“聚合”是指包含聚合物，所述聚合物是包含有规或无规排列的重复单 元的分子。聚合物可以是天然的或合成的，优选为有机的。回弹性聚合材料可以包括弹性 体、热固性塑料和热塑性塑料、塑性体或它们的共混物。隔膜和阀瓣所用的聚合材料的全部 或一部分可以是经取向的，也可以是未经取向的。可能合适的弹性体可以是热塑性弹性体或交联橡胶，可包括橡胶材料，例如，聚异
18戊二烯、聚(苯乙烯-丁二烯)橡胶、聚丁二烯、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、乙丙橡胶、丁腈 橡胶、氯丁橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、聚丙烯酸酯弹性体、乙烯_丙烯酸橡 胶、含氟弹性体、硅橡胶、聚氨酯、氯醚橡胶、环氧丙烷橡胶、聚硫橡胶、聚磷嗪橡胶、胶乳橡 胶、苯乙烯_ 丁二烯_苯乙烯嵌段共聚物弹性体、苯乙烯_乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物 弹性体、苯乙烯_异戊二烯_苯乙烯嵌段共聚物弹性体、超低密度聚乙烯弹性体、共聚酯醚 弹性体、乙烯-丙烯酸甲酯弹性体、乙烯_醋酸乙烯弹性体和聚a-烯烃弹性体。也可以使 用这些材料的共混物或混合物。可以与上面讨论的材料共混的材料可包括例如聚合物、填 充剂、添加剂、稳定剂等等。处于弹性模量范围下端的一些可能合适的隔膜和阀瓣材料的实 例在美国专利申请公开No. US 2007/0144524 (Martin)的表2中有所描述。处于弹性模量范围较高端的一些可能合适的隔膜和阀瓣材料可以包括诸如陶瓷、 金刚石、玻璃、氧化锆等高度结晶的材料；由诸如硼、黄铜、镁合金、镍合金、不锈钢、钢、钛和 钨等材料制成的金属/箔。可能合适的聚合材料包括热塑性塑料，例如共聚酯醚、乙烯_丙 烯酸甲酯聚合物、聚氨酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物、高密度聚乙烯、高抗冲聚苯乙 烯、线性低密度聚乙烯、聚碳酸酯、液晶聚合物、低密度聚乙烯、三聚氰胺树脂、尼龙、聚丙烯 酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚萘二甲 酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏二氯乙烯、 聚偏氟乙烯。也可使用源于天然的纤维素材料，例如芦苇、纸、以及诸如山毛榉、雪松、枫树、 云杉等木材。也可以使用这些或其他材料的共混物、混合物和复合物。可能适用于第二较 硬挺层的一些市售材料实例在美国专利No. 7，013，895 (Martin等人)的表2中有所描述。可以用来表征隔膜和阀瓣材料的另一种方式是悬臂弯曲率值，可根据下文所述的 悬臂弯曲率试验来测定该值。如果用于隔膜的材料是片料，这种表征可能是更为合适，这样 可得到合适的试件来测定悬臂弯曲率。隔膜和非偏置阀瓣所用材料的弹性模量和厚度的组 合可以优选地导致相对小的悬臂弯曲率。可能优选的是，隔膜和阀瓣材料尽管是柔性的，但 显示出的悬臂弯曲率为约0. 0050或更小，更优选地为约0. 0025或更小，并且可能更优选地 为约0. 0015或更小。如上面所讨论，可以对隔膜和阀瓣的厚度进行选择，以获得所需的物理特性，从而 导致正确操作单向阀。仅作为示例性值，隔膜和阀瓣的厚度可以为约10微米(ym)至约 2000 u m,优选地为约20 ii m至约700 u m,更优选地为约25 y m至约600 u m,但应当理解厚 度在这些范围之外的隔膜和阀瓣也可以仍然在本发明的范围内。面罩构造包括本发明单向阀的面罩可以采用多种形式，包括例如半面罩、全面罩和头罩。如 本文所讨论，单向阀可以结合面罩用作吸气阀或呼气阀。图1示出了一个示例性面罩，本文所述的单向阀可以与其一起使用。