具有针织面部密封装置的供气头盔的制作方法
专利名称：具有针织面部密封装置的供气头盔的制作方法
技术领域：
本发明涉及在供气头盔上使用针织面部密封装置。
背景技术：
在周围空气包含污染物的环境中经常会佩戴供气头盔。这些头盔具有不透过流体的面甲，当佩戴者戴上头盔时，该面甲位于其面部的前方。面甲具有窗口，佩戴者通过该窗口能够看见周围的环境。面部密封装置连接在面甲上，以提供与周围的外部气体空间分开的呼吸区域或内部气体空间。内部气体空间位于面甲和佩戴者面部之间，通常由由连接在面甲上的面部密封装置、面甲本体和佩带者面部限定。美国专利6,014,971、4,462,399和4,280,491公开了具有面部密封装置的供气头盔的例子。
清洁空气被强迫从供气罐或动力空气系统进入内部气体空间，其中动力空气系统驱使周围的空气穿过空气过滤器。佩戴者呼吸该清洁空气并将其呼出回到呼吸区域中。该呼出的空气，连同被强迫从供气源进入呼吸区域的过量清洁空气一起，经面部密封装置中的开口流出内部气体空间。内部气体空间内存在的正压阻止了污染物经面部密封装置开口进入内部气体空间。例如，焊工常常利用供气头盔来防止呼吸到焊接过程中产生的污染物。电焊头盔的例子示出于以下专利文献中美国专利6,557,174，6,591,424，6,185,739，5,533,206，5,191,468，5,140,707，4,875,235，4,853,973，4,774,723，4,011,594和Des.398,421；以及WO 00/59421和WO 99/26502。
已知的面部密封装置是由多种材料制成的。一些供气头盔使用了来自DuPont的TyvekTM或SontaraTM作为面部密封装置材料(分别参见授权给Danisch等人的美国专利6,250,299 B1和授权给Burns等人的美国专利6,016,805)。其它的供气头盔使用了软垫或泡沫材料(分别参见授权给Her-Mou的美国专利5,533,500和5,104,430，以及授权给Yelland等的美国专利5,054,479)。一些商业上可以获得的产品使用了PVC涂层织物作为面部密封装置。一些织物产品还围绕面部密封装置的边缘结合了弹性材料，以使面部密封装置适应不同形状的脸。其它在商业上可以获得的产品，例如Performa A-VL面罩(可以从North Safety Products of Middelburg，Netherlands获得)，使用了机织织物作为面部密封装置。机织织物具有自由边，该自由边从面甲径向向内延伸以接触佩带者的面部，以产生与周围空气空间分开的呼吸区域。
虽然已知的面部密封产品提供了避免头盔佩带者呼吸到周围环境中的污染物的边界，但是，这些已知的产品在接触佩带者的脸部时有时会产生不适。已知的面部密封装置产品会产生痒的感觉，它们对人的面部来说是粗糙的，或当长期佩戴时它们不能令人正常地呼吸。由于这些原因，一些使用者拆除了面部密封装置，或当其使用寿命终止时不更换它。不用面部密封装置对佩带者是危险的，因为污染物会更容易地进入呼吸区域。本发明旨在减轻不适的问题，以最终改善最终使用者的安全。
发明内容
针对这种对面部密封装置的需求而提出了本发明，其中，所述面部密封装置能够舒适地配合在各种尺寸的面部上，同时允许从内部气体空间快速排出空气。流出内部气体空间的空气能够容易地流入外部气体空间，以为新的清洁空气留出空间。简要地概括，本发明提供了一种供气头盔，该供气头盔包括面甲和面部密封装置，其中，面部密封装置被固定于面甲上并包括密封件，该密封件包括针织物。针织物在至少一些区域内是多孔的，并且布置在面部密封装置上的密封件与佩带者的面部接触的位置处。优选地，针织物具有折叠部分，该折叠部分限定了密封件的径向向内的边界。优选的是，针织多孔织物在织物本身内还包括弹性纱线，以使密封件能够舒适地配合在不同尺寸的面部上。
本发明的供气头盔是有益的，因为在面部密封装置中使用针织物，给佩带者提供了明显改进的舒适感与配合性，同时也能从内部气体空间内有控制地排出空气。改进了的舒适感尤其有益，因为它提高了佩带者在含有污染物的环境中工作时一直在供气头盔上使用面部密封装置的可能性，并且改进了的配合是有益的，因为它明显减少了佩带者吸入可能存在于周围环境或外部气体空间内的污染物的机会。最终，本发明是有益的，因为它可保护佩带者长期的健康。
在本发明的附图和详细描述中会更详细地示出并说明本发明的这些以及其它优点，其中，使用相同的附图标记表示相似的零件。但是应该理解，附图和详细说明仅用于解释的目的，不应该理解为对本发明范围的限制。
术语表以下所列的术语定义如下“呼吸区域”是指内部气体空间或内部气体空间的一部分，在这里氧气由供气头盔的佩带者吸入；“清洁空气”是指是指经过过滤或以其它方式经过处理而对人呼吸是安全的空气；“弹性的”是指应变材料(例如纱线或密封件)在被拉伸到其原始长度的至少两倍左右之后，能够迅速地基本上恢复其初始尺寸和形状的能力；“外部气体空间”是指当供气头盔被人佩戴时，围绕供气头盔外部的周围大气气体空间；“面部”是指人头部前面的区域，主要由面颊和太阳穴区域(或面部区域的侧部)、下颚、前额和位于它们之间的面部区域来限定；“面部密封装置”是指一种结构，其接触人的面部，以帮助将供气头盔的内部气体空间与外部气体空间分开；“过滤的空气”是指已经穿过过滤材料以减少在被过滤之前可能已经存在于其中所有污染物数量的空气。
“框架件”是指一种结构零件，其起着支撑密封件的作用；
“摩擦地”是指通过使用摩擦；“摩擦接合”是指该接合通过需要连接的两个零件之间的摩擦产生，而不需要采用例如销、夹子和/或粘扣材料等部件进行附加的固定；“头盔”是指为了安全和/或保护目的佩戴在人头部上的一种装置；“内部气体空间”是指当人佩戴供气头盔时，位于面甲、面部密封装置和人的面部之间的空间；“针织的”是指主要由一系列联锁或被联锁的环来形成织物，所述环通常不会以上下方式垂直地彼此交叉；“多孔状”是指具有一定的流体透过率，在空气或氧气供给源的压力下，该流体透过率足以使供气头盔的内部气体空间中的空气从该空间清除或排出，以进入外部气体空间；“密封件”是指一种结构或零件的组合，其顺应地接触人的面部，以辅助限定内部气体空间与外部气体空间之间的分隔；“供气头盔”是指一种头盔，其接收供该装置的佩戴者呼吸用的清洁空气；“面甲”是指一种结构，当被佩戴时其位于人面部的前面，并且具有窗口以允许人通过它来看东西；“电焊头盔”是指一种头盔，其具有黑暗的或使看到的东西变黑暗的窗口；以及“纱线”是指适用针织形式的连续的一股纺织纤维、细丝或其它材料。
在附图中图1为根据本发明的面部密封装置12的后透视图；图2a-2d示出了可用于本发明的各种针织图案；图2e示出了平织的实例；图3为图1中示出的面部密封装置12的左侧视图；
