專利名稱：具有用于使用壽命終止指示器(esli)的位置對(duì)準(zhǔn)觀察窗口的濾筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾筒，所述濾筒具有設(shè)于對(duì)準(zhǔn)位置的穿過(guò)濾筒蓋組件到達(dá)濾筒殼體的觀察窗口。
背景技術(shù)：
濾筒通常附裝在呼吸器面罩主體上以在空氣被呼吸器佩戴者吸入前過(guò)濾空氣。呼吸器濾筒的實(shí)例示于下述美國(guó)專利中=Mittelstadt等人的No. 7，320，722B2,Greer等人的 No. 7，419，526 和 Holmquist-Brown 等人的 No. 6，277，178。一些濾筒具有給呼吸器佩戴者提供可見(jiàn)變色信號(hào)的使用壽命終止指示器或ESLI。 該可見(jiàn)信號(hào)(有時(shí)稱為“響應(yīng)信號(hào)”)指示出濾筒何時(shí)已達(dá)到其使用壽命終點(diǎn)。使用ESLI 的濾筒的實(shí)例描述于下述美國(guó)專利中=No. 4，530，706、No. 4，326，514和No. 4，154，586。在這些產(chǎn)品的每一個(gè)中，濾筒設(shè)有透明側(cè)壁或外殼，透過(guò)所述透明側(cè)壁或外殼可觀察ESLI。 然而，ESLI比色傳感器通常在指示區(qū)域中呈現(xiàn)漸進(jìn)的變色。因此，可能在估計(jì)何時(shí)顏色變化到了應(yīng)更換濾筒的顯著程度上存在困難。通常，此困難已導(dǎo)致需要對(duì)使用者在辨識(shí)可指示濾筒更換時(shí)間的特定變色方面進(jìn)行訓(xùn)練。為了解決此問(wèn)題，Curado等人的美國(guó)專利 No. 6，497，756描述了由不透明邊框限定的顯示窗口，所述不透明邊框圍繞傳感器顯示區(qū)域以遮蔽指示器的下游端的預(yù)定部分，從而為佩戴者提供辨識(shí)何時(shí)應(yīng)更換濾筒所需的安全邊界。在傳感器響應(yīng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)濾筒依然具有可用壽命的比例極大地取決于傳感器在殼體中的軸向布置，因此需要正確地設(shè)置ESLI，這顯著增加了制造操作中的精確性要求。如果擬采用二進(jìn)制的傳感器(即在第一可見(jiàn)變色時(shí)就出現(xiàn)濾筒更換需求，這與模擬式讀數(shù)形成對(duì)照，后者可在濾筒更換前看到空間上漸進(jìn)的顏色變化)，則傳感器必然相對(duì)較小，而這要求非常高的傳感器設(shè)置精度。減輕此缺點(diǎn)的辦法一直是在殼體內(nèi)使用相對(duì)較大的傳感器(特征尺寸為約一厘米或更大)。將遮蔽物(例如粘貼標(biāo)簽)適當(dāng)設(shè)置在濾筒外部上以覆蓋傳感器，使得從所得到的窗口中僅可看到響應(yīng)信號(hào)。North Mfety已出售已具有這種構(gòu)造的濾筒RT 41P100。 盡管標(biāo)簽方法僅讓適當(dāng)響應(yīng)區(qū)域可被看到，但當(dāng)試圖批量生產(chǎn)呼吸器濾筒時(shí)，有時(shí)會(huì)難以將粘貼標(biāo)簽設(shè)置成接近位置公差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了新型濾筒，其包括(a)吸附過(guò)濾材料，具有第一和第二主表面；(b) 使用壽命終止指示器(ESLI) ； (c)殼體，其內(nèi)設(shè)置過(guò)濾材料使得過(guò)濾材料的第二主表面設(shè)置在第一主表面的下游，所述殼體包括側(cè)壁，通過(guò)所述側(cè)壁可看到ESLI ;(d)蓋，固定至殼體，所述蓋具有遮蔽殼體的側(cè)壁的至少一部分的不透明延伸部；以及(e)窗口，其在對(duì)準(zhǔn)位置設(shè)于延伸部上，在對(duì)準(zhǔn)位置處可通過(guò)窗口看到ESLI，使得所述ESLI的某種顏色的改變指示出濾筒需要更換。如上指出，已知濾筒已使用通過(guò)濾筒殼體的側(cè)壁可見(jiàn)的傳感器。然而，這些濾筒還仍未提供在對(duì)準(zhǔn)位置設(shè)于濾筒蓋的延伸部中的窗口。由于存在這樣的窗口，本發(fā)明允許濾筒制造商使用通常的制造組裝技術(shù)較容易地控制傳感器的對(duì)準(zhǔn)定位。因此，就部件接合方式而言，殼體和蓋構(gòu)造可保持為基本上相同的，但提供與蓋相關(guān)的對(duì)準(zhǔn)位置可允許使用一致對(duì)準(zhǔn)結(jié)果，并且無(wú)需額外的零件或制造步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)濾筒組件。