TWI744543B - 用於呼吸面罩之單向呼氣閥及用於該單向呼氣閥之膜 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例包括用於諸如面罩之呼吸裝置的單向呼氣閥。前述閥打開以將空氣放出於面罩之內部外，且關閉以防止環境空氣的流入。前述閥由閥體、閥蓋及膜構成。前述膜藉由前述閥蓋圍繞其周邊緊固至前述閥體。前述膜由兩個或更多個瓣構成，前述兩個或更多個瓣在遠離前述閥體之方向上朝向中央區撓曲以打開前述單向閥。

Description

用於呼吸面罩之單向呼氣閥及用於該單向呼氣閥之膜
本發明係關於呼吸裝置，且更特定言之，係關於用於諸如面罩之呼吸裝置的單向閥，該單向閥用於釋放呼出空氣且阻止環境空氣之流入。
覆蓋佩戴者之鼻子及口部的面罩常常被佩戴以過濾來自環境空氣之氣載顆粒。典型呼吸面罩包括藉由封閉鼻子及口部與面部形成密封的過濾材料。此等面罩之共同特徵為單向呼氣閥。該閥允許呼出空氣自面罩主體淨化，而與面罩之過濾材料相比對氣流具有較小阻力。此情形藉由促進呼出空氣之釋放而改良面罩的舒適度及效力。因為其為單向的，所以吸入空氣經指引通過面罩之過濾部分。
呼氣閥通常包括藉由可撓性膜所密封之開口。可撓性膜在一邊緣處附接至基座。該膜用面罩主體中之中性或負壓力在開口之上形成密封。該膜用正壓力撓曲開放以打開閥。自由邊緣釋放密封且允許空氣通過閥。藉由此設計，空氣在一方向上(亦即，向外)通過呼氣閥。
單向閥固有地對氣流引起阻力。氣壓係需要的以藉由使膜撓曲來打開閥。空氣接著轉向通過圍繞膜之路徑。呼出 空氣歸因於此阻力可能不會充分地自面罩淨化。該問題對於較大的內部呼吸器空間(亦即，更大的死空間(dead space))為更明顯的。此外，在淺呼吸之情況下，正壓力可能不足以藉由使膜撓曲來打開閥。此情形減小了呼吸器之效力。佩戴者可能會經歷面罩中之較高溫度、濕度及二氧化碳位準。近期努力係集中於改良密封及減小對呼氣閥中之氣流的阻力。
舉例而言，美國專利4,414,973描述了一種具有閥之面罩，該閥具有在其中心處緊固的圓膜。該閥在膜之邊緣撓曲以允許空氣通過該閥時在呼氣期間打開。該膜包括藉由壓差撓曲之可撓***錯肋狀物。儘管該設計可提供一些改良，但呼出空氣必須遵循經轉向路徑。如同習知設計，此情形對呼出空氣之向外流動產生阻力。
類似地，美國專利2016/0074682描述了一種在中心點處緊固至基座之圓膜。該膜具有意欲增加其可撓性且減小在呼氣期間對氣流之阻力的「蝴蝶」形狀。然而，該膜充當為習知閥，且呼出空氣亦必須遵循經轉向路徑。
美國專利4,934,362描述了一種在中心處緊固且用面罩主體內部之正壓力在兩個末端上捲起的矩形形狀膜。該膜上之圓形可撓性瓣允許其部分在使用者呼氣時移位。如同習知設計，呼出空氣必須迫使該膜開放且接著遵循圍繞該膜之路徑。此情形產生阻力氣流，且限制經淨化之呼出空氣的量。
在單向閥之其他設計中，可撓性膜係關於開口偏心地安裝。參見例如美國專利5,325,892及美國專利8,365,771。此情形可幫助降低打開閥所必要之呼氣壓力。然而，如同其他習知閥，空氣必須遵循經轉向路徑以退出產生阻力之呼吸器。
儘管此等設計可提供改良，但其固有地對呼出空氣 之向外流動產生阻力。為此原因，呼出空氣可能不會有效地自面罩淨化。此外，呼出空氣被推動通過吸收熱量及水分之過濾材料。此情形可能導致不適，尤其在面罩被佩戴歷時延長之時段時。
因此，仍需要用於呼吸裝置之經改良的單向呼氣閥。其應維持牢固密封以阻止空氣在吸氣期間進入，且在呼氣期間對流出面罩之空氣流具有低阻力。
以下概述經提供以促進對對於所揭示實施例為獨特的創新特徵中之一些特徵的理解，且不欲為完整描述。本文所揭示之實施例之各種態樣的全面瞭解可藉由整體考慮整個說明書、申請專利範圍、圖式及摘要而得到。
實施例包括一種用於諸如面罩之呼吸裝置的單向閥。前述單向閥包括閥體、閥蓋及膜。前述膜藉由前述閥蓋圍繞周邊區緊固至前述閥體。前述膜由具有兩個或更多個瓣之可撓性材料構成，前述兩個或更多個瓣獨立地移動以使得每一瓣在鉸鏈區處撓曲。前述膜在前述兩個或更多個瓣在遠離前述閥體之方向上撓曲時在中央區處開放。前述閥自呼吸裝置之主體區內的正壓力打開。