图4为沿图1中线2-2的面部密封装置12的横截面图；图5为根据本发明的供气头盔10的后透视图，示出了从面甲10移开的面部密封装置12；图6为具有空气管道74的供气头盔10的左侧视图；图7为可用于形成一系列坯料82的针织物80的平面图，坯料82又可用来为面部密封装置12(图1)形成密封件18(图1)；图8为由图7中示出的针织物80产生的坯料82的前视图；以及图9为密封件坯料92的前视图，该密封件坯料具有可用来为面部密封装置12(图1)形成密封件18(图1)的构造。
具体实施例方式
在描述本发明的优选实施方式时，应用具体的术语是为了清楚的原因。但是，本发明并不限于所选择的具体术语，应该理解，所选择的每个术语包括操作相似的所有技术等同物。
在实施本发明时，提供了一种新的供气头盔，该头盔为佩带者提供了改善的舒适性，以减少不使用面部密封装置的可能性。本发明的供气头盔包括面甲和面部密封装置。面部密封装置固定在面甲上，并且包括密封件，该密封件包括针织多孔织物。针织多孔织物位于面部密封装置上的密封件与人的面部接触的位置。本发明人发现，针织多孔织物，尤其是包括弹性纱线和/或折叠边的织物，提供了一种面部密封装置，该面部密封装置在与人的面部接触时令人感觉柔软和舒适，并且能允许从头盔内部气体空间清除过量的空气，但不会流入相当多的污染物。针织多孔织物也能适合于紧贴地配合各种尺寸的面部。
图1示出了包括框架件16和密封件18的面部密封装置12。框架件16由例如薄实心塑料的无孔或不透过流体的材料制成。框架件16向面部密封装置12提供了结构完整性和支撑。尽管框架件16能够响应人手的力或压力被手动操作定位在面甲14(图4)上，但是当除去所述人手的压力时，它通常恢复其初始的构形。因此，令人期望的是，框架件16为柔韧性的或可手动调整的，同时仍显示足够的结构特性，以使面部密封装置12在使用中保持其想要的密封构造。一般而言，塑料框架的厚度大约为0.2mm至5mm，且能够把结构做成不过度轻薄，并且在未受人手的力或压力时保持其预定的形状。框架件16可由例如0.5至1.5mm厚的塑料(如聚丙烯)制成。令人期望的是，框架件16在至少一侧上具有无光泽表面，以避免可能干扰使用者视野的反射。尽管框架件被作为一个单独的零件示出，但是，作为替代，它可一体地成形在面甲中，且密封件可被固定在这种一体的零件上。作为本文中所使用的术语，“一体的”是指被形成为单个零件，而不是被形成为随后连接在一起的分开的零件。一体的框架件可构造成与面甲本体是同一个零件以便不被注意到，或它可以是从面甲本体一体延伸出来的凸出的凸缘或脊。优选地，框架件形成为如附图中所示的单独的零件，以使面部密封装置更容易地更换。
图1还示出了密封件18，其从框架件16径向向内延伸，且具有开口19以容纳人的面部。开口19可由周边(后面也称为内周边、折叠边缘、周边端部)26来限定，该周边26优选为可弹性拉伸的，且优选为尺寸小于典型的佩带者的面部，以使面部密封装置紧贴地配合各种尺寸的面部。针织物优选具有弹性，以便其能够被拉伸以紧密或紧贴地配合于人的面部。当供气头盔被使用者佩戴且面甲14(图4)被拉下至佩带者面部前方时，可拉伸的性质使得针织物与人的面部有足够的接触。当头盔没有被佩戴时，这些性质也使面部密封装置能够恢复其初始的构形。优选地，面部密封装置的弹力通过在面部密封装置织物中包含弹性纱线来提供，而不是在内周边26处或其附近将一条弹性材料缝制或以别的方式固定在面部密封装置上来提供。
针织物在至少一些区域内是多孔的，以允许内部气体空间中的加压流体相对无限制地穿过针织物，以便流入供气头盔呼吸区域的空气能被排出至环境中，以给被强制由空气供给源进入呼吸区域的新的清洁空气让出空间。在供气系统中，内部气体空间中的气压通常大于外部气体空间中的气压。这种增加的压力迫使空气从内部气体空间排出。压力更高的清洁空气持续受迫流入呼吸区域，在内部气体空间产生了增压或加压环境。气流能穿过可存在于针织物部分中的孔离开内部气体空间。如图2a-2d所示，针织物通常固有(或整体地)为多孔的，并且这种多孔性使空气能穿过网状多孔织物从内部气体空间排出。可通过按照在织物中形成一系列被互锁的或互锁的环的方式编织一根或多根纱线，来获得织物。图2a示出了圆形针织物的正面，图2b示出了所述织物的背面。如图所示，织物包括一系列互锁的环。针织物与单一的机织或平织织物(参见图2e)不同，在单一的机织或平织织物中，纱线与和其成90度或基本垂直的纱线上下交错。因而，针织物包括或基本上由一根或多根纱线的一系列互锁的环组成，其中，纱线不是必须以上下交错的方式垂直地彼此交叉。这种织物结构趋于使针织物固有比单一的机织织物更有柔性，当被用作面部密封装置时，这种特征可改善舒适性和配合性。针织物通常也能够在主要是二维的结构的两个主要维度上被拉伸。因此，针织物趋于更具有延展性或适合性，这使面部密封装置更紧贴地和适合地配合于佩带者的面部。图2c和2d示出了可在针织物中包括附加的纱线。例如，在图2c中，可在圆形针织物中包括衬纬纱线27。如图2d所示，可在经编针织物中包括衬纬纱线27。
密封件的针织部分可包括，例如，弹性纱线、阻燃纱线和舒适纱线的组合。“弹性纱线”被用来改进织物的“可拉伸性”，“阻燃纱线”使密封件能抵抗燃烧或过热导致的老化，而“舒适纱线”改善了人的面部对密封件的“感觉”。如上所述，改进了的可拉伸性特征使密封件与各种尺寸面部的紧贴配合。弹性纱线可主要由例如聚亚安酯等聚合物制成，或者可由例如改性丙烯酸、乳胶或其组合物制成。商业上获得的产品包括LycraTM(从Wilmington，Delaware的DuPontCorporation获得)，和SpandexTM(从Wichita，Kansas的Invista Inc获得)。在例如面部密封装置能接触到火花或热熔融金属滴液的焊接和磨削应用中，阻燃特征是重要的。阻燃纱线可由固有阻燃的材料制成，或者可以化学方法处理材料以使织物具有阻燃性。通常优选固有阻燃的材料，因为它可具有更好的耐洗涤性。阻燃纱线的例子可包括氧化热稳定的聚丙烯腈、阻燃聚酯改性的丙烯酸树脂和一些尼龙。商业上可以得到的产品包括KanecaronTMProtex-M(可从Osaka，Japan的Kaneka Corporation获得的固有阻燃纤维)、PanoxTM(可从Cleckheaton，UK的Lantor Universal Carbon Fibres获得)、NomexTM(可从Du Pont Corporation获得)以及TreviraTM(可从Bobingen，Germany的Trevira GmbH获得)。舒适纱线有助于给织物提供接触时柔软的感觉，因而，使织物在与人的面部接触时感觉舒适。可用在本发明的面部密封装置中的舒适纱线的一个例子是棉。其它适合的舒适纱线可包括聚酯、丙烯酸、人造纤维和羊毛。弹性纱线、阻燃纱线以及舒适纱线通常可基于织物的重量分别以大约0至20％、30至100％以及0至70％的百分比用于织物中。优选地，弹性纱线、阻燃纱线以及舒适纱线的使用量分别为大约1至10％、35至70％以及30至60％。如果将阻燃纱线和舒适纱线结合，按重量计算它们的使用量为大约80至99％。