在所示实施 例中，面罩主体12适于贴合在人的鼻部和口部上方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。在一些实施例中，面罩主体12可以为 过滤式面罩主体，即其本身是流体可渗透的并且通过面罩主体本身过滤进入内部气体空间 的空气。过滤式面罩主体可能通常设置有开口(未示出)，开口位于单向呼气阀20附接到 面罩主体12的地方，从而使得呼出的空气可通过阀门20逸出内部气体空间而不必穿过面 罩主体12。如果面罩主体12是流体可渗透的，则可由例如授予Martin等人的美国专利
19No. 7，028，689中所述的多层材料构造而成。面罩主体12上呼气阀的一个可能优选位置是恰好位于戴上面罩时佩戴者口部所 处位置的前方。如此设置开口以及随后如此设置阀门20使得阀门更易打开，从而对面罩10 的佩戴者产生的呼气压力作出响应。对于图1所示类型的面罩主体12，面罩主体12的基本 上整个暴露表面对吸入空气是流体可渗透的。面罩主体12可具有如图1所示的弯曲半球形(还可参见授予Dyrud等人的美国 专利No. 4，807，619)，或它可以呈现其他所需要的形状。例如，面罩主体可为杯形面罩，具 有类似于授予Japuntich的美国专利No. 4，827，924中所公开的面罩结构。面罩也可具有 三褶构型，其在不使用时可以折叠平坦，但在使用时可打开成杯状构型，参见授予Bostock 等人的美国专利No. 6，123，077、以及授予Henderson等人的美国专利Des. 431，647和授予 Bryant等人的Des. 424，688。本发明的面罩也可以具有许多其他构型，例如授予Chen的美 国专利Des. 443，927中公开的平面双褶面罩。面罩主体也可为流体不可渗透的并具有与其 连接的滤筒，类似于授予Burns和Reischel的美国专利No. 5，062，421中所示的面罩。此外，面罩主体还可改造为用于正压空气吸入，这与刚才所述的负压面罩相反。 正压面罩的实例在授予Grarmis等人的美国专利No. 5，924，420和授予Braun等人的 4，790，306中示出。过滤式面罩的面罩主体也可连接到为佩戴者供应洁净空气的自给式呼 吸器，如例如美国专利No. 5，035，239和4，971，052中所公开的呼吸器。面罩主体可以被构造为不仅包覆佩戴者的鼻部和口部(称为“半面罩”)，还也可 包覆眼睛(称为“全面罩”)，以便为佩戴者的视线以及佩戴者的呼吸系统提供保护，参见例 如授予Reischel等人的美国专利No. 5，924，420。面罩主体可以与佩戴者面部隔开，也可 以紧贴或紧邻佩戴者面部。在任一种情况中，所述面罩有助于限定内部气体空间，呼出空 气在通过呼气阀离开面罩内部之前会经过所述内部气体空间。面罩主体也可在其周边具 有热致变色的贴合性指示密封物，以使佩戴者易于确定是否形成了良好的贴合，参见授予 Springett 等人的美国专利 No. 5，617，849。为了使面罩在佩戴者面部保持很好的贴合，面罩主体可配备带具，例如带子15、 绑带或任何其他合适的装置，用以支承佩戴者面部上的面罩。适用的面罩带具实例在授 予Brostrom等人的美国专利No. 5，394，568和6，062，221以及授予Byram的美国专利 No. 5，464，010 中示出。面罩主体12上可布置包括极软的柔性金属(如铝)带的鼻夹16，从而使得其成形 为使面罩在佩戴者鼻子上保持期望的贴合关系。一种合适的鼻夹实例在授予Castiglione 的美国专利No. 5，558，089和Des. 412，573中示出。测试设备和方法硬度测量采用纳米压痕技术测定阀座中所用材料的硬度。采用纳米压痕技术既可以测 试用于密封表面应用的原料样品，也可以测试结合为阀组件一部分时的密封表面。