前述膜在密封表面處與前述閥體形成密封。前述密封表面可具有實質上平坦形狀或彎曲形狀。前述膜在安裝表面處緊固至前述閥體。前述安裝表面可具有實質上平坦形狀或彎曲形狀。前述安裝表面可由一或多個點構成，在前述一或多個點處，前述膜貼附至前述閥體及/或前述閥蓋。
前述膜之前述瓣可藉由前述膜中之切口形成，且可在鉸鏈區處或附近撓曲。前述瓣可自前述膜中之曲面頂點形 成。在替代例中，前述膜可由一或多個面板構成。
實施例亦包括一種用於單向閥之膜。前述膜包含具有兩個或更多個瓣之可撓性材料，前述兩個或更多個瓣獨立地移動以使得每一瓣在鉸鏈區處撓曲。前述膜圍繞周邊區緊固至前述單向閥之閥體。前述膜在前述瓣在遠離前述閥體之方向上撓曲時開放。
[概論]
在第一實施例中，提供一種用於諸如面罩之呼吸裝置的單向閥。
在第二實施例中，提供一種單向閥，其由閥蓋、膜及閥體構成。
在第三實施例中，提供一種用於單向閥之膜，其具有一或複數個可撓性瓣，該一或複數個可撓性瓣在佩戴者吸氣時關閉閥且在佩戴者呼氣時打開閥。
在第四實施例中，提供一種用於單向閥之膜，其具有一或複數個可撓性瓣，該一或複數個可撓性瓣在佩戴者呼氣時打開閥來以最小阻力允許空氣流動。
在第五實施例中，提供一種具有彎曲的密封表面之單向閥，在該彎曲的密封表面處，膜與閥體形成密封。
在第六實施例中，提供一種具有彎曲的安裝表面之單向閥，在該彎曲的安裝表面處，膜緊固至閥體。
在第七實施例中，提供一種膜，該膜由多個可撓性瓣構成，該等瓣在鉸鏈區處撓曲以使膜開放。
100:面罩
105:閥
110:膜
115:面罩主體
120:瓣
125:鉸鏈區
155:安裝表面
160:密封表面
165:閥蓋
170:閥體
175:中央點
180:中央區
185:肋狀物部分
205:閥
當結合所附圖式閱讀時，更好地理解上文之概述，以及說明性實施例的以下詳細描述。為說明本揭示案之目的， 本揭示案之示範性構造展示於圖式中。然而，本揭示案不限於本文所揭示之特定方法及手段。此外，熟習此項技術者將理解，圖式並未按比例繪製。在任何可能之處，相同元件已藉由等同數字指示。
圖1描繪根據一實施例的具有呼氣閥之呼吸面罩。
圖2描繪根據一實施例之呼氣閥的橫截面圖。
圖3A描繪根據一實施例的呼氣閥之組件的分解視圖。
圖3B描繪根據一實施例的具有四個對稱瓣之呼氣閥膜的俯視圖。
圖4描繪根據一實施例的在膜與閥體之間具有接觸區域之呼氣閥膜的俯視圖。
圖5A描繪根據一實施例的具有四個對稱瓣之膜。
圖5B描繪根據一實施例的在瓣之間具有間距(亦即，間隙)之膜。
圖5C描繪根據一實施例的具有具曲面頂點之瓣的膜。
圖5D描繪根據一實施例的具有四個彎曲瓣且在瓣之間具有間距之膜。
圖6描繪根據一實施例的具有彎曲的密封表面之呼氣閥的橫截面圖。
圖7A描繪根據一實施例的在膜閉合時之呼氣閥的俯視圖。
圖7B描繪根據一實施例的在膜閉合時之呼氣閥的仰視圖。
圖7C描繪根據一實施例的在膜閉合時之呼氣閥的 透視圖。
圖7D描繪根據一實施例的在膜閉合時之呼氣閥的橫截面圖。
圖8描繪根據一實施例的呼氣閥之橫截面圖及在吸氣期間作用於閥上之力。
圖9A描繪根據一實施例的在膜開放時之呼氣閥的俯視圖。
圖9B描繪根據一實施例的在膜開放時之呼氣閥的仰視圖。
圖9C描繪根據一實施例的在膜開放時之呼氣閥的透視圖。
圖9D描繪根據一實施例的在膜開放時之呼氣閥的橫截面圖。
圖10描繪根據一實施例的呼氣閥之橫截面圖及在呼氣期間之氣流的路徑。
圖11A描繪根據一實施例的具有兩個矩形瓣之膜。
圖11B描繪根據一實施例的具有兩個彎曲瓣之膜。
圖11C描繪根據一實施例的具有較長鉸鏈區之具有兩個彎曲瓣的膜。
圖11D描繪根據一實施例的具有兩個橢圓形瓣之膜。
圖11E描繪根據一實施例的具有兩個三角形瓣之膜。
圖11F描繪根據一實施例的具有三個三角形瓣之膜。
圖11G描繪根據一實施例的具有四個對稱瓣之膜。