织物还能为基本上任意颜色，且能由染色的聚合物材料(例如为聚酯、改性的丙烯酸)或这些聚合物材料与染色的天然纱线(如棉)的混合物或共混物制成。关于它的厚度，织物的厚度可为单股1/50(五十)支纱，但可为例如大约1/70至1/10支纱，但优选为大约1/60至1/30支纱(1/70比1/10薄)，但也可适当地具有其它的厚度。织物(在非折叠组合中，即，一个针织层)可为大约0.3至3毫米(mm)厚，优选大约0.7至1.5mm厚，但也可使用更大或更小的厚度，只要面部密封装置允许足够的流体流动即可。针织面部密封装置可由1至10个纱线头制成，优选为由大约1至5个纱线头制成。纱线头的数量为编织在一起的纱线的数量。针织物可制成大约有1gg至20gg，更优选为12gg至18gg。符号“gg”为每英寸环的数量。在16gg的机器中，在针织机上每英寸有16个针。重要的是，面部密封装置戴着舒适，且允许废气从内部气体空间迅速排出。
针织物可包括大约15％的例如为LycraTM的弹性纱线和大约85％的NotexTM纱线，该NotexTM纱线是一种固有阻燃纱线。弹性纤维增加了固有阻燃的弹性针织NotexTM的弹力，因而，避免在面部密封装置上需要附加的弹性材料。替代地，针织材料可包括基于重量大约0至20％的弹性纱线，45至55％的KanecaronTM纱线，以及大约40至60％的棉纱线。替代地，阻燃纤维和舒适纤维可以结合，或可用舒适阻燃纱线提供舒适的阻燃纱线。例如，KanecaronTM线可与棉线结合，以形成阻燃/舒适纱线。提供阻燃性和舒适性两者的纱线被称为“精梳阻燃/舒适纱线”。弹性纱线可与这种组合纱线一起编织，以提供既舒适又阻燃的可拉伸的弹性织物。弹性体(弹性纤维)可为，例如，改性的丙烯酸、乳胶或它们的组合。使用这种针织材料，可获得舒适的透气面部密封装置，这种面部密封装置也允许空气适当地排出头盔的呼吸区域或内部气体空间。
也如图1中所示，针织面部密封装置12可具有第一区域20和第二区域22，这两个区域限定了具有第一透过性和第二透过性的区域。第一透过性区域20可对气流具有更大的阻力(或穿过它的更高的压降)，以便排出内部气体空间的空气更易于被引导穿过第二透过性区域22。通常，在透过性更高的区域22中具有比区域20中更多的弹性纱线。这种分级的或分化的透过性特征在代理人卷号为No.60020US002的、与本申请同一日提交的、名称为“Supplied AirHelmet Having Differentiated Permeability”的美国专利申清No.10/987,512中进行了更透彻的描述。分化的透过性的有益效果在于，它能允许在横过面甲镜片(后面也称为窗口)69(图5和图6)内侧的气流中有选择地引导流体，并且它可使在佩戴者的面部前方以及下颚下面的这种被引导流体能够帮助防止污染物回流进入内部气体空间。
图3为面部密封装置12的侧视图，示出了框架件16怎样被构造成限定角度α的。框架件16具有额头部分21和下颚部分23，所述额头部分21和下颚部分23限定了夹角α，夹角α小于90°，优选为大约50至80度。使用具有这种角度α的框架件16能允许获得良好的配合，同时禁止污染物进入内部气体空间。
图4示出了密封件18是如何能被固定在框架件16上的。这可通过例如将针织密封件18缝制在框架件16的位置24处来完成。可用一条弹性材料25帮助将织物固定在框架件16上。弹性材料25可穿过密封件18缝合或缝制在框架件16上。因为织物通常为多孔的，所以，当其被缝制于框架件上时，弹性材料25用以防止缝纫纱线撕开织物。此外，针织物18优选地具有弹性，且以拉伸或延伸的状态被应用于框架件。在固定到框架件16上的过程中，弹性固定件25可与密封件材料同时被拉伸。以这样的方式将织物18固定在框架件16上，能够使织物在拉紧状态下固定在框架件16上。这种预先拉伸或拉紧的状态允许织物紧贴地接合佩带者的面部，尤其在内周边26附近的区域内。编织物中可包括弹性纱线，以使织物本身在它的相当大部分上可弹性拉伸，尤其在面部密封装置接触佩带者面部的区域内。因此，没有必要像现有技术中那样，围绕面部密封装置的边缘包括例如弹性条。使用与结点一体的弹性纱线消除了可能沿面部密封装置接触佩带者面部的边缘发生的“起皱效应”。尽管根据本发明，针织物可以以预先拉伸的状态布置在框架件上，但并不需要100％地拉伸。通常，密封件18以其完全拉伸状态的大约30至90％安装，因此能够被进一步拉伸或展开以紧贴地接合或容纳各种尺寸的面部。除缝制之外，针织物也可利用例如铆接、螺栓连接、粘合剂粘接等其它的机械或物理方法固定在框架件16上。
图4也示出了针织密封件18是如何折叠起来以限定内周边26(也参见图1)的。使用沿内周边折叠的端部或边缘26可消除或减少原来可能存在的粗糙或更凸出的边缘，进一步改善佩带者的舒适感。已经发现，具有折叠边缘的针织物在与佩带者的面部接触时尤其舒适，其中在折叠边缘密封件的周边主要与佩带者的面部接触。通过使用折叠边缘26，也可进一步降低磨损的可能性，这也会有益于佩带者的舒适感。因此，折叠边缘26使密封件18不具有会粗糙地接触人的面部的自由边或直边。折叠边缘26还为密封件18产生了第一并置层28和第二并置层30。当头盔10被戴上时，层30直接与佩带者的面具接触。这种双层结构有益于防止污染物进入内部气体空间。
图5示出了怎样将面部密封装置12固定到面甲14上。面部密封装置12的框架件16具有第一侧部38和第二侧部40。侧部38和侧部40被向内推或朝向彼此推，以便它们能够被挤压到各自的第一面甲侧部42和第二面甲侧部44之间。如上所述，框架件16能适于响应人工压力顺应变形，并能当去除压力后恢复初始的构形。因此，框架件16可为柔韧性的或可变形的，以允许其摩擦安置在刚性更大的面甲14中。框架件16分别具有第一接收部44和第二接收部46，所述接收部设计成靠在处于太阳穴位置60和62的间隔件48和50上。一旦框架件16设置在面甲14中，使得接收部44和46并置靠在位置60和62处的铰接组件上，则可逆时针旋转框架件16，直到框架件16的前部64接合面甲14上的第三接合点或接合架66为止。当框架件16的前部64并置在接合架66上时，禁止进一步的旋转运动，并且面部密封装置12保持固定地支撑在头盔14内。尽管附图中示出了三个摩擦接合点，但如果有必要或期望，本发明还可使用更多的接合点(例如，4、5、6或更多个接合点)。替代地，可通过在面部密封装置框架中设置“咬合”到塑料铆钉上的孔，来将框架件固定到面甲上。这些铆钉可永久地定位在面甲上或框架件上，以使框架件在面甲上咬合就位。
能够摩擦接合头盔面甲的面部密封装置的一个例子在代理人卷号为60021US002的、与本申请同一日提交的、名称为“FrictionallyEngaged Supplied Air Helmet Face Seal”的美国专利申请No.10/988,789中详细地进行了描述。这种面部密封装置尤为有益，因为它能通过使用摩擦接合连接到面甲上，无需附加的紧固装置。可能使用到的面部密封装置的另一个例子示出于授权给Burns等人的美国专利6,016,805中。