这种 测试通过采用微压痕装置MTS Nano XP微机械测试仪(得自MTS Systems Corp. , Nano Instruments Innovation Center lOOlLarson Drive, Oak Ridge Tenn. , 37839)进行。使 用此装置，测得Berkovich型锥形金刚石压头(半锥夹角为65度)的渗透深度为所施加力 的函数，所施加的最大力为最大载荷。标称加载速率为10纳米/秒(nm/s)，表面接近灵敏度为40 %，空间漂移给定值设置为0. 8nm/s (最大)。对所有测试均使用恒定应变速率实验 至深度为5，OOOnm，但熔融硅石校准用标准物除外，在这种例外情况下，采用恒定应变速率 至最终载荷为100，000微牛顿。应变速率、谐波位移和泊松比的目标值分别为0. 05秒-1、 45赫兹和0.4。将试样固定于固定器中后，通过测试设备的视频屏幕从顶部朝下的视图方 向确定要测试的目标表面的位置。采用测试设备的100倍视频放大倍率来局部选择测试区 域，以确保测试区域对于所需样品材料而言具有代表性，即没有空隙、内含物或碎片。在测 试过程中，对每一轮实验进行一次熔融石英标准物测试作为“证明”。测试前，通过迭代过程 对显微镜光轴和压头轴之间的轴对齐进行检查和校准，在迭代过程中，在熔融石英标准物 中产生测试压痕，由测试设备中的软件进行误差校正。测试系统在连续硬挺性测量(CSM) 模式下工作。以兆帕(MPa)或千兆帕(GPa)为单位记录的硬度定义为试样开始塑性流动 的接触应力阈值，并由下式给出H=硬度P =载荷A =接触面积悬臂弯曲率通过测量试样在其自身重量下的弯曲长度，悬臂弯曲测试可用于表征材料薄带的 硬挺性。切下0.794cm宽、约5cm长的材料薄带，制成试样。试样平行于其长度的方向、在 水平面边缘90°处滑动。在1.5cm(伸出的长度)的材料超出边缘后，测量试样带末端的最 低边缘至水平面的竖向距离，即为试样的挠度。试样的挠度除以其伸出的长度即得到悬臂 弯曲率。与趋近为零的悬臂弯曲率相比，悬臂弯曲率趋近于一(1)表明柔性更好。本文引用的专利公开说明书、专利文献和出版物的全部内容均以引用的方式全文 并入本文，如同每个文件都单独引用一样。本文讨论了本发明的示例性实施例并且提及了本发明范围内的可能变型。在不脱 离本发明范围的前提下，对于本领域内的技术人员来说，本发明中以上和其他变型和修改 形式将显而易见，并且应当理解本发明并不限于本文所述的示例性实施例。因此，本发明仅 受以下所提供的权利要求书及其等同形式限制。
权利要求
一种面罩，包括面罩主体，其适于至少贴合在人的鼻部和口部上，以帮助在佩戴时限定内部气体空间；以及单向阀，其允许所述内部气体空间和外部气体空间流体连通，所述单向阀包括附接到所述面罩主体的基座，所述基座包括两个或更多个开口，气体能够通过所述开口在所述内部气体空间与所述外部气体空间之间穿过，所述两个或更多个开口中的每个开口被环绕所述开口延伸的密封表面包围；设置在所述基座上的静止隔膜，所述隔膜在所述两个或更多个开口及其相应的密封表面上方延伸；在所述隔膜里形成的两个或更多个阀瓣，所述两个或更多个阀瓣中的一个阀瓣位于所述两个或更多个开口中的每个开口上方，并且所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣包括铰链和穿透所述隔膜形成的边界槽，所述阀瓣沿着所述铰链附接到所述隔膜，所述边界槽限定了所述阀瓣的自由边缘，所述自由边缘从第一末端延伸至第二末端，并且所述铰链在所述阀瓣的所述自由边缘的所述第一末端和所述第二末端之间延伸；以及其中所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣包括关闭位置，在所述关闭位置所述阀瓣接触环绕所述开口延伸的所述密封表面，所述阀瓣位于所述开口上方以关闭所述开口，并且所述阀瓣还包括打开位置，在所述打开位置所述阀瓣的至少一部分从所述密封表面升起，使得气体能够在所述内部气体空间与所述外部气体空间之间穿过。