圖11H描繪根據一實施例的具有五個三角形瓣之膜。
圖11I描繪根據一實施例的具有六個三角形瓣之膜。
圖11J描繪根據一實施例的包含相等大小及形狀之四個面板的膜。
圖11K描繪根據一實施例的具有非等同瓣之膜。
圖12A描繪根據一實施例的具有兩個矩形瓣之矩形形狀膜。
圖12B描繪根據一實施例的具有彎曲瓣之矩形形狀膜。
在此等非限制性實例中所論述之特定值及組態可變化且僅引用來說明至少一實施例且不欲限制其範疇。
在本說明書中對「一實施例/態樣」或「實施例/態樣」之引用意謂著，結合實施例/態樣所述之特定特徵、結構或特性包括於本揭示案的至少一實施例/態樣中。短語「在一實施例/態樣中」或「在另一實施例/態樣中」在本說明書中各處的使用未必均指代同一實施例/態樣，且未必為與其他實施例/態樣相互排斥的單獨或替代性實施例/態樣。此外，可藉由一些實施例/態樣展現且並非藉由其他實施例/態樣展現之各種特徵得以描述。類似地，可為針對一些實施例/態樣而非其他實施例/態樣之要求的各種要求得以描述。在某些例子中，實施例及態樣可為可互換地使用的。
在本說明書中所使用之術語在此項技術中、在本揭示案之上下文內及在使用每一術語之特定上下文中大致具有其 普通含義。用以描述本揭示案之某些術語在下文中或在本說明書之其他處得以論述，以關於本揭示案之描述對於從業者提供額外導引。為便利起見，某些術語可例如使用斜體字及/或引號來凸顯：凸顯之使用對術語之範疇及含義不具有影響；術語的範疇及含義在相同上下文中為相同的，不論其是否被凸顯。將瞭解，同樣的事情可以一種以上方式來敘述。
因此，替代性語言及同義字可用於本文所論述之術語中的任何一或多者。無論術語是否在本文中詳細闡述或論述，均不會對其施加任何特殊意義。用於某些術語之同義字得以提供。一或多個同義字之敘述並不排除其他同義字的使用。包括本文所論述之任何術語之實例的實例在本說明書中任何地方之使用僅為說明性的，且不欲進一步限制本揭示案或任何例示術語的範疇及含義。同樣，本揭示案不限於本說明書中所給出之各種實施例。
不欲進一步限制本揭示案之範疇，根據本揭示案之實施例的儀器、設備、方法及其相關結果的實例在下文中給出。請注意，標題或子標題可為了讀者之便利而在實例中使用，其絕不應限制本揭示案之範疇。除非另有定義，否則本文所使用之所有技術及科學術語具有與一般熟習本揭示案所屬之技術者通常所理解的含義相同的含義。在發生衝突之狀況下，本文件(包括定義)將起控制作用。
術語「機械過濾器」指代呼吸器，該呼吸器藉由用呼吸器之纖維截留及阻塞而主要地保留諸如灰塵的微粒物質。
術語「膜」或「隔膜」指代形成氣密密封作為閥之組件的薄的可撓性片(例如，橡膠、聚矽氧或塑膠)。
術語「N95呼吸器」指代呼吸保護裝置，該呼吸保 護裝置經設計以達成緊密面部配合及氣載顆粒之有效過濾，使得呼吸器阻止至少95%的非油氣微粒。
本文所使用之其他技術術語在其經使用之技術中具有其普通含義，如藉由多種技術詞典所例示。
[較佳實施例之描述]
圖1描繪根據一實施例的包括單向閥105之面罩100。在正常使用期間，面罩主體115覆蓋佩戴者之口部及鼻子。傳入空氣(亦即，環境空氣)係經由面罩主體115過濾以保護佩戴者以免吸入空氣中的可能潛在地有害之灰塵、細菌或其他微粒物質。面罩可經製成以用於多次或一次性使用(亦即，用完即可丟棄的)。面罩主體115可包含空氣過濾多孔(亦即，空氣淨化)材料及呼氣閥105。在此設計中，單向閥105係偏心地安裝。
當面罩之佩戴者吸氣時，呼氣閥保持關閉。環境空氣隨著其通過面罩主體之過濾材料而經過濾。抵靠閥體之緊密膜密封確保進入面罩主體之空氣經過濾。鬆散密封可允許不合需要之氣載微粒進入面罩主體。
當佩戴者呼氣時，呼氣閥打開且空氣主要經由閥排出面罩，此係由於該閥為最小阻力之較佳路徑。將瞭解，小量之呼出空氣可通過面罩自身之過濾材料，但與通過閥之路徑相比具有多得多的阻力。在呼氣期間，歸因於暢通無阻之閥開口，空氣以與吸氣期間相比較小的阻力流過閥。此單程閥行動促進了呼出空氣自面罩內之移除以改良針對佩戴者的舒適度，同時亦確保吸入空氣經過濾。