为戴上头盔10，佩带者将头顶部件68放置在他们头顶上，并向下旋转面甲14，使其直接位于佩带者面部前方。随后佩带者可透过窗口69看东西。如果头盔被用做焊接目的，则窗口可为自动变暗透镜(ADL)，该透镜响应焊工的焊炬的光立即变暗(参见，例如，授权给Hrnell和Palmer的美国专利6,097,451和5,825,441)。然后，佩带者戴上翼片70，以将密封件18的下颚部分72拉到他们下颚的下方。密封件18的周边26的其余部分被拉紧靠在佩带者的前额和颊部区域上。因此，形成了由佩带者的面部、密封件18和面罩或面甲14限定的呼吸区域或内部气体空间。如上所述，针织物可整体上为多孔的，以允许空气从内部气体空间排出。尽管针织物通常具有多孔性质，但由于在使用过程中内部气体空间中通常存在正压，所以防止了污染物进入内部气体空间。在操作中，清洁空气从自动力空气供给源加压供应至内部气体空间。这类装置的例子示出于美国专利6,279,572B1、6,250,299B1、6,014,971、5,125,402、4,965,887、4,462,399和4,280,491中。可与供气系统一起使用以引导空气进入内部气体空间的送风机的例子示出于美国专利6,575,165B1和D449,099S中。可在供气头盔上使用流量传感器，以在流入呼吸区域的空气降到安全水平以下时提供指示(参见授权给Petherbridge的美国专利6,615,828B1)。另外，可在过滤元件上连接非易失性存储器件，以保持过滤元件的使用记录(参见授权给Hogue的美国专利6,186,140B1)。
如图6所示，可经过与动力空气供给源流体连通的空气管道74将空气引入内部气体空间。空气管道74具有入口75和出口77。可用于引导空气进入头盔的内部气体空间的空气管道进一步示出于2004年4月7日提交的、名称为Air Duct的美国专利申请29/202,969以及现在为授权给Hind等人的美国专利＿＿＿＿中。空气管道74具有空气入口75和空气出口77，且由头顶元件68支撑。入口75连接于清洁空气源，出口77布置在密封件18和佩带者的前额(未示出)之间。如上所述，气流经过例如可能存在于密封件18(图1和图3)中的孔排出内部气体空间。空气管道74可在两个位置固定在头顶元件68上。空气管道74的后部可由冲压的塑料零件79保持与头顶元件68相隔固定距离。可提供调节旋钮67来改变头顶元件68的周长，使其配合各种尺寸的头部。空气管道74的前部可在额头处钉在头顶元件68上。以这种方式，可防止空气管道74在使用中移动或摆动。在额头处，空气管道74在面部密封装置12和头顶元件68之间通过。弹性的面部密封装置材料能使面部密封装置在空气管道周围形成良好的密封。入口可连接于清洁空气源，出口可布置在面部密封装置和面甲之间。当使用动力空气供给源时，空气在被引入内部气体空间之前，被驱动或迫使穿过空气过滤器。该空气过滤器可包含于壳体或滤筒中，该壳体或滤筒支撑于戴在佩带者腰部周围的带子上(参见授权给Cook等人的美国专利6,575,165)。
图7示出了细长的针织材料带(后面也称为细长片，片材)80，该带80包括一系列坯料部分82，所述坯料部分用以形成多个针织密封件。每个部分82由可分解的部分84分开。部分82和84均编织在一起，以使该材料带形成连续编织的细长片80。该片80可具有全部均匀的编织，但优选地包括具有不同弹性的区域。区域86和88分别位于虚线87和89的上方和下方，且优选地在编织中具有极少或不含弹性材料或纱线。区域90具有比区域86和88更多的弹性材料。如上参考图1和图2所述，利用具有不同的弹性区域的针织材料对最终产品的结构是有益的。优选地，基于织物重量，区域86和88包含大约0至5％的弹性纱线，更优选地，大约0至1％，区域90包含大约2至10％的弹性纱线，更优选地，大约3至7％。
在准备根据本发明的针织面部密封装置时，细长的针织材料带80可暴露于蒸汽，该蒸汽引起间隔区域84分解。这些分解的部分84可主要由水溶性的或得自“海藻”的或人造的纱线，例如由可以从Switzerland的EMS-Chimie AG获得的GrilonTM制成。在暴露于足量的蒸汽时，水溶性纱线分解，细长片80形成一系列坯料82。
图8示出了形成的坯料82之一。如图所示，部分82为“腰形的”。发生这种腰形效应是因为在中心区域90中有大量的弹性织物。当图7中的片材80暴露于蒸汽以分离部分82时，弹性材料可能固化，引起其“聚成一团”并造成部分82变为腰形。
图8中的腰形部分82每个都切成图9中所示的形状。每个切割的部分具有相对的翼片94和96。这些翼片缝制在一起以制成管。然后，如上参考图4所述，管的相对的端部97和99被连接在一起，并缝到面部密封装置10的框架件16上。因此，弹性区域90朝向密封件18(图1和图3)的周边端部26。因此，由材料区域86和88限定的可拉伸性小的或者非弹性的区域20的位置更接近图3中附图标记24所标示的面部密封装置的固定部分。部分86和88不仅可以比90部分包含更少的弹性材料，而且部分86和88也可以包括更紧密或者更密集的针织，以使区域20(如图1和3所示)的空气透过性比区域22低得多。因而，与区域20相比，区域22的多孔性或者透过性更强，且具有更低的压降。因此，区域22为要从供气头盔的内部气体空间排出的气体形成了阻力最小的路径。从总体上看，整个面部密封装置的压降通常为大约10至200帕斯卡，更典型的为大约20至110帕斯卡。高透过性区域的压降优选地为大约10至100帕斯卡，更优选地为大约20至70帕斯卡。低透过性区域20的压降优选地为大约90至200帕斯卡，更优选地为大约120至180帕斯卡。可通过利用一对气动卡盘将面部密封装置夹在一个60毫米小孔上方，来测量压降。压力计利用每分钟85升的流速测量面部密封装置各侧的压力。
穿过面部密封装置材料的空气流速通常为大约5至200cm3/s/cm2，更为典型的为大约20至150cm3/s/cm2。高透过性区域22的空气流速优选为85至200cm3/s/cm2，更优选地为大约100至150cm3/s/cm2。低透过性区域20的空气流速优选为5至80cm3/s/cm2，更优选地为大约20至70cm3/s/cm2。可以利用ASTM D737-96，Standard Test Method for Air Permeability of Textile Fabrics中描述的测试方法测量空气流速。
可以得到从出口77(图5)流入的横过佩带者面部的可控空气流。从出口77(图6)进入呼吸区域的清洁空气是主要通过更为多孔的区域22(图1和4)排出内部气体空间。由于内部气体空间内的压力更高，所以污染物更难进入供气头盔的呼吸区域。提供具有分化透过性或不同气流的密封件，允许控制呼吸区域内的空气运动。加压空气可以吹过佩戴者的脸或呼吸区域，同时防止污染物意外地流入内部气体空间。