術(shù)語(yǔ)表在本文中“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；“污染物”是指氣體、蒸氣和顆粒(包括包括粉塵、霧靄和煙氣)和/或通常不被視為氣體、蒸氣和顆粒但可存在于空氣中并對(duì)人體有害的其它物質(zhì)；“使用壽命終止指示器”或“ESLI”是指能夠?yàn)槿颂峁┫率鲂畔⒌难b置，所述信息有關(guān)于何時(shí)過(guò)濾器可因過(guò)濾能力的部分或完全耗竭而不再適合使用；“延伸”是指尺寸顯著增加至超出通常構(gòu)造的情況；“外部氣體空間”是指呼出的氣體在穿過(guò)且離開(kāi)面罩主體和/或呼氣閥后進(jìn)入的環(huán)境大氣氣體空間；“濾筒”是指主要用來(lái)容納過(guò)濾材料或過(guò)濾介質(zhì)并且適于連接至個(gè)人呼吸防護(hù)裝置的面罩主體的結(jié)構(gòu)；“過(guò)濾材料”或“過(guò)濾介質(zhì)”是指適于提供潔凈空氣的結(jié)構(gòu)或者部件或元件的組合；“殼體”是指為容納另一物體而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或部件組合；“一體的”是指所考慮的部件被同時(shí)一起制備而不是隨后組裝在一起的兩個(gè)單獨(dú)部件；“內(nèi)部氣體空間”是指面罩主體與人的面部之間的空間；“并置的”或“并排的”是指設(shè)置成大致相并的關(guān)系但不必彼此接觸；“遮蔽”(在不涉及“面罩主體”時(shí))是指具有限制看到被遮蔽的另一側(cè)物體的能力；“不透明”是指限制可見(jiàn)光通過(guò)的能力大大超出透明物體的性質(zhì)；“窗玻璃”是指窗口中可透或可不透空氣的平面透明區(qū)域；“對(duì)準(zhǔn)位置”是指用于提供適當(dāng)響應(yīng)信號(hào)的窗口的所需位置；“響應(yīng)信號(hào)”是指告知觀察者已到達(dá)更換濾筒時(shí)間的可視指示；“吸附劑”是指能夠通過(guò)吸收、吸附、化學(xué)吸附、分解、反應(yīng)、催化或其他合適方式來(lái)捕獲、堵塞或改變污染物的材料；“透明”是指可見(jiàn)光可充分地穿過(guò)由“透明”這個(gè)詞修飾的結(jié)構(gòu)而看到其對(duì)側(cè)的所需圖像的性質(zhì)；以及“窗口”是指提供讓人通過(guò)它觀看的能力的結(jié)構(gòu)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的呼吸器10的透視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的濾筒12的透視圖。
圖3為圖2中所示的濾筒12沿線3-3截取的橫截面。圖4為圖1-3中所示的濾筒12的后視圖。圖5為殼體22和蓋的延伸部36的放大橫截面。圖6為ESLI 60的橫截面。
具體實(shí)施例方式圖1示出了呼吸器10，其具有可固定在面罩主體14的兩側(cè)的濾筒12。面罩主體 14被設(shè)計(jì)成可緊密貼合于佩戴者面部。為此，呼吸器10包括用于將面罩主體14牽拉至佩戴者面部的帶具16。帶具16可包括一個(gè)或多個(gè)為此而設(shè)的帶18。帶18可接合至面罩主體14并且可用帶扣20來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度?？赏ㄟ^(guò)卡口附件21、螺紋方式或用于將濾筒12固定于面罩主體14的任何其他合適方式來(lái)將濾筒12附接到面罩主體14上。濾筒12具有殼體 22和蓋M，所述濾筒12包括過(guò)濾介質(zhì)以用于過(guò)濾透過(guò)濾筒12吸入面罩內(nèi)部的環(huán)境空氣。 使用者呼出的空氣通過(guò)呼氣閥25從內(nèi)部氣體空間傳送至外部氣體空間。圖2-4示出濾筒12可包括殼體22，所述殼體22具有從第一周邊28延伸至第二周邊30的側(cè)壁沈。蓋M可包括空氣通過(guò)表面32以及沿蓋M的周邊設(shè)置的固定凸緣34。 蓋M可在殼體周邊28處固定于側(cè)壁26。蓋M還可包括其中設(shè)有窗38的不透明延伸部 36。窗38可讓使用壽命終止指示器(ESLI)40能夠被看到。窗38周圍可設(shè)有不透明邊框 39以引起對(duì)窗口的注意并且支持相對(duì)于指示器的90度的ESLI觀察角度。可通過(guò)選擇蓋的構(gòu)成材料(例如，塑性樹脂或染料選擇)或者通過(guò)在延伸部36的內(nèi)表面或外表面上印刷不透明介質(zhì)將延伸部36制成不透明的。為了延伸部36被視為不透明，不必整個(gè)延伸部36 均不透明。例如，僅需要足以限定窗口的部分為不透明的。因此，延伸部36的至少某些部分為不透明；其他部分可為透明的。延伸部36可從蓋M的固定凸緣34延伸出，使其位于整個(gè)殼體的側(cè)壁26的相當(dāng)大的深度部分上。作為另外一種選擇，延伸部36可從位于凸緣 34的僅一個(gè)或兩個(gè)區(qū)段37上的固定凸緣34延伸。因此，第一和第二延伸部可設(shè)置在殼體的側(cè)壁沈的相對(duì)部分41、41 ‘(圖4)上。延伸部36可被構(gòu)造為約3至6厘米(cm)長(zhǎng)X 約1至2cm寬(深度)。在設(shè)置殼體的側(cè)壁沈中的窗格時(shí)，側(cè)壁可在其整個(gè)表面的較大部分上或僅在ESLI 40附近為透明的以使得通過(guò)窗口 38觀看的人獲得不受阻擋的ESLI 40 的視域。ESLI可靠著殼體的側(cè)壁沈的內(nèi)表面并置。窗口 38因而可具有位于不透明延伸部 36中的第一窗格和位于殼體的側(cè)壁沈中的第二窗格。第一窗格可為允許氣體傳送的開(kāi)放窗格，而第二窗格可為不可透過(guò)氣體的固體窗格。此外，可在一個(gè)或多個(gè)延伸部中使用多個(gè)窗口 38以允許另外使用多個(gè)ESLI，由此各個(gè)ESLI指示不同的污染物(例如酸性氣體、氨、 甲醛和有機(jī)蒸氣)或者不同的有機(jī)蒸氣污染物濃度-參見(jiàn)與本專利申請(qǐng)同一日提交的名稱為Multilayer Colorimetric Sensor Arrays (多層比色傳感器陣列)的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?61/180，492 (代理人案卷號(hào)65359US002)。