單向閥由膜110構成，膜110對在面罩主體外部或面罩主體內部經指引抵靠其之氣壓作出回應。在吸氣期間，面罩主體內部之壓力減小，使得膜110保持於經密封位置且閥保持關 閉。此情形防止空氣流過閥，使得吸入空氣被吸引通過面罩之過濾材料。在呼氣期間，面罩內部之壓力增大，使得閥打開且針對呼出空氣向外流過閥且進入周圍環境提供最小阻力的較佳路徑。
在習知呼氣閥中，膜通常在一外圍邊緣或部分處緊固至閥體，其中剩餘外圍邊緣或部分為自由的(亦即，未緊固或未附接)；或膜在其中心處緊固或針紮(pinned)至閥體，其中全部外圍邊緣為自由的。在此等習知閥設計兩者中，閥起作用以圍繞膜之外圍邊緣及自由部分打開以允許空氣流過。當膜之自由部分圍繞膜之外圍邊緣及自由部分抵靠閥體緊密就位(亦即，附接或緊固)時，此等習知閥設計為關閉的。
圍繞膜之至少外圍邊緣打開的習知呼氣閥需要合理地高量之力及氣壓來移動膜且打開閥，使得空氣可流過。因此，為了促進習知膜之移動，在閥處所指引之呼出空氣的流動受到妨礙且必須重新指引至膜之至少外圍邊緣，從而導致增大之氣流阻力。
本文所述之本發明的實施例包括與習知閥相比對呼出空氣流具有較小阻力之單向閥。詳言之，替代於在邊緣或中心處緊固膜，膜係圍繞其周邊而緊固，而無需在其中心點或中間部分處緊固或附接膜。膜劃分為沿著鉸鏈區撓曲之至少兩個瓣或面板，以回應於適當的氣壓及呼出空氣流打開中央區或孔口中之閥。
圖2描繪根據一實施例之閥105的橫截面圖。閥蓋165將膜緊固至閥體170上之實質上平坦的密封表面160。膜貼附或緊固至閥體之區域被稱為安裝表面155。中央點175及中央區180亦得以描繪，其中膜開放。
圖3A描繪閥105之組件的分解視圖。閥蓋165將膜110緊固至閥體170。膜為圍繞其周邊緊固之單件材料。膜可在圍繞膜之周邊的一或複數個特定位置處緊固至閥體，而不會使閥之功能折衷。如所描繪，膜可在彼此等距之四個點處緊固。膜可經由各種構件緊固至閥體，該等構件諸如閥體上的與位於膜中之一或複數個互補孔洞緊密地配合的一或複數個凸起。然而，熟習此項技術者將瞭解將膜緊固至閥體之其他構件。舉例而言，膜可經由圍繞膜之周邊延伸的單一接觸點來緊固。在一實施例中，膜周邊可藉由在閥蓋與閥體之間且更特定言之在閥蓋與閥體之安裝表面之間針紮而部分地或整體地緊固且保持於適當位置。
膜中之切口或狹縫允許膜瓣的形成，其中每一瓣之內部分或自由末端能夠朝向閥蓋165及遠離閥體撓曲，使得開口在閥之中央區處形成。膜准許空氣僅在一方向上流動。膜之周邊(亦即，外環)用針對膜瓣之切口保持其結構剛性。
閥體之肋狀物部分185橫貫跨越閥體170之中心且彙聚，以跨越其中央區180形成十字形。當閥關閉時，膜瓣就位為抵靠此等肋狀物以防止空氣流過閥。肋狀物部分185允許膜瓣朝向閥蓋165撓曲，且防止膜瓣在相反方向上撓曲。此情形向閥給出其「單向」品質，此係由於空氣可僅自閥體170通過閥蓋165流至周圍環境。
多瓣閥之設計用最緊湊閥總成達成最大的氣道表面開口，此係由於瓣朝向彼此面向內且彼此連接。此膜設計最小化允許更多氣流流過膜之死空間，同時仍維持其他特徵，諸如膜之實體完整性及膜在閥處於任何方位的同時維持密封的能力。
圖3B描繪根據一實施例之膜110的俯視圖。膜110由切割為四個瓣120(亦即，區段或面板)之薄的可撓性材料構成。在此設計中，膜110為圓形的且中心部分劃分為相等大小及形狀之四個瓣。每一瓣可獨立於鉸鏈區125撓曲，以在中央區180處打開閥。鉸鏈區之長度可變化(亦即，具有額外或減少之截口)，以調整鉸鏈區處的可撓性。膜圍繞其周邊緊固至閥體170。閥蓋165將膜緊固至閥體170。
圖4描繪在膜與閥體之間具有接觸區域之膜的俯視圖。膜間隙存在於瓣與界定鉸鏈區之區域之間。膜瓣120之自由邊緣就位於肋狀物部分185之密封表面之上且抵靠該密封表面。虛線表示閥體170之開放區域，同時亦界定閥體170的肋狀物部分185。如所示，藉由膜切口所形成之膜間隙與閥體170之周邊及肋狀物部分185對準。空氣在閥打開時流過開放區域。當閥關閉時，膜經密封且抵靠肋狀物部分185緊密地就位以覆蓋閥體170之開放區域。