在一种制造针织面部密封装置的替代的方法中，纱线可以被编织成长的中空的圆柱体，然后该纱线圆柱体可被切成一系列更短的环。接着，每个这些更短的环可重叠并缝制在框架件上以形成面部密封装置。利用这种方法，可以制造没有任何暴露的接缝的面部密封装置。无缝的结构可进一步改善佩带者的舒适感。面部密封装置的多孔性可通过改变编织的密度、为面部密封装置环添加附加材料、以及控制缝到塑料框上的材料的张力来控制。
除了上文提到的动力空气系统，本发明也能够与压缩空气系统结合使用，例如自备式呼吸装置(SCBA)，该装置具有通常加压的向人供给清洁空气的空气罐或氧气罐。SCBA系统的例子示出于以下美国专利中6,478,025，4,886,056，4,586,500和4,437,460。为解释本发明，将压缩空气系统当作供气系统。此外，本发明的供气系统不仅可结合电焊头盔或焊接环境使用，而且也可用在例如为手术环境和清洁空气室所设计的头盔上(参见，例如美国专利4,901,716，4,055,173，4,019,508和3,955,570)。
选择以下的实例仅用于进一步说明本发明的特征、优点和其它的细节。然而，应清楚的理解，尽管实例用于这个目的，但使用的具体成分和使用量、以及其它条件和细节不应理解为限制本发明的范围。
实例面部密封装置密封件是由直线的1&1罗纹编织坯料制成，该坯料被切割并缝制以获得所期望的形状和构造。该坯料由三种纱线制成组合的阻燃/舒适纱线、弹性纱线，以及水溶性纱线。组合的阻燃/舒适纱线包含KanecaronTM纤维、Prot ex-M、以及棉纤维。相对于彼此，使用的KanecaronTM纤维的重量百分比为55％，棉纤维的重量百分比为45％。弹性纱线为200分特，并且包含重量百分比分别为62％的弹性织物LycraTM和38％的卷曲尼龙。在编织坯料中，这两种纱线用作主要的结构元件。组合的阻燃/棉纱线和弹性纱线均被染成蓝色。阻燃/舒适纱线还被上蜡。坯料中弹性纱线的含量沿着坯料的长度变化，纱线的量在坯料的中心处最高，在坯料的顶部和底部降低为不含弹性纱线。为了以连续的方式生产一系列的坯料，在每个坯料的末端编织一排水溶性的纱线(GrilonTM，EMS-ChimieAG，Switzerland)。在16gg(每英寸16针或6.3针/cm)动力平织机上编织连续织物，该机器在使用时具有620个针。当受到蒸汽处理时，水溶性纱线溶解，以由连续长度的编织形成单个的坯料。坯料包括5个分级区域区域1为硬编织，其具有额外的纱线端，且被设计为允许清洁空气从头顶排出，它包含三个KanecaronTM/棉纱线的末端，具有24圈和48行。区域2为排出区域1和面部密封区域3之间的过渡区域。它包括两个1/50支纱的末端以及48行，该48行包含打褶的LycraTM纱线，每4行使用一个。区域3为面接触区域，并且被设计为接触皮肤舒适的。区域3包括两个1/50支纱的末端，并具有11圈和88行，其中每两行中的一行用LycraTM纱线打褶。区域4为面接触区域和排出区域之间的过渡区域，并具有与区域2相同的结构。区域5也为排出区域，且具有与区域1相同的结构。
坯料中心附近弹性纱线的百分比较高，随着侧边靠近坯料的中心，坯料的侧边逐渐变细或成“腰形”。为了形成本发明的面部密封装置，利用301型平缝缝纫机来将坯料边缝制在一起，以形成圆柱体。接着，折叠该圆柱体，使得两个开口端的边可被缝制在一起，利用514型的4线包缝缝纫机缝制。这些边也被缝制到支撑塑料框架上，该塑料框架是冲切的1mm厚的黑色聚丙烯塑料。利用301锁缝缝纫机固定编织材料，该缝纫机每厘米具有34个针脚。最后，将皮革翼片缝制在编织材料上。
在不偏离本发明精神和范围的条件下，可对其进行各种改变或变化。从而，应当理解，本发明不限于前述实施例，而是由以下权利要求书和等同物限定。
同时也应当理解，在不存在此处未具体公开的任何元件的情况下，也可适当地实施本发明。
以上所引用的所有专利和专利申请，包括背景技术部分中引用的专利和专利申请，全部通过引用的方式并入本文。
权利要求
1.一种供气头盔，其包括(a)面甲；以及(b)面部密封装置，其固定在所述面甲上，并包括密封件，所述密封件包括针织物，所述针织物在至少一些区域呈多孔状，并且布置在所述密封件与佩戴者的面部接触的位置。
2.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物具有折叠线，所述折叠线限定了所述密封件的内周边。
3.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物包含弹性纱线。
4.如权利要求3所述的供气头盔，其中，按针织物的重量计算，存在于所述针织物中的所述弹性纱线的重量百分比约为1％至10％。
5.如权利要求3所述的供气头盔，其中，所述针织物包含阻燃纱线和舒适纱线或组合的阻燃/舒适纱线。
6.如权利要求5所述的供气头盔，其中，在所述针织物中使用大约80％至99％的所述阻燃纱线或组合的阻燃/舒适纱线。
7.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述面部密封装置包括框架件，所述密封件从所述框架件径向向内延伸。
8.如权利要求7所述的供气头盔，其中，所述框架件适合响应手动压力顺应变形，且当所述手动压力停止时恢复初始的构形。
9.如权利要求7所述的供气头盔，其中，所述框架件与所述面甲不是一体的，且能够从所述面甲上手动拆卸。
10.如权利要求7所述的供气头盔，其中，所述密封件包括折叠线，所述折叠线限定所述密封件的内周边。
11.如权利要求10所述的供气头盔，其中，所述针织物在所述折叠线附近包括弹性纱线。
12.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述面部密封装置包括框架件，所述框架件由不透过流体的、薄实心塑料制成。
13.如权利要求12所述的供气头盔，其中，所述框架件的厚度为大约0.5至1.5毫米，并且是由塑料制成的。
14.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述面部密封装置包括与所述面甲一体的框架件。
15.如权利要求1所述的供气头盔，其中，基本上整个所述针织物都是固有多孔的。
16.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物包括弹性纱线、阻燃纱线和舒适纱线，或弹性纱线和组合的阻燃/舒适纱线。
17.如权利要求16所述的供气头盔，其中，在所述密封件的内周边附近，所述弹性纱线占的比例更多。
18.如权利要求16所述的供气头盔，其中，所述阻燃纱线是固有阻燃的。
19.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物具有12至18gg。