窗格在沿其法向進(jìn)行觀察時(shí)可呈現(xiàn)除圓形之外的多種形狀，例如，矩形、橢圓形、三角形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等。在濾筒使用期間，環(huán)境空氣穿過(guò)位于空氣通過(guò)表面32中的一系列入口 43。此空氣然后通過(guò)過(guò)濾材料42并在其中去除存在于環(huán)境空氣中的污染物。在通過(guò)過(guò)濾材料42時(shí)， 空氣首先在第一主表面45進(jìn)入過(guò)濾材料42并且在第二主表面47離開(kāi)過(guò)濾材料42。在通過(guò)過(guò)濾材料42后，空氣可進(jìn)入靠著濾筒12的基底46并置的充氣室44。存在于充氣室44中的空氣隨后通過(guò)濾筒出口 48。過(guò)濾空氣隨后可進(jìn)入面罩主體14的內(nèi)部氣體空間，在該處空氣可被呼吸器佩戴者吸入。當(dāng)空氣通過(guò)濾筒時(shí)，存在于空氣中的污染物與ESLI相互作用。一旦足夠濃度的污染物已與ESLI相互作用后，ESLI將改變顏色。顏色變化可具有梯度形式，并且因此可有利地遮蔽掉不需要看到的顏色變化。因此，為此目的提供的窗口 38必須沿殼體22的側(cè)壁沈適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。窗口 38的布置可取決于所用的特定ESLI、活性顆粒、 濾筒12內(nèi)的ESLI和活性顆粒的位置以及政府部門(如NI0SH)的要求。窗口對(duì)準(zhǔn)位置可在濾筒的y軸方向上位于過(guò)濾材料42的第一和第二主表面45、47之間。在一些實(shí)施例中， 對(duì)準(zhǔn)位置可設(shè)置在過(guò)濾材料42的第一和第二主表面45、47之間的大致中間處，而在其他實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)位置可在軸向上設(shè)為比第二主表面45更靠近第一主表面47處，反之亦然。當(dāng)不是從指示器成90度進(jìn)行觀察時(shí)，一些ESLI可看起來(lái)具有不同顏色。為了消除來(lái)自這種非法向觀察的判讀誤差并且考慮到指示器的充分可見(jiàn)性，窗口(如圖5所示) 優(yōu)選地被構(gòu)造成使得僅可通過(guò)角Ω θ (約20至70度、通常地約30至60度、并且更通常地約45至55度)限定的錐體來(lái)觀察ESLI。角θ為垂直于窗口延伸的線51和側(cè)向偏離該線 51的線53 (到此位置不能再通過(guò)窗口 38看到ESLI)之間的角度。窗口的直徑d通常為約 2至10毫米(mm)、更通常為3至5mm。窗口的厚度t可為約1. 2至12mm、更通常為約3至 6mm。窗口厚度t與窗口直徑d的比率(縱橫比)通常為約0.1至6、更通常為0.5至3、并且更通常為約1至1. 5。窗口的表面或開(kāi)口面積通常為約3至100mm2、更通常為7至20mm2。 蓋的延伸部36優(yōu)選地與蓋M形成一體以使得可在制造蓋M的同時(shí)形成遮蔽特征。參考指示器52 (形狀類似于不透明延伸部36上的窗格的形狀)可設(shè)置在鄰近窗口 38的延伸部 36上，使佩戴者可辨識(shí)ESLI的(指示濾筒需要被更換的)特定顏色、色調(diào)和/或反射性。在制造與本發(fā)明有關(guān)的濾筒時(shí)，可使用現(xiàn)在已知或?qū)?lái)開(kāi)發(fā)的技術(shù)來(lái)制造濾筒殼體、過(guò)濾介質(zhì)和蓋?？墒褂米⑺艹尚蛠?lái)制造濾筒殼體和蓋。第一稀松布M可在引入過(guò)濾材料42之前設(shè)置在充氣室44的頂部。過(guò)濾材料42可為這樣的過(guò)濾材料，其可移除氣體或蒸氣污染物并且包括能夠吸附一種或多種不利污染物的活性顆粒。吸附性介質(zhì)可包括各種活性顆粒，例如活性炭或氧化鋁。Brey等人的美國(guó)專利7，309，513、Senkus等人的美國(guó)專利 5，696，199,Abler等人的美國(guó)專利5，496，785和Braun等人的美國(guó)專利5，078，132 (例如) 描述了可結(jié)合本發(fā)明使用的多種活性顆粒?；钚灶w?？沙识逊e床或粘合床形式-參見(jiàn)(例如)Braun等人的美國(guó)專利5，033，465和Senkus的美國(guó)專利6，391，429。可在活性顆粒引入之前靠著殼體的側(cè)壁26的內(nèi)表面設(shè)置ESLI40。ESLI需要相對(duì)于y維度適當(dāng)設(shè)置，以在過(guò)濾器使用壽命已終止時(shí)可通過(guò)窗口 38看到適當(dāng)?shù)念伾兓?。沿y軸定位的微小偏差可導(dǎo)致響應(yīng)信號(hào)的較大差異。第二稀松布56可設(shè)置在過(guò)濾材料42的上游表面45上。上游稀松布56可包括合適的纖維介質(zhì)，所述纖維介質(zhì)有助于將活性顆粒保持在適當(dāng)位置、達(dá)成低的跨越布的壓降并且有助于充足地分配穿過(guò)其的空氣?？捎糜谙∷刹糓和56的材料實(shí)例包括非織造聚酯和非織造聚丙烯(例如紡粘網(wǎng))。當(dāng)過(guò)濾材料42以及稀松布M和56已適當(dāng)設(shè)置在濾筒殼體22中之后，可將濾筒蓋M固定至殼體的側(cè)壁沈?？稍谕咕?4處(例如)通過(guò)機(jī)械、化學(xué)或物理方式(包括焊接或粘合劑粘合)或者任何其他合適的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)固定。當(dāng)蓋M設(shè)置在殼體22上以使得濾筒12得到適當(dāng)組裝時(shí)，窗口 38將位于其適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)位置。本發(fā)明因而允許使用下述制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)此類對(duì)準(zhǔn)，所述制造技術(shù)在工業(yè)中為常見(jiàn)的并且允許窗口的一致可重復(fù)定位。