藉由面罩主體內部之中性或負的氣壓(在吸氣期間)，膜110之瓣120保持閉合以維持牢固密封。此情形防止未經過濾之空氣流至面罩主體中。藉由正氣壓(在呼氣期間)，瓣120撓曲開放。此情形允許呼出空氣以最小阻力流過閥105且流出面罩主體115外。
膜之每一瓣可撓曲或彎曲以允許來自面罩內之空氣流過中央區或孔口且放出於面罩外。此情形允許流動之呼出空氣的路徑用自其原始軌跡之最小偏離垂直於閥體之開口經由閥排出。空氣遇到最小阻力，此係因為其不會轉向至膜之外圍邊緣，而是通過膜的中央區。因此，單向閥之優點為允許空氣以藉由閥瓣所引起之最小阻力自由地流過閥的能力。結果，與 類似大小之習知閥相比，更多空氣可流過閥。此外，瓣在吸氣期間維持牢固密封以關閉閥，以確保吸入空氣經由面罩材料過濾。
膜內之每一瓣包含在中央區180處之自由末端及對應於鉸鏈區125的固定末端，此等末端大致彼此相對地定位。瓣可以徑向、圓形、橢圓形及/或矩形方式配置，其中每一瓣之自由末端開放以允許空氣垂直於閥流過中央區。在一實施例中，瓣之自由末端彼此鄰近地定位。在另一實施例中，在瓣之間存在小間隙，以便防止瓣在其返回以抵靠密封表面160擱置及就位時重疊。瓣在垂直於閥體之方向上以排出空氣之方向開放。
圖5A至圖5D描繪膜之替代性設計。每一設計可包括相應閥體，使得膜之每一瓣在閥體170之密封表面160的接觸區域(未圖示)處形成密封。圖5A描繪具有相等大小之四個對稱瓣的膜。瓣可藉由沿直線切穿膜以形成十字切形狀來形成。垂直於「十字切」之切口或壓痕縮短鉸鏈區的長度。
多個瓣在膜中之使用為大致較佳的，此係由於其可減小對氣流之阻力，因此增大氣流通過閥的體積。舉例而言，具有四個瓣之膜與具有單一大瓣之膜相比呈現較小阻力。四個瓣中之每一者可用與使單一大瓣撓曲所必要之力相比較小的力撓曲。又，當閥打開時，具有四個瓣之設計可針對氣流產生較大的中央區。
圖5B描繪在每一瓣之間具有間距(亦即，間隙)之類似設計的膜。膜瓣之間的間距可防止瓣在其抵靠閥體之肋狀物部分形成密封時重疊。瓣之重疊可影響密封之完整性且允許未經過濾之空氣進入面罩主體。圍繞周邊之脊狀物可用於對準閥體上的膜。
類似地，圖5C描繪在其瓣及曲面頂點或自由末端部分之間具有間距之膜。在此設計中，間隙在中央區中較大。圖5D描繪膜，其中中心部分之切口產生彼此間隔開的四個彎曲瓣。在此等實例中，瓣具有相等大小及形狀。然而，在替代性設計中，瓣之形狀可彼此不同。此外，瓣在膜內之配置可為非對稱的。將瞭解，在膜瓣之所有組態及設計中，每一瓣之切割邊緣將抵靠密封表面的肋狀物部分就位且覆蓋閥體中之所有開口以形成緊密密封且防止空氣流過。
膜之設計及材料兩者可影響膜瓣之可撓性及閥的效能。更剛性膜材料可增大使瓣撓曲所必要之力的量。此外，鉸鏈區之不同長度可影響瓣之可撓性。在較長鉸鏈區之情況下，更多膜材料必須彎曲，此情形可使鉸鏈區更硬。結果，更大的力對於偏轉瓣而言係必要的，此情形增大對打開閥的阻力。此外，彎曲之鉸鏈區可增大瓣之硬度。
結構特徵亦可引入至膜(未圖示)之材料中，其將影響膜之功能。舉例而言，在膜之表面中所形成的壓痕或肋狀物可增大或減小瓣之可撓性。跨越鉸鏈區之筆直壓痕將增大瓣的可撓性。對比而言，垂直於鉸鏈區之加強肋狀物可減小瓣的可撓性。此等結構特徵可用以基於使用者應用而修改膜之特性及效能。
閥體之形狀及結構亦可影響閥的膜撓曲及效能。垂直距離對基座之長度、梁橫截面圍繞撓曲軸線之面積慣性矩、材料之彈性模數及懸臂梁邊界條件的比率得以考慮。本質上，瓣之頂點的較短垂直距離(相對於基座及橫截面區域之長度)導致較硬的瓣。在較硬之瓣的情況下，需要更多力來打開閥。此外，膜之剛性可藉由膜緊固至閥體之方式影響。在瓣之鉸鏈區 附近或處的緊固可增大瓣之可撓性，從而使得其更易於打開閥。
圖6描繪根據一實施例的具有彎曲的密封表面160之閥205的橫截面圖。如在圖2中，閥蓋165將膜緊固至閥體170。膜貼附或緊固至閥體之區域被稱為安裝表面155。在一實施例中，安裝表面155為平坦的(如所示)。在另一實施例中，安裝表面155具有曲率度(偏置)，使得該曲率賦予給膜。