2.根据权利要求1所述的面罩，其中所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣的所述边界 槽具有的槽宽使得所述阀瓣的所述自由边缘与所述隔膜的越过所述边界槽的相对边缘间 隔开。
3.根据权利要求1所述的面罩，其中所述阀瓣中至少一个阀瓣的所述铰链包括形成于 所述隔膜中的划线。
4.根据权利要求1所述的面罩，其中所述阀瓣中至少一个阀瓣的所述铰链包括一个或 多个穿透所述隔膜形成的铰链槽和一个或多个将所述阀瓣连接到所述隔膜的停靠部分。
5.根据权利要求1所述的面罩，其中位于所述两个或更多个开口上方的所述两个或 更多个阀瓣在同一方向上取向，使得一个阀瓣的所述自由边缘与另一个阀瓣的所述铰链邻 接，并且所述阀瓣的所述铰链彼此大致平行。
6.根据权利要求1所述的面罩，其中每个密封表面包括平坦的密封表面，并且环绕所 述两个或更多个开口中的每个开口延伸的所述平坦的密封表面位于同一平面内。
7.根据权利要求1所述的面罩，其中每个密封表面包括平坦的密封表面，并且环绕所 述两个或更多个开口中的每个开口延伸的所述平坦的密封表面位于不同平面内。
8.根据权利要求1所述的面罩，其中所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣在处于所述 关闭位置时不偏置在其密封表面上。
9.根据权利要求1所述的面罩，其中所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣在处于所述 关闭位置时偏置在其密封表面上。
10.根据权利要求1所述的面罩，其中环绕所述两个或更多个开口中的每个开口延伸 的所述密封表面包括回弹性密封表面。
11.根据权利要求1所述的面罩，其中所述面罩主体包括过滤式面罩主体，并且所述单向阀包括呼气阀。
12.根据权利要求1所述的面罩，其中所述单向阀还包括附接到所述基座的盖子，所述 隔膜位于所述盖子与所述基座之间，所述盖子包括针对所述两个或更多个开口中每个开口 的排气结构，每个排气结构限定了穿过所述盖子的明显不同的流体通道，以便气体通过所 述两个或更多个开口中的每个开口。
13.根据权利要求12所述的面罩，其中对所述隔膜上的每个阀瓣来说，所述排气结构 包括放气窗，所述放气窗具有设置为保持所述隔膜靠近所述基座的边缘。
14.根据权利要求12的面罩，其中每个排气结构包括位于所述开口对面的主排气口和 位于所述开口一侧的侧排气口。
15.一种面罩，包括面罩主体，其适于至少贴合在人的鼻部和口部上，以帮助在佩戴时限定内部气体空间；以及单向阀，其允许所述内部气体空间和外部气体空间流体连通，所述单向阀包括 附接到所述面罩主体的基座，所述基座包括两个或更多个开口，气体能够通过所述开 口在所述内部气体空间与所述外部气体空间之间穿过，所述两个或更多个开口中的每个开 口被环绕所述开口延伸的密封表面包围；位于所述两个或更多个开口中每个开口上方的阀瓣，并且每个阀瓣包括静止部分和可 移动部分，铰链位于所述静止部分与所述可移动部分之间，并且每个阀瓣包括在所述铰链 外环绕所述阀瓣的所述可移动部分延伸的自由边缘；其中每个阀瓣包括关闭位置，在所述关闭位置所述阀瓣的所述可移动部分接触环绕所 述开口延伸的所述密封表面，所述阀瓣位于所述开口上方以关闭所述开口，并且所述阀瓣 还包括打开位置，在所述打开位置所述阀瓣的所述可移动部分从所述密封表面升起，使得 气体能够在所述内部气体空间与所述外部气体空间之间穿过；以及此外，位于所述两个或更多个开口上方的所述阀瓣在同一方向上取向，使得一个阀瓣 的所述自由边缘与另一个阀瓣的所述铰链邻接，并且所述阀瓣的所述铰链彼此大致平行。
16.根据权利要求15所述的面罩，其中所述阀瓣中至少一个阀瓣的所述铰链包括划线。
17.根据权利要求15所述的面罩，其中所述阀瓣中至少一个阀瓣的所述铰链包括穿透 所述阀瓣形成的一个或多个铰链槽、以及一个或多个停靠部分，通过所述停靠部分将所述 阀瓣的所述可移动部分连接到所述阀瓣的所述静止部分。