20.如权利要求12所述的供气头盔，其中，所述框架件具有额头部分和下颚部分，所述额头部分和下颚部分彼此偏斜约50°至80°的角度α。
21.如权利要求12所述的供气头盔，其中，所述针织物具有弹性，并且在拉伸状态下被固定到所述框架件上。
22.如权利要求21所述的供气头盔，其中，在连接位置，所述密封件以其完全拉伸状态的约30至90％连接在所述面部密封装置上。
23.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织面部密封装置显示大约20至110帕斯卡的压降。
24.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述供气头盔为电焊头盔。
全文摘要
本发明公开一种供气头盔(10)，其具有面甲(14)和面部密封装置(16)。面部密封装置(16)固定在面甲(14)上，并包括密封件(18)，该密封件包括针织物。该针织物布置在面部密封装置(16)上，位于面部密封装置(16)与佩戴者的面部接触的位置。对面部密封装置(16)使用针织物使得供气头盔(10)佩戴更舒适，并且当戴上供气头盔(10)时，头盔的佩带者将更可能一直使用该面部密封装置(16)。
文档编号A62B18/00GK101056677SQ200580038844
公开日2007年10月17日 申请日期2005年10月17日 优先权日2004年11月12日
发明者德斯蒙德·T·柯伦, 彼得·D·李, 理查德·D·威廉姆斯, 彼得·N·耶茨 申请人:3M创新有限公司
技术领域：
本发明涉及在供气头盔上使用针织面部密封装置。
背景技术：
在周围空气包含污染物的环境中经常会佩戴供气头盔。这些头盔具有不透过流体的面甲，当佩戴者戴上头盔时，该面甲位于其面部的前方。面甲具有窗口，佩戴者通过该窗口能够看见周围的环境。面部密封装置连接在面甲上，以提供与周围的外部气体空间分开的呼吸区域或内部气体空间。内部气体空间位于面甲和佩戴者面部之间，通常由由连接在面甲上的面部密封装置、面甲本体和佩带者面部限定。美国专利6,014,971、4,462,399和4,280,491公开了具有面部密封装置的供气头盔的例子。
清洁空气被强迫从供气罐或动力空气系统进入内部气体空间，其中动力空气系统驱使周围的空气穿过空气过滤器。佩戴者呼吸该清洁空气并将其呼出回到呼吸区域中。该呼出的空气，连同被强迫从供气源进入呼吸区域的过量清洁空气一起，经面部密封装置中的开口流出内部气体空间。内部气体空间内存在的正压阻止了污染物经面部密封装置开口进入内部气体空间。例如，焊工常常利用供气头盔来防止呼吸到焊接过程中产生的污染物。电焊头盔的例子示出于以下专利文献中美国专利6,557,174，6,591,424，6,185,739，5,533,206，5,191,468，5,140,707，4,875,235，4,853,973，4,774,723，4,011,594和Des.398,421；以及WO 00/59421和WO 99/26502。
已知的面部密封装置是由多种材料制成的。一些供气头盔使用了来自DuPont的TyvekTM或SontaraTM作为面部密封装置材料(分别参见授权给Danisch等人的美国专利6,250,299 B1和授权给Burns等人的美国专利6,016,805)。其它的供气头盔使用了软垫或泡沫材料(分别参见授权给Her-Mou的美国专利5,533,500和5,104,430，以及授权给Yelland等的美国专利5,054,479)。一些商业上可以获得的产品使用了PVC涂层织物作为面部密封装置。一些织物产品还围绕面部密封装置的边缘结合了弹性材料，以使面部密封装置适应不同形状的脸。其它在商业上可以获得的产品，例如Performa A-VL面罩(可以从North Safety Products of Middelburg，Netherlands获得)，使用了机织织物作为面部密封装置。机织织物具有自由边，该自由边从面甲径向向内延伸以接触佩带者的面部，以产生与周围空气空间分开的呼吸区域。
虽然已知的面部密封产品提供了避免头盔佩带者呼吸到周围环境中的污染物的边界，但是，这些已知的产品在接触佩带者的脸部时有时会产生不适。已知的面部密封装置产品会产生痒的感觉，它们对人的面部来说是粗糙的，或当长期佩戴时它们不能令人正常地呼吸。由于这些原因，一些使用者拆除了面部密封装置，或当其使用寿命终止时不更换它。不用面部密封装置对佩带者是危险的，因为污染物会更容易地进入呼吸区域。本发明旨在减轻不适的问题，以最终改善最终使用者的安全。
发明内容
针对这种对面部密封装置的需求而提出了本发明，其中，所述面部密封装置能够舒适地配合在各种尺寸的面部上，同时允许从内部气体空间快速排出空气。流出内部气体空间的空气能够容易地流入外部气体空间，以为新的清洁空气留出空间。简要地概括，本发明提供了一种供气头盔，该供气头盔包括面甲和面部密封装置，其中，面部密封装置被固定于面甲上并包括密封件，该密封件包括针织物。针织物在至少一些区域内是多孔的，并且布置在面部密封装置上的密封件与佩带者的面部接触的位置处。优选地，针织物具有折叠部分，该折叠部分限定了密封件的径向向内的边界。优选的是，针织多孔织物在织物本身内还包括弹性纱线，以使密封件能够舒适地配合在不同尺寸的面部上。
本发明的供气头盔是有益的，因为在面部密封装置中使用针织物，给佩带者提供了明显改进的舒适感与配合性，同时也能从内部气体空间内有控制地排出空气。改进了的舒适感尤其有益，因为它提高了佩带者在含有污染物的环境中工作时一直在供气头盔上使用面部密封装置的可能性，并且改进了的配合是有益的，因为它明显减少了佩带者吸入可能存在于周围环境或外部气体空间内的污染物的机会。最终，本发明是有益的，因为它可保护佩带者长期的健康。
在本发明的附图和详细描述中会更详细地示出并说明本发明的这些以及其它优点，其中，使用相同的附图标记表示相似的零件。但是应该理解，附图和详细说明仅用于解释的目的，不应该理解为对本发明范围的限制。
术语表以下所列的术语定义如下“呼吸区域”是指内部气体空间或内部气体空间的一部分，在这里氧气由供气头盔的佩带者吸入；“清洁空气”是指是指经过过滤或以其它方式经过处理而对人呼吸是安全的空气；“弹性的”是指应变材料(例如纱线或密封件)在被拉伸到其原始长度的至少两倍左右之后，能够迅速地基本上恢复其初始尺寸和形状的能力；“外部气体空间”是指当供气头盔被人佩戴时，围绕供气头盔外部的周围大气气体空间；“面部”是指人头部前面的区域，主要由面颊和太阳穴区域(或面部区域的侧部)、下颚、前额和位于它们之间的面部区域来限定；“面部密封装置”是指一种结构，其接触人的面部，以帮助将供气头盔的内部气体空间与外部气体空间分开；“过滤的空气”是指已经穿过过滤材料以减少在被过滤之前可能已经存在于其中所有污染物数量的空气。
“框架件”是指一种结构零件，其起着支撑密封件的作用；