當閥關閉時，每一瓣在閥體中之開口頂上牢固地設置。瓣設置於肋狀物部分185之密封表面160的頂部且覆蓋閥開口以形成密封。密封表面160可為平坦的或具有某一曲率度。在此實例中，密封表面160朝向中央點175較高。彎曲表面將膜遠離呼氣氣流之方向且朝向閥蓋165及周圍環境定位。彎曲表面與平坦表面相比使膜瓣能夠在呼氣期間更容易地開放。密封表面160之形狀亦對瓣提供支撐且結合瓣之硬度工作，以防止瓣在吸氣期間向內崩塌。
安裝表面155之組態亦可連同膜瓣的形狀一起考慮，以在閥開口之上達成最佳密封。安裝表面155相對於閥開口之平面以一角度傾斜。在一實施例中，膜在一或複數個點處僅圍繞周邊或外圍邊緣貼附/緊固至閥體。在另一實施例中，膜在膜中心或膜之中央區處不貼附/緊固至閥體。
在一實施例中，安裝表面為將膜緊固至閥之單一點或點群組。在另一實施例中，安裝表面為將膜緊固於適當位置之線或一組線。如上文所呈現，安裝表面之組態係取決於瓣的形狀，以便在閥中之開口之上獲得最佳密封。安裝區域之組態可為以上實施例中之一些或全部的組合，以達成最佳效應(亦即，在閥以對打開閥之氣流及排出空氣的最小阻力關閉時之緊密密封)。
圖7A至圖7D描繪根據一實施例的在膜閉合時之閥的視圖。圖7A描繪面對面罩主體之外部的俯視圖。閥蓋165將膜110緊固至閥體170。圖7B描繪面對面罩主體之內部的膜110及閥體170的仰視圖。圖7C描繪具有實質上平坦的密封表面之閥的透視圖且圖7D描繪其橫截面圖。
圖8描繪根據一實施例的呼氣閥之橫截面圖及在吸氣期間之氣流的路徑。箭頭描繪在面罩內部之負壓力下發生的氣流。膜保持就位且抵靠閥體170之密封表面160牢固地密封。此處，安裝表面155及密封表面160兩者相對於閥開口之平面以一角度傾斜。
類似地，圖9A至圖9D描繪根據一實施例的在膜開放時之閥的視圖。圖9A描繪面對外部之俯視圖。圖9B描繪面對面罩主體之內部的仰視圖。圖9C描繪閥之透視圖且圖9D描繪其橫截面圖。膜110具有彼此對稱地配置之相等大小的四個瓣。如所描繪，每一瓣在鉸鏈區處撓曲以在膜之中心處產生開口。
圖10描繪根據一實施例的呼氣閥之橫截面圖及在呼氣期間之氣流的路徑。箭頭描繪在呼氣期間發生的自面罩主體內部向外之氣流。藉由來自面罩內部之呼出氣流所引起的正壓力使膜之瓣遠離密封表面160向外撓曲。膜110之孔口或開口得以形成，從而允許空氣以最小阻力流過閥體170及閥蓋165。空氣在直接的暢通無阻之路徑中流動，藉此瓣不會偏離自面罩內部之氣流路徑。
圖11A至圖11K描繪根據一實施例的具有替代性設計之瓣的圓膜。瓣之形狀及鉸鏈區的長度可基於使用者需求而變化。膜內之每一瓣包含大致上彼此相對地定位的自由末端及固定末端。瓣可以徑向、圓形、橢圓形及/或矩形方式配置，其 中每一瓣之自由末端開放以允許空氣垂直於閥流過中央區。每一設計可包括相應閥體，使得膜之每一瓣在接觸區域(未圖示)處形成密封。
圖11A描繪具有矩形形狀之瓣的膜。因為存在兩個瓣，所以該設計適於與具有單一部分(亦即，肋狀物)之閥體一起使用，該單一部分橫貫跨越閥體的中心以形成兩個接觸區域。類似地，圖11B描繪具有兩個彎曲瓣之膜。圖11C描繪具有兩個彎曲瓣之膜，該兩個瓣具有較長鉸鏈區。圖11D描繪具有兩個橢圓形瓣之膜。圖11E描繪具有四個三角形瓣之膜。圖11F描繪具有三個三角形瓣之膜。圖11G描繪具有四個對稱瓣之膜。圖11H描繪具有五個三角形瓣之膜。圖11I描繪具有六個三角形瓣之膜。該設計可更適於使用者探尋對流過閥之最小阻力。圖11J描繪包含相等大小及形狀之四個面板的膜。膜可由個別面板而非切割為多個部分之單一面板構成。圖11K描繪具有非等同瓣之膜。該等瓣可具有不同大小及/或形狀。此處，該等瓣以彼此不同之形狀為非對稱的。
圖12A及圖12B描繪根據一實施例的具有替代性設計之瓣的矩形形狀之膜。矩形閥體及矩形閥蓋兩者將用以緊固此形狀之膜。圖12A描繪具有兩個矩形瓣之矩形形狀膜。圖12B描繪具有兩個彎曲瓣之矩形形狀膜。