可結(jié)合本發(fā)明使用的ESLI優(yōu)選地為吸收或吸附需從空氣中濾除的氣體蒸氣(gas vapors)的無(wú)源傳感器。ESLI可為基本上任何已知的或?qū)?lái)開(kāi)發(fā)的裝置(無(wú)源或有源的)，所述裝置能夠?yàn)楹粑髋宕髡咛峁┻^(guò)濾器已達(dá)到其使用壽命終點(diǎn)的適當(dāng)指示。無(wú)源的使用壽命終止指示器的實(shí)例已描述于Rakow等人的美國(guó)專利公布2008/0063575A1和 2008/0063874A1中?？刹捎玫腅SLI包括對(duì)有機(jī)蒸氣、反應(yīng)性氣體(例如酸性氣體(例如， SO2,Cl2,HCl,HCN,HF,H2S和氮氧化物)和堿性氣體(例如，氨、甲胺))、氯化氰和甲醛有響應(yīng)的那些。如圖6所示，這些使用壽命終止指示器60可包括薄膜多層構(gòu)造，所述薄膜多層構(gòu)造可吸收從呼吸器濾筒的氣體入口流至氣體出口的所關(guān)注蒸氣。此類無(wú)源ESLI通常包括多孔檢測(cè)層62、半反射層64和反射層66。多孔檢測(cè)層62的厚度在存在特定蒸氣的情況下會(huì)改變。半反射層64可從ESLI的外面觀察到并且通常不滲透蒸氣。反射層66通?？蓾B透蒸氣并且足夠靠近過(guò)濾介質(zhì)，使得蒸氣可穿過(guò)反射層進(jìn)入檢測(cè)層62并且充分改變檢測(cè)層光學(xué)厚度，從而在通過(guò)半反射層64觀察時(shí)，導(dǎo)致指示器外觀中出現(xiàn)視覺(jué)上可辨別的變化。結(jié)合本發(fā)明使用的ESLI可為剛性的或柔性的。其可通過(guò)各種方式(例如，粘合劑、 物理、堆積技術(shù)或機(jī)械接合)固定至殼體濾筒內(nèi)部。有利的是，柔性指示器可充分彎曲而無(wú)斷裂，以使其可利用一個(gè)或多個(gè)軋制加工步驟來(lái)制造。ESLI可包括可在一個(gè)或多個(gè)軋制加工步驟中進(jìn)行處理的任選基底68，例如玻璃或柔性塑料膜。有利地是，基底具有足夠低的蒸氣滲透性，使得所關(guān)注蒸氣不會(huì)被傳送進(jìn) ESLI檢測(cè)層或從該層傳送出?？蓪⒍嗫谆自O(shè)置在反射層和吸附劑介質(zhì)之間。例如，可允許所關(guān)注蒸氣從吸附劑介質(zhì)穿過(guò)可滲透的基底和反射層，并由此進(jìn)入檢測(cè)層。ESLI的整體厚度(基底除外)可為約0.5至2微米(μπι)。半反射層和反射層可各自由提供漫射或(優(yōu)選地)鏡面光反射的多種材料制成， 并且當(dāng)適當(dāng)間隔開(kāi)時(shí)可配合以提供易于在視覺(jué)上可辨識(shí)的指示器外觀變化。合適的半反射層和反射層材料包括金屬，例如鋁、鉻、金、鎳、硅、銀、鈀、鉬、鈦以及包含這些金屬的合金； 金屬氧化物，例如氧化鉻、氧化鈦和氧化鋁；以及描述于美國(guó)專利No. 5，699，188 (Gilbert 等人)、Νο· 5，882，774 (Jonza 等人)和 No. 6，049，419 (Wheatley 等人)、以及 PCT 已公布的專利申請(qǐng)No. WO 97/01778 (Ouderkirk等人)中的多層光學(xué)膜(包括雙折射多層光學(xué)膜)。 半反射層和反射層可以相同或不同。金屬納米粒子涂層(如，金屬納米粒子油墨)可用于形成反射層，如Rakow等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2008/0063874A1中所述。半反射層的反射性不如反射層，并且透射一些入射光。半反射層可(例如)具有約 2至約50納米(nm)的物理厚度，在500nm波長(zhǎng)上的透光率為約20至約80%，并且在500nm 波長(zhǎng)上的反射率為約80至約20%。半反射層本身不透過(guò)蒸氣(如果這樣最好為連續(xù)的)， 并且可選地將其涂覆在適合的基底上或以其他方式鄰接于適合的基底。半反射層也可為可滲透蒸氣的(如果這樣，例如可為不連續(xù)的或半連續(xù)的)，并且可將其涂覆在適當(dāng)?shù)夭粷B透蒸氣的基底上，或以其他方式鄰接于這樣的基底。有利地，與檢測(cè)層相鄰的半反射層的表面的平整度在約士 IOnm以內(nèi)。反射層可以(例如)具有約1至約500nm的物理厚度，在500nm波長(zhǎng)上的透光率為約0至約80%，并且在500nm波長(zhǎng)上的反射率為約100至約20%。反射層優(yōu)選地為多孔的、圖案化的、不連續(xù)的、半連續(xù)的或者說(shuō)是充分可滲透的，以使得蒸氣能夠從吸附劑介質(zhì)穿過(guò)反射層進(jìn)入檢測(cè)層。檢測(cè)層混合物可為均勻的或不均勻的，并且其可(例如)由無(wú)機(jī)組分的混合物、 有機(jī)組分的混合物或無(wú)機(jī)和有機(jī)組分的混合物制成。由組分混合物制成的檢測(cè)層可以提供改善的被分析物群組的檢測(cè)。