“摩擦地”是指通过使用摩擦；“摩擦接合”是指该接合通过需要连接的两个零件之间的摩擦产生，而不需要采用例如销、夹子和/或粘扣材料等部件进行附加的固定；“头盔”是指为了安全和/或保护目的佩戴在人头部上的一种装置；“内部气体空间”是指当人佩戴供气头盔时，位于面甲、面部密封装置和人的面部之间的空间；“针织的”是指主要由一系列联锁或被联锁的环来形成织物，所述环通常不会以上下方式垂直地彼此交叉；“多孔状”是指具有一定的流体透过率，在空气或氧气供给源的压力下，该流体透过率足以使供气头盔的内部气体空间中的空气从该空间清除或排出，以进入外部气体空间；“密封件”是指一种结构或零件的组合，其顺应地接触人的面部，以辅助限定内部气体空间与外部气体空间之间的分隔；“供气头盔”是指一种头盔，其接收供该装置的佩戴者呼吸用的清洁空气；“面甲”是指一种结构，当被佩戴时其位于人面部的前面，并且具有窗口以允许人通过它来看东西；“电焊头盔”是指一种头盔，其具有黑暗的或使看到的东西变黑暗的窗口；以及“纱线”是指适用针织形式的连续的一股纺织纤维、细丝或其它材料。
在附图中图1为根据本发明的面部密封装置12的后透视图；图2a-2d示出了可用于本发明的各种针织图案；图2e示出了平织的实例；图3为图1中示出的面部密封装置12的左侧视图；
图4为沿图1中线2-2的面部密封装置12的横截面图；图5为根据本发明的供气头盔10的后透视图，示出了从面甲10移开的面部密封装置12；图6为具有空气管道74的供气头盔10的左侧视图；图7为可用于形成一系列坯料82的针织物80的平面图，坯料82又可用来为面部密封装置12(图1)形成密封件18(图1)；图8为由图7中示出的针织物80产生的坯料82的前视图；以及图9为密封件坯料92的前视图，该密封件坯料具有可用来为面部密封装置12(图1)形成密封件18(图1)的构造。
具体实施例方式
在描述本发明的优选实施方式时，应用具体的术语是为了清楚的原因。但是，本发明并不限于所选择的具体术语，应该理解，所选择的每个术语包括操作相似的所有技术等同物。
在实施本发明时，提供了一种新的供气头盔，该头盔为佩带者提供了改善的舒适性，以减少不使用面部密封装置的可能性。本发明的供气头盔包括面甲和面部密封装置。面部密封装置固定在面甲上，并且包括密封件，该密封件包括针织多孔织物。针织多孔织物位于面部密封装置上的密封件与人的面部接触的位置。本发明人发现，针织多孔织物，尤其是包括弹性纱线和/或折叠边的织物，提供了一种面部密封装置，该面部密封装置在与人的面部接触时令人感觉柔软和舒适，并且能允许从头盔内部气体空间清除过量的空气，但不会流入相当多的污染物。针织多孔织物也能适合于紧贴地配合各种尺寸的面部。
图1示出了包括框架件16和密封件18的面部密封装置12。框架件16由例如薄实心塑料的无孔或不透过流体的材料制成。框架件16向面部密封装置12提供了结构完整性和支撑。尽管框架件16能够响应人手的力或压力被手动操作定位在面甲14(图4)上，但是当除去所述人手的压力时，它通常恢复其初始的构形。因此，令人期望的是，框架件16为柔韧性的或可手动调整的，同时仍显示足够的结构特性，以使面部密封装置12在使用中保持其想要的密封构造。一般而言，塑料框架的厚度大约为0.2mm至5mm，且能够把结构做成不过度轻薄，并且在未受人手的力或压力时保持其预定的形状。框架件16可由例如0.5至1.5mm厚的塑料(如聚丙烯)制成。令人期望的是，框架件16在至少一侧上具有无光泽表面，以避免可能干扰使用者视野的反射。尽管框架件被作为一个单独的零件示出，但是，作为替代，它可一体地成形在面甲中，且密封件可被固定在这种一体的零件上。作为本文中所使用的术语，“一体的”是指被形成为单个零件，而不是被形成为随后连接在一起的分开的零件。一体的框架件可构造成与面甲本体是同一个零件以便不被注意到，或它可以是从面甲本体一体延伸出来的凸出的凸缘或脊。优选地，框架件形成为如附图中所示的单独的零件，以使面部密封装置更容易地更换。
图1还示出了密封件18，其从框架件16径向向内延伸，且具有开口19以容纳人的面部。开口19可由周边(后面也称为内周边、折叠边缘、周边端部)26来限定，该周边26优选为可弹性拉伸的，且优选为尺寸小于典型的佩带者的面部，以使面部密封装置紧贴地配合各种尺寸的面部。针织物优选具有弹性，以便其能够被拉伸以紧密或紧贴地配合于人的面部。当供气头盔被使用者佩戴且面甲14(图4)被拉下至佩带者面部前方时，可拉伸的性质使得针织物与人的面部有足够的接触。当头盔没有被佩戴时，这些性质也使面部密封装置能够恢复其初始的构形。优选地，面部密封装置的弹力通过在面部密封装置织物中包含弹性纱线来提供，而不是在内周边26处或其附近将一条弹性材料缝制或以别的方式固定在面部密封装置上来提供。
针织物在至少一些区域内是多孔的，以允许内部气体空间中的加压流体相对无限制地穿过针织物，以便流入供气头盔呼吸区域的空气能被排出至环境中，以给被强制由空气供给源进入呼吸区域的新的清洁空气让出空间。在供气系统中，内部气体空间中的气压通常大于外部气体空间中的气压。这种增加的压力迫使空气从内部气体空间排出。压力更高的清洁空气持续受迫流入呼吸区域，在内部气体空间产生了增压或加压环境。气流能穿过可存在于针织物部分中的孔离开内部气体空间。如图2a-2d所示，针织物通常固有(或整体地)为多孔的，并且这种多孔性使空气能穿过网状多孔织物从内部气体空间排出。可通过按照在织物中形成一系列被互锁的或互锁的环的方式编织一根或多根纱线，来获得织物。图2a示出了圆形针织物的正面，图2b示出了所述织物的背面。如图所示，织物包括一系列互锁的环。针织物与单一的机织或平织织物(参见图2e)不同，在单一的机织或平织织物中，纱线与和其成90度或基本垂直的纱线上下交错。因而，针织物包括或基本上由一根或多根纱线的一系列互锁的环组成，其中，纱线不是必须以上下交错的方式垂直地彼此交叉。这种织物结构趋于使针织物固有比单一的机织织物更有柔性，当被用作面部密封装置时，这种特征可改善舒适性和配合性。针织物通常也能够在主要是二维的结构的两个主要维度上被拉伸。因此，针织物趋于更具有延展性或适合性，这使面部密封装置更紧贴地和适合地配合于佩带者的面部。图2c和2d示出了可在针织物中包括附加的纱线。例如，在图2c中，可在圆形针织物中包括衬纬纱线27。如图2d所示，可在经编针织物中包括衬纬纱线27。