在另一實施例中，膜瓣可包含如圖11J中所描繪之個別面板。瓣或面板可以徑向、圓形、橢圓形或矩形圖案配置，其中每一瓣之自由末端開放以允許空氣垂直流過閥開口。每一瓣在其緊固末端處可具有其自己的鉸鏈區。
本發明之單向閥的優點為非對稱地打開以允許空氣自任何方向自由地流動的能力。此允許閥置放於面罩或呼吸 裝置之其他部分中，而非直接地置放於鼻子及/或口部前方。習知設計通常需要垂直於閥之壓力來使閥膜開放且排出呼出空氣。因此，習知閥在遠離鼻子及/或口部區偏心置放之情況下可為無效的。此情形可限於面罩之正常使用且在美學上為不合需要的。
工作實例 [具有單向閥之面罩在工業環境中的使用]
面罩在佩戴者與環境中之潛在污染物之間產生實體障壁。在此實例中，面罩主體包含N95過濾材料，該過濾材料藉由封閉鼻子及口部而與面部形成密封。面罩過濾至少95%的所有非油基氣載顆粒，包括諸如PM2.5顆粒、陰霾、火山灰及病毒之有害空氣污染。
建築、製造及其他工業環境可含有高含量之氣載顆粒，諸如對工人造成危害的灰塵及碎屑。在此等環境中，面罩對於最小化此暴露可為必需的。然而，習知面罩常常不適於在延長之時段內佩戴。
因為空氣必須經由多孔材料來過濾，所以習知面罩增大對呼吸之阻力。需要更多努力來吸氣及呼氣。此外，二氧化碳、熱量及水分可在面罩主體內部累積。面罩可能會引起不適、疲勞及頭痛，尤其是在長時段內佩戴時。而面罩中之單向閥可減輕此等問題。
在此實例中，面罩配備有緊固至面罩主體中之單向閥。閥體鄰近於面罩之內部空間而定位。閥蓋面對面罩主體之外部(亦即，周圍環境)。閥允許呼出空氣以最小阻力及因此對於使用者之努力自面罩主體淨化。
閥包括圍繞其周邊緊固至單向閥之閥體的膜。膜包 含具有四個瓣之可撓性材料，該等瓣獨立地移動以使得每一瓣在鉸鏈區處撓曲。瓣係藉由間隙(亦即，膜間隙)分開。膜在瓣在遠離閥體之方向上撓曲時在中央區處開放。此情形允許呼出空氣的路徑用自其原始軌跡之最小偏離垂直於閥體之開口經由閥排出。空氣遇到最小阻力，此是因為其不會轉向至膜開口之外圍邊緣，而是通過膜的中央區。
膜可由聚矽氧橡膠或丁腈橡膠，或任何類型之可撓性彈性體或材料構成。膜可具有0.1mm至2mm之厚度及0.001至0.05GPa之間的楊氏模數。在此實例中，閥開口具有2.68平方公分(cm2)但可為2.0cm2至6.3cm2之有效表面積。較小閥可為無效的，此是由於其確實可提供允許足夠的氣流通過閥。同樣，膜產生有效密封之能力可藉由較大閥折衷。
工人在進入具有氣載微粒物質之工廠或其他環境之前戴上用完即可丟棄的面罩。面罩之主體包括單向閥。閥緊固至面罩之側部(亦即，偏心地)。面罩可藉由彈性帶(或類似者)緊固，且工人確認面罩穩固地配合至其頭部。
單向閥在吸氣期間保持關閉。在吸氣期間，面罩主體內部之負壓力保持閥關閉。膜之個別瓣保持抵靠閥體設置。膜保持圍繞閥之開口密封。
在呼氣期間，面罩主體內部之正壓力打開閥。膜之瓣向外撓曲(朝向面罩主體之外部)。膜是開放的，從而允許空氣以最小阻力流過閥體。
在單向閥之情況下，呼出空氣更容易地自面罩排出，此情形減少熱量、濕氣及二氧化碳在面罩主體中之積聚。此情形減少與佩戴習知面罩相關聯之不適。在單向閥之情況下，面罩可在延長之持續時間內舒適地佩戴。
將瞭解，上文所揭示及其他的特徵及功能的變化或其替代可組合至其他系統或應用中。又，其中之各種無法預料的或意料之外的替代、修改、變化或改良可隨後藉由熟習此項技術者進行，該等替代、修改、變化或改良亦意欲藉由以下申請專利範圍包含。
儘管已全面地描述了當前揭示內容之實施例，但以覆蓋可能態樣之相當多的細節，熟習此項技術者將認識到，本揭示案之其他版本亦為可能的。
105:閥
110:膜
165:閥蓋
170:閥體
185:肋狀物部分

Claims (18)