檢測(cè)層有利地具有一系列的孔尺寸或表面積，其被選擇為提供與所述吸附劑介質(zhì)的蒸氣吸附特性類似的蒸氣吸附特性。可使用多孔材料(例如由高內(nèi)相乳液制成的泡沫)獲得合適的孔隙率，例如在美國(guó)專利No. 6，573，305B1 (Thunhorst 等人)中所述的那些。要獲得多孔性，還可通過(guò)二氧化碳發(fā)泡技術(shù)生成微孔材料(參見(jiàn) “MaCrOmOleCules”，2001，第34卷，第8792-8801頁(yè))，或通過(guò)共混聚合物的毫微相分離法 (參見(jiàn)“Science”，1999，第283卷，第520頁(yè))。一般來(lái)講，孔直徑優(yōu)選地為小于所需指示器著色的峰值波長(zhǎng)。優(yōu)選(例如)平均孔尺寸為約0. 5至約20nm、0. 5至約IOnm或0. 5至約 5nm的納米尺寸的孔。代表性的無(wú)機(jī)檢測(cè)層材料包括多孔硅、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氧氮化物、 以及其他能夠形成為具有適當(dāng)厚度的透明且多孔的層以通過(guò)光學(xué)干涉作用來(lái)產(chǎn)生顏色或色度的變化的無(wú)機(jī)材料。例如，無(wú)機(jī)檢測(cè)層可為二氧化硅類、氮化硅類、氮氧化硅類、氧化鋁類、氧化鈦類、氮化鈦、氮氧化鈦、氧化錫類、氧化鋯類、沸石類或它們的組合。由于多孔硅的穩(wěn)健性和與濕蝕刻處理的相容性，因此它是尤為理想的無(wú)機(jī)檢測(cè)層材料。代表性的多孔硅材料在Ogawa等人的Chem. Commun(第1149-1150頁(yè)(1996))、 Kresge 等人的 Nature (第 359 卷，第 710-712 頁(yè)(199 )、Jia 等人的 Chemistry Letters (第 33 ( 卷，第 202-203 頁(yè)(2004))以及美國(guó)專利 No. 5，858，457 (Brinker 等人) 中有所描述。也可采用多種有機(jī)分子作為有機(jī)模板。例如，糖類(例如葡萄糖和甘露糖)可用作有機(jī)模板以生成多孔硅酸鹽類，參見(jiàn)Wei等人的Adv. Mater. 1998 (第10卷，第313頁(yè) (1998))。代表性有機(jī)檢測(cè)層材料包括聚合物、共聚物(包括嵌段共聚物)和它們的混合物， 其由(或可由)多種類別的單體制備，包括疏水性丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯類、雙官能單體、乙烯基單體、烴單體(烯烴類)、硅烷單體、氟化單體、羥基化單體、丙烯酰胺類、酸酐類、 醛官能化單體、胺或胺鹽官能化單體、酸官能化單體、環(huán)氧化物官能化單體及其混合物或組合。美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. US 2004/0184948A1包含此類單體的全面列表。上述具有固有微孔性的聚合物(PIM)可形成尤為理想的檢測(cè)層。PIM通常為形成微孔固體的非網(wǎng)狀聚合物。由于其典型的高度剛性和扭曲的分子結(jié)構(gòu)，使得PIM無(wú)法有效地填充空間，從而形成本發(fā)明所公開(kāi)的微孔結(jié)構(gòu)。合適的PIM包括(但不限于)在Budd等人的“Polymers of intrinsic microporosity(PIMs) :robust,solution-processable,organic microporous materials"(Chem. Commun.，2004 年，第 230-231 頁(yè))中公開(kāi)的聚合物。其他 PIM 在 Budd 等人的 J. Mater. Chem. (2005 年，15，第 1977-1986 頁(yè))、McKeown 等人的 Chem. Eur. J. (2005 年， 11，第9期，第洸10-2620頁(yè))以及已公布的PCT專利申請(qǐng)No. WO 2005/012397A2 (McKeown 等人)中有所公開(kāi)。檢測(cè)層的厚度也可被圖案化，例如，如在美國(guó)專利No. 6，010, 751 (Shaw等人)中所述。圖案可消失(例如，當(dāng)較薄部分溶脹到與較厚部分的厚度相同時(shí))或出現(xiàn)(例如，當(dāng)一部分收縮到厚度小于相鄰部分時(shí))。當(dāng)設(shè)置允許佩戴者易于辨識(shí)何時(shí)已達(dá)到臨界點(diǎn)(trip point)的參考指示器時(shí)，可改變檢測(cè)層厚度以實(shí)現(xiàn)與ESLI的臨界點(diǎn)一致的外觀。作為另外一種選擇，ESLI基準(zhǔn)(結(jié)構(gòu)上與通過(guò)本發(fā)明的窗口看到的ESLI相同)可被強(qiáng)制成其響應(yīng)信號(hào)并且保持在該狀態(tài)?；蛘撸瑱z測(cè)層可制得較厚以使得參考ESLI顯示所需的響應(yīng)信號(hào)。 可將此被保持的ESLI設(shè)置在濾筒的外部以作為參考指示器，從而使得可在其和通過(guò)窗口看到的圖像之間進(jìn)行比較。當(dāng)透過(guò)窗口看到的ESLI看起來(lái)與參考指示器相同時(shí)，佩戴者知道濾筒已到達(dá)其使用壽命的終點(diǎn)。也可以使用合適的染料或顏料來(lái)印刷與傳感器的最終狀態(tài)相配或接近的參考顏色。ESLI可包括額外的層或元件(如果需要)。