18.根据权利要求15所述的面罩，其中每个密封表面包括平坦的密封表面，并且环绕 所述两个或更多个开口中的每个开口延伸的所述平坦的密封表面位于同一平面内。
19.根据权利要求15所述的面罩，其中每个密封表面包括平坦的密封表面，并且环绕 所述两个或更多个开口中的每个开口延伸的所述平坦的密封表面位于不同平面内。
20.根据权利要求15所述的面罩，其中所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣在处于所 述关闭位置时不偏置在其密封表面上。
21.根据权利要求15所述的面罩，其中所述两个或更多个阀瓣中的每个阀瓣在处于所 述关闭位置时偏置在其密封表面上。
22.根据权利要求15所述的面罩，其中环绕所述两个或更多个开口中的每个开口延伸的所述密封表面包括回弹性密封表面。
23.根据权利要求15所述的面罩，其中所述面罩主体包括过滤式面罩主体，并且所述 单向阀包括呼气阀。
24.根据权利要求15所述的面罩，其中所述单向阀还包括附接到所述基座的盖子，所 述阀瓣位于所述盖子与所述基座之间，所述盖子包括针对所述两个或更多个开口中每个开 口的排气结构，每个排气结构限定了穿过所述盖子的明显不同的流体通道，以便气体穿过 所述两个或更多个开口中的每个开口。
25.根据权利要求24所述的面罩，其中对于每个阀瓣，所述排气结构包括放气窗，所述 放气窗具有设置为保持所述阀瓣靠近所述基座的边缘。
26.根据权利要求24所述的面罩，其中每个排气结构包括位于所述开口对面的主排气 口和位于所述开口一侧的侧排气口。
27.一种面罩，包括面罩主体，其适于至少贴合在人的鼻部和口部上，以帮助在佩戴时限定内部气体空间；以及单向阀，其允许所述内部气体空间和外部气体空间流体连通，所述单向阀包括附接到所述面罩主体的基座，所述基座包括开口，气体能够通过所述开口在所述内部 气体空间与所述外部气体空间之间穿过，所述开口被环绕所述开口延伸的密封表面包围；位于所述开口上方的阀瓣，所述阀瓣包括静止部分和可移动部分，铰链位于所述静止 部分与所述可移动部分之间；其中所述阀瓣包括关闭位置，在所述关闭位置所述阀瓣接触所述密封表面以关闭所述 开口，并且所述阀瓣还包括打开位置，在所述打开位置所述阀瓣的所述可移动部分从所述 密封表面升起，使得气体能够在所述内部气体空间与所述外部气体空间之间穿过；此外，所述铰链包括一个或多个穿透所述阀瓣形成的铰链槽、以及一个或多个停靠部 分，通过所述停靠部分将所述阀瓣的所述可移动部分连接到所述阀瓣的所述静止部分，当 所述阀瓣处于所述关闭位置时，所述一个或多个铰链槽位于所述密封表面外。
28.根据权利要求27所述的面罩，其中所述铰链槽沿直线布置。
29.根据权利要求27所述的面罩，其中所述密封表面包括平坦的密封表面。
30.根据权利要求27所述的面罩，其中所述阀瓣在处于所述关闭位置时不偏置在其密 封表面上。
31.根据权利要求27所述的面罩，其中当所述阀瓣处于所述关闭位置时，所述阀瓣偏 置在其密封表面上。
32.根据权利要求27所述的面罩，其中所述密封表面包括回弹性密封表面。
33.根据权利要求27所述的面罩，其中所述面罩主体包括过滤式面罩主体，并且所述 单向阀包括呼气阀。
全文摘要
本发明公开了包括单向阀的面罩。所述单向阀使得由所述面罩和佩戴者限定的内部气体空间与所述面罩外的外部气体空间流体连通。所述单向阀包括一个或多个阀瓣，所述阀瓣设置在所述阀门的所述基座上形成的开口上方。每个所述阀瓣包括自由边缘和与所述自由边缘大致相对的铰链。
文档编号A62B23/02GK101878055SQ200880117995
公开日2010年11月3日 申请日期2008年10月13日 优先权日2007年11月27日
发明者菲利普·G·马丁, 迈克尔·K·多姆勒泽 申请人:3M创新有限公司