密封件的针织部分可包括，例如，弹性纱线、阻燃纱线和舒适纱线的组合。“弹性纱线”被用来改进织物的“可拉伸性”，“阻燃纱线”使密封件能抵抗燃烧或过热导致的老化，而“舒适纱线”改善了人的面部对密封件的“感觉”。如上所述，改进了的可拉伸性特征使密封件与各种尺寸面部的紧贴配合。弹性纱线可主要由例如聚亚安酯等聚合物制成，或者可由例如改性丙烯酸、乳胶或其组合物制成。商业上获得的产品包括LycraTM(从Wilmington，Delaware的DuPontCorporation获得)，和SpandexTM(从Wichita，Kansas的Invista Inc获得)。在例如面部密封装置能接触到火花或热熔融金属滴液的焊接和磨削应用中，阻燃特征是重要的。阻燃纱线可由固有阻燃的材料制成，或者可以化学方法处理材料以使织物具有阻燃性。通常优选固有阻燃的材料，因为它可具有更好的耐洗涤性。阻燃纱线的例子可包括氧化热稳定的聚丙烯腈、阻燃聚酯改性的丙烯酸树脂和一些尼龙。商业上可以得到的产品包括KanecaronTMProtex-M(可从Osaka，Japan的Kaneka Corporation获得的固有阻燃纤维)、PanoxTM(可从Cleckheaton，UK的Lantor Universal Carbon Fibres获得)、NomexTM(可从Du Pont Corporation获得)以及TreviraTM(可从Bobingen，Germany的Trevira GmbH获得)。舒适纱线有助于给织物提供接触时柔软的感觉，因而，使织物在与人的面部接触时感觉舒适。可用在本发明的面部密封装置中的舒适纱线的一个例子是棉。其它适合的舒适纱线可包括聚酯、丙烯酸、人造纤维和羊毛。弹性纱线、阻燃纱线以及舒适纱线通常可基于织物的重量分别以大约0至20％、30至100％以及0至70％的百分比用于织物中。优选地，弹性纱线、阻燃纱线以及舒适纱线的使用量分别为大约1至10％、35至70％以及30至60％。如果将阻燃纱线和舒适纱线结合，按重量计算它们的使用量为大约80至99％。
织物还能为基本上任意颜色，且能由染色的聚合物材料(例如为聚酯、改性的丙烯酸)或这些聚合物材料与染色的天然纱线(如棉)的混合物或共混物制成。关于它的厚度，织物的厚度可为单股1/50(五十)支纱，但可为例如大约1/70至1/10支纱，但优选为大约1/60至1/30支纱(1/70比1/10薄)，但也可适当地具有其它的厚度。织物(在非折叠组合中，即，一个针织层)可为大约0.3至3毫米(mm)厚，优选大约0.7至1.5mm厚，但也可使用更大或更小的厚度，只要面部密封装置允许足够的流体流动即可。针织面部密封装置可由1至10个纱线头制成，优选为由大约1至5个纱线头制成。纱线头的数量为编织在一起的纱线的数量。针织物可制成大约有1gg至20gg，更优选为12gg至18gg。符号“gg”为每英寸环的数量。在16gg的机器中，在针织机上每英寸有16个针。重要的是，面部密封装置戴着舒适，且允许废气从内部气体空间迅速排出。
针织物可包括大约15％的例如为LycraTM的弹性纱线和大约85％的NotexTM纱线，该NotexTM纱线是一种固有阻燃纱线。弹性纤维增加了固有阻燃的弹性针织NotexTM的弹力，因而，避免在面部密封装置上需要附加的弹性材料。替代地，针织材料可包括基于重量大约0至20％的弹性纱线，45至55％的KanecaronTM纱线，以及大约40至60％的棉纱线。替代地，阻燃纤维和舒适纤维可以结合，或可用舒适阻燃纱线提供舒适的阻燃纱线。例如，KanecaronTM线可与棉线结合，以形成阻燃/舒适纱线。提供阻燃性和舒适性两者的纱线被称为“精梳阻燃/舒适纱线”。弹性纱线可与这种组合纱线一起编织，以提供既舒适又阻燃的可拉伸的弹性织物。弹性体(弹性纤维)可为，例如，改性的丙烯酸、乳胶或它们的组合。使用这种针织材料，可获得舒适的透气面部密封装置，这种面部密封装置也允许空气适当地排出头盔的呼吸区域或内部气体空间。
也如图1中所示，针织面部密封装置12可具有第一区域20和第二区域22，这两个区域限定了具有第一透过性和第二透过性的区域。第一透过性区域20可对气流具有更大的阻力(或穿过它的更高的压降)，以便排出内部气体空间的空气更易于被引导穿过第二透过性区域22。通常，在透过性更高的区域22中具有比区域20中更多的弹性纱线。这种分级的或分化的透过性特征在代理人卷号为No.60020US002的、与本申请同一日提交的、名称为“Supplied AirHelmet Having Differentiated Permeability”的美国专利申清No.10/987,512中进行了更透彻的描述。分化的透过性的有益效果在于，它能允许在横过面甲镜片(后面也称为窗口)69(图5和图6)内侧的气流中有选择地引导流体，并且它可使在佩戴者的面部前方以及下颚下面的这种被引导流体能够帮助防止污染物回流进入内部气体空间。
图3为面部密封装置12的侧视图，示出了框架件16怎样被构造成限定角度α的。框架件16具有额头部分21和下颚部分23，所述额头部分21和下颚部分23限定了夹角α，夹角α小于90°，优选为大约50至80度。使用具有这种角度α的框架件16能允许获得良好的配合，同时禁止污染物进入内部气体空间。
图4示出了密封件18是如何能被固定在框架件16上的。这可通过例如将针织密封件18缝制在框架件16的位置24处来完成。可用一条弹性材料25帮助将织物固定在框架件16上。弹性材料25可穿过密封件18缝合或缝制在框架件16上。因为织物通常为多孔的，所以，当其被缝制于框架件上时，弹性材料25用以防止缝纫纱线撕开织物。此外，针织物18优选地具有弹性，且以拉伸或延伸的状态被应用于框架件。在固定到框架件16上的过程中，弹性固定件25可与密封件材料同时被拉伸。以这样的方式将织物18固定在框架件16上，能够使织物在拉紧状态下固定在框架件16上。这种预先拉伸或拉紧的状态允许织物紧贴地接合佩带者的面部，尤其在内周边26附近的区域内。编织物中可包括弹性纱线，以使织物本身在它的相当大部分上可弹性拉伸，尤其在面部密封装置接触佩带者面部的区域内。因此，没有必要像现有技术中那样，围绕面部密封装置的边缘包括例如弹性条。使用与结点一体的弹性纱线消除了可能沿面部密封装置接触佩带者面部的边缘发生的“起皱效应”。尽管根据本发明，针织物可以以预先拉伸的状态布置在框架件上，但并不需要100％地拉伸。通常，密封件18以其完全拉伸状态的大约30至90％安装，因此能够被进一步拉伸或展开以紧贴地接合或容纳各种尺寸的面部。除缝制之外，针织物也可利用例如铆接、螺栓连接、粘合剂粘接等其它的机械或物理方法固定在框架件16上。
图4也示出了针织密封件18是如何折叠起来以限定内周边26(也参见图1)的。使用沿内周边折叠的端部或边缘26可消除或减少原来可能存在的粗糙或更凸出的边缘，进一步改善佩带者的舒适感。已经发现，具有折叠边缘的针织物在与佩带者的面部接触时尤其舒适，其中在折叠边缘密封件的周边主要与佩带者的面部接触。通过使用折叠边缘26，也可进一步降低磨损的可能性，这也会有益于佩带者的舒适感。因此，折叠边缘26使密封件18不具有会粗糙地接触人的面部的自由边或直边。折叠边缘26还为密封件18产生了第一并置层28和第二并置层30。当头盔10被戴上时，层30直接与佩带者的面具接触。这种双层结构有益于防止污染物进入内部气体空间。
图5示出了怎样将面部密封装置12固定到面甲14上。面部密封装置12的框架件16具有第一侧部38和第二侧部40。侧部38和侧部40被向内推或朝向彼此推，以便它