例如，可將帶吸附劑的復(fù)合物的多孔層(如置于原纖化PTFE基質(zhì)中的活性炭粒子幅材，例如在上述的美國(guó)專利No. 4，208，194 中所述)放置在反射層和吸附劑介質(zhì)之間，以使?jié)B透進(jìn)入指示器的蒸氣均質(zhì)化或者以另一種方式調(diào)節(jié)指示器對(duì)吸附劑介質(zhì)中條件的響應(yīng)。當(dāng)ESLI改變成指示應(yīng)更換濾筒的顏色或色調(diào)時(shí)，這種外觀變化反映出吸附劑消耗的指定程度，所述指定程度強(qiáng)制更換濾筒。換句話講，濾筒制造商可對(duì)特定ESLI的選擇以及進(jìn)入其對(duì)準(zhǔn)位置的窗口定位加以調(diào)整，以能夠達(dá)到特定程度的吸附劑消耗。吸附劑消耗程度的選擇可取決于多種因素，包括提供足夠的緩沖劑以使得當(dāng)濾筒被辨識(shí)為需要更換時(shí)吸附劑未得到100%消耗?？梢?例如)辨識(shí)該吸附劑消耗程度以供再多使用一到三小時(shí)，這樣使得佩戴者具有足夠的時(shí)間來(lái)注意ESLI已發(fā)生指示出滿足響應(yīng)信號(hào)或需要更換濾筒的顏色變化。濾筒還可包括被設(shè)計(jì)用于移除顆粒的一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層。可在活性顆粒的上游或下游使用纖維顆粒過(guò)濾器以移除來(lái)自環(huán)境空氣的顆粒污染物。多種纖維幅材可適于用作顆粒過(guò)濾器。這些幅材通常為可利用下述技術(shù)制備的非織造纖維結(jié)構(gòu)，所述技術(shù)為(例如)Van A. Wente，Superfine Thermoplastic Fibers,48INDUS. ENGN. CHEM. 1342-46(Van A. flfente，超細(xì)熱塑性纖維，《工業(yè)工程化學(xué)》第48卷第1342-1346頁(yè))和Van A. Wente等人所著的出版于 1954 年 5 月 25 日的名為 Manufacture of Super Fine Organic Fibers (超細(xì)有機(jī)纖維的制造)W Report No. 4364of the Naval Research Laboratories (海軍研究實(shí)驗(yàn)室第4364號(hào)報(bào)告)中所述的氣紡工藝、濕法成網(wǎng)工藝、水纏結(jié)法、紡粘工藝和熔噴工藝。纖維網(wǎng)可使用這些技術(shù)的組合和這些纖維的組合制備。微纖維(特別是熔噴微纖維) 尤其適用于用作過(guò)濾器的纖維網(wǎng)。如本文所用，“微纖維”是指有效直徑為約35微米或更 zj、白勺會(huì)千會(huì)佳。^"雙會(huì)千會(huì)Davies， C. N. , The Separation of Airborne Dust and Particles, INST. MECH. ENGN.，LONDON PR0C. IB (1952) (Davies, C. N.，空氣傳播灰塵和顆粒的分離，《英國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)會(huì)報(bào)；1B》1952年)中的公式號(hào)12進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于過(guò)濾應(yīng)用， 微纖維通常具有小于約30微米、更通常地為約1至約15微米的有效纖維直徑。還可使用由原纖化膜制成的纖維-參見(jiàn)(例如)Van Turnout的美國(guó)專利No. RE30, 782,No. RE32, 171、 No. 3，998，916和No. 4，178，157。通過(guò)本發(fā)明的方法制備的非織造網(wǎng)可以具有超過(guò)2,2. 1、 2. 2和2. 3的品質(zhì)因數(shù)QF。也可以將短纖維與微纖維混合，以提高纖維網(wǎng)的蓬松度，即降低其密度。減小纖維網(wǎng)密度可降低整個(gè)纖維網(wǎng)上的壓降，從而使空氣更易于通過(guò)過(guò)濾器。較低的壓降在個(gè)人呼吸保護(hù)裝置中尤其可取，因?yàn)樗购粑鞯呐宕鞲鼮槭孢m。當(dāng)壓降較低時(shí)，驅(qū)使空氣通過(guò)過(guò)濾器所需的能量較少。佩戴負(fù)壓面罩(即需要佩戴者肺部產(chǎn)生的負(fù)壓驅(qū)來(lái)通過(guò)過(guò)濾器抽入空氣的呼吸器)的呼吸器佩戴者不必用力呼吸過(guò)濾空氣。較低的能量要求還有利于降低動(dòng)力過(guò)濾系統(tǒng)中與向風(fēng)機(jī)供能相關(guān)的成本，并有利于延長(zhǎng)電池供電系統(tǒng)中電池的使用壽命。在典型的非織造纖維過(guò)濾器中，存在不超過(guò)約90重量％、更通常地不超過(guò)約70重量％的短纖維。通常，纖維的其余部分為微纖維。包含短纖維的網(wǎng)的例子在授予Hauser的美國(guó)專利 4，118，531中有所公開(kāi)。盡管本發(fā)明已被示出使用覆蓋佩戴者的鼻部、嘴和眼睛的全面罩呼吸器面罩，但本發(fā)明也可結(jié)合僅覆蓋佩戴者的鼻部和嘴的半面罩使用。此外，結(jié)合本發(fā)明使用的濾筒可永久性地或可拆卸地附裝在面罩主體上。另外，呼吸器可具有可附裝于面罩主體的一個(gè)或多個(gè)濾筒。帶具還可以有各種構(gòu)成，可包括一些附加部件例如將呼吸器支撐在佩戴者頭上的冠部構(gòu)件。