  1. 一種用於呼吸面罩之單向呼氣閥，前述單向呼氣閥包含：a)閥體；b)閥蓋；及c)膜；其中前述膜藉由前述閥蓋圍繞前述膜之周邊區緊固至前述閥體；其中前述膜由具有兩個或更多個瓣之可撓性材料構成，前述兩個或更多個瓣獨立地移動以使得每一瓣在鉸鏈區處撓曲；其中前述兩個或更多個瓣係藉由前述膜中之切口形成，其中前述膜包括垂直於前述膜中之前述切口的其他切口或壓痕，以縮短前述鉸鏈區的長度；其中前述兩個或更多個瓣中的每一瓣包括自由的外圍邊緣和自由端；其中前述兩個或更多個瓣的前述自由端在中央區處彼此相鄰定位；其中前述每一瓣的前述自由的外圍邊緣與相鄰瓣的前述自由的外圍邊緣隔開；且其中前述膜在前述兩個或更多個瓣在遠離前述閥體之方向上撓曲時在前述中央區處開放。
  2. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述膜在密封表面處與前述閥體形成密封；且其中前述密封表面具有實質上平坦形狀。
  3. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述膜在密封表面處與前述閥體形成密封；且 其中前述密封表面具有彎曲形狀。
  4. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述膜在安裝表面處緊固至前述閥體；且其中前述安裝表面具有實質上平坦形狀。
  5. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述膜在安裝表面處緊固至前述閥體；且其中前述安裝表面具有彎曲形狀。
  6. 如請求項4或5所記載之單向呼氣閥，其中前述安裝表面由一或多個點構成，在前述一或多個點處，前述膜貼附至前述閥體及/或前述閥蓋。
  7. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述兩個或更多個瓣係自前述膜中之曲面頂點形成。
  8. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述單向呼氣閥自前述呼吸面罩之主體區內的正壓力打開。
  9. 如請求項1所記載之單向呼氣閥，其中前述閥體包括肋狀物部分，且其中前述兩個或更多個瓣的前述自由的外圍邊緣位於前述肋狀物部分的表面上並抵靠前述肋狀物部分的表面。
  10. 一種用於呼吸面罩之單向呼氣閥之膜，前述膜由具有兩個或更多個瓣之可撓性材料構成，前述兩個或更多個瓣獨立地移動以使得每一瓣在鉸鏈區處撓曲；其中前述兩個或更多個瓣係藉由前述膜中之切口形成，其中前述膜包括垂直於前述膜中之前述切口的其他切口或壓痕，以縮短前述鉸鏈區的長度；其中前述兩個或更多個瓣中的每一瓣包括自由的外圍邊緣和自由端； 其中前述膜圍繞周邊區緊固至前述單向呼氣閥之閥體；其中前述膜在前述兩個或更多個瓣在遠離前述閥體之方向上撓曲時在中央區處開放；其中前述兩個或更多個瓣的前述自由端在前述中央區處彼此相鄰定位；且其中前述每一瓣的前述自由的外圍邊緣與相鄰瓣的前述自由的外圍邊緣隔開。
  11. 如請求項10所記載之膜，其中前述兩個或更多個瓣係藉由形成前述膜中之十字形的對稱切口形成。
  12. 如請求項10所記載之膜，其中前述膜在平坦的密封表面處與前述閥體形成密封。
  13. 如請求項10所記載之膜，其中前述膜在彎曲的密封表面處與前述閥體形成密封。
  14. 如請求項10所記載之膜，其中前述兩個或更多個瓣係自前述膜中之曲面頂點形成。
  15. 如請求項10所記載之膜，其中前述膜在安裝表面處緊固至前述閥體；且其中前述安裝表面具有實質上平坦形狀。
  16. 如請求項10所記載之膜，其中前述膜在安裝表面處緊固至前述閥體；且其中前述安裝表面具有彎曲形狀。
  17. 如請求項15或16所記載之膜，其中前述安裝表面由一或多個點構成，在前述一或多個點處，前述膜貼附至前述閥體及/或閥蓋。
  18. 如請求項10所記載之膜，其中前述閥體包括肋狀物部分， 且其中前述兩個或更多個瓣的前述自由的外圍邊緣位於前述肋狀物部分的表面上並抵靠前述肋狀物部分的表面。
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