因此，當(dāng)提供具有設(shè)置在濾筒中的使用壽命終止指示器的呼吸器面罩時(shí)，通過(guò)本發(fā)明可設(shè)想出各種實(shí)施例。SMESLI 的制備在2.0升仏)的三頸圓底燒瓶中，將33.4357克&)3，3，3'，3'-四甲基-1， 1'-螺雙茚_5，5' ,6,6'-四醇(四醇)和19. 8016克四氟對(duì)苯二腈(TFTN)溶于900毫升(mL)的無(wú)水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中。用機(jī)械攪拌器攪拌該溶液，并且使氮?dú)夤呐萃ㄟ^(guò)該溶液達(dá)一小時(shí)。將81.4491g碳酸鉀添加到該溶液中。將燒瓶置于68°C的油浴中。在此高溫下且在氮?dú)鈿夥罩袛嚢杌旌衔?5小時(shí)。將聚合混合物傾注到9. OL水中。通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)分離所形成的沉淀并用600mL的MeOH洗滌。將分離的材料在盤中鋪開(kāi)并讓其風(fēng)干過(guò)夜。將固體置于廣口瓶中并且在68°C下真空干燥4小時(shí)。將所得的黃色粉末溶于450mL 的THF中。將此溶液緩慢地傾注到9. OL的甲醇中。通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)分離所形成的沉淀。將分離的材料在盤中鋪開(kāi)并讓其風(fēng)干過(guò)夜。將固體置于廣口瓶中并且在68°C真空下干燥4小時(shí)。再次在甲醇中進(jìn)行沉淀。所得的干燥、亮黃色聚合物經(jīng)稱重為42. 80g。通過(guò)使用光散射檢測(cè)的GPC來(lái)分析聚合物，表明該材料具有大約30，900的Mn。通過(guò)將IOnm厚的Ni金屬層蒸發(fā)沉積到Melinex ST505透明PET上來(lái)制備金屬化的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底。制備4重量％的TFTN-PIM的氯苯溶液并且通過(guò)旋涂將其以溶液方式沉積到Ni涂布的PET上，以達(dá)到大約600nm的厚度。用經(jīng)100克1_甲氧基-2-丙醇稀釋的100克原料納米銀懸浮液(得自Advanced Nanoproducts, Korea的 DGP-40LT-15C, 40重量％的銀的甲醇溶液)將銀納米粒子層以溶液方式沉積到TFTN-PIM層上。將銀懸浮液旋涂到PIM層上。沉積之后，將整個(gè)傳感器構(gòu)造在150°C下加熱1小時(shí)以燒結(jié)銀納米粒子。當(dāng)通過(guò)透明PET基底沿法向進(jìn)行視覺(jué)觀察時(shí)，所得的薄膜指示器具有綠色外觀。濾筒組件利用透明苯乙烯(得自Chevron-Phillips的K-樹脂)來(lái)模制濾筒殼體。將由 Remay 紡粘聚酯(得自英國(guó)倫敦的Fiberweb)制成的稀松布結(jié)合到殼體底部的適當(dāng)位置處。使用光學(xué)轉(zhuǎn)移粘合劑(得自3M公司的3M光學(xué)透明粘合劑817 在PET和濾筒側(cè)壁之間建立粘結(jié)，以此方式將指示器粘附至殼體的透明內(nèi)壁。然后利用45. 8g活性炭吸附劑(得自Kuraray公司的12X20目尺寸的GG炭)來(lái)填充剩余的濾筒體積。利用快速成型ABS塑料來(lái)制備如圖1-3所示的具有延伸部的濾筒入口蓋。將也由 Remay 紡粘聚酯制備的第二稀松布粘附至蓋的內(nèi)表面。然后將蓋-稀松布組件超聲焊接至殼體，在該過(guò)程中壓緊炭。窗口具有約5mm的厚度t、約4. 2mm的直徑d、約13. 9mm2的表面積和約50度的可見(jiàn)錐角范圍Θ。所得濾筒具有下述ESLI 當(dāng)在任何暴露之前通過(guò)窗口觀察時(shí)看起來(lái)為綠色的。當(dāng)傾斜濾筒以使觀察者的視線超出角度θ時(shí)，指示器不在視野之內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)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。以上引用的所有專利和專利申請(qǐng)，包括在背景技術(shù)章節(jié)中的那些，均以全文引用方式并入本文。當(dāng)這些并入的文件中的公開(kāi)內(nèi)容與上述說(shuō)明書之間存在沖突或差異時(shí)，應(yīng)以上述說(shuō)明書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種濾筒，包括(a)吸附過(guò)濾材料，其具有第一主表面和第二主表面；(b)使用壽命終止指示器(ESLI)；(c)殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有所述ESLI和所述吸附過(guò)濾材料，所述殼體包括側(cè)壁，透過(guò)所述側(cè)壁可看到所述ESLI，并且所述吸附過(guò)濾材料設(shè)置在所述殼體內(nèi)，使得所述吸附過(guò)濾材料的所述第二主表面設(shè)置在所述第一主表面的下游；(d)蓋，其被固定在所述殼體上，所述蓋具有不透明延伸部，所述不透明延伸部遮蔽所述殼體的側(cè)壁的至少一部分；以及(e)窗口，所述窗口設(shè)置在所述延伸部上對(duì)準(zhǔn)位置處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾筒，其中所述對(duì)準(zhǔn)位置在所述濾筒的y軸方向上軸向設(shè)置在所述吸附過(guò)濾材料的所述第一主表面和第二主表面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾筒，其中所述對(duì)準(zhǔn)位置沿所述y軸位于所述吸附過(guò)濾材料的所述第一主表面和第二主表面之間的大致中點(diǎn)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾筒，其中所述對(duì)準(zhǔn)位置沿所述y軸設(shè)置，在軸向上與所述第二主表面相比更靠近所述第一主表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾筒，其中所述對(duì)準(zhǔn)位置沿所述y軸設(shè)置，在軸向上與所述第一主表面相比更靠近所述第二主表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾筒，其中所述殼體的側(cè)壁包括靠近所述窗口的固體透明材料，并且其中所述蓋的延伸部包括有助于限定所述對(duì)準(zhǔn)位置的邊框。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的濾筒，其中所述窗口在所述延伸部中具有可透氣的窗格。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾筒，其中所述窗口在所述殼體的側(cè)壁中具有可透流體的窗格。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾筒，其中所述蓋的延伸部上設(shè)置有參考指示器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾筒，其中所述參考指示器設(shè)置為鄰近所述窗口并且具有類似于設(shè)置在所述延伸部上的所述窗口的窗格的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾筒，其中所述吸附過(guò)濾材料包括活性顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的濾筒，其中所述活性顆粒包括活性炭。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的濾筒，其中所述活性顆粒設(shè)置在第一稀松布層和第二稀松布層之間，所述第一稀松布層和第二稀松布層分別靠著所述吸附過(guò)濾材料的所述第一主表面和第二主表面而并置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾筒，其中所述ESLI包括多個(gè)層并且可通過(guò)所述窗口進(jìn)行觀察，使得所述ESLI的某種顏色的改變指示所述濾筒需進(jìn)行更換。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的濾筒，其中所述多個(gè)層按順序包括半反射層、檢測(cè)層和反射層。
16.一種面罩主體，其包括附裝于其上的一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾筒。
17.—種呼吸器，其包括帶具和根據(jù)權(quán)利要求16所述的面罩主體。
18.一種呼吸器，包括(a)面罩主體；(b)帶具，其附裝在所述面罩主體上；以及(c) 一個(gè)或多個(gè)濾筒，其可附裝在所述面罩主體上，所述濾筒包括蓋、殼體、過(guò)濾材料和使用壽命終止指示器(ESLI)，所述過(guò)濾材料和ESLI設(shè)置在所述殼體中，使得可透過(guò)所述殼體的側(cè)壁看到所述ESLI，所述蓋具有延伸部，所述延伸部上在對(duì)準(zhǔn)位置設(shè)有觀察所述ESLI 的窗口。
全文摘要
本發(fā)明提供了濾筒(12)，包括過(guò)濾材料(42)、使用壽命終止指示器(ESLI)(40)、殼體(22)、蓋(24)和窗口(38)。所述過(guò)濾材料(42)具有第一和第二主表面(45)、(47)并且設(shè)置在所述殼體中，使得所述過(guò)濾材料的第二主表面(47)設(shè)置在所述第一主表面(45)的下游。所述殼體具有側(cè)壁(26)，透過(guò)所述側(cè)壁(26)可看到所述ESLI(40)。所述蓋(24)固定在所述殼體(22)上并且具有不透明延伸部(36)，所述不透明延伸部遮蔽所述殼體的側(cè)壁(26)的至少一部分。所述窗口(38)在對(duì)準(zhǔn)位置設(shè)于所述延伸部(36)上，在該對(duì)準(zhǔn)位置中可透過(guò)所述窗口(38)看到所述ESLI(40)以使得所述ESLI(40)的某種顏色的改變指示所述濾筒(12)需進(jìn)行更換。使用所述濾筒蓋來(lái)設(shè)置所述ESLI對(duì)準(zhǔn)位置，使得所述濾筒能夠大量組裝而在實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)拇翱趯?duì)準(zhǔn)中不存在誤差風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)A62B23/04GK102458583SQ201080027311
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者尼爾·A·拉科, 托馬斯·W·霍姆奎斯特-布朗, 理查德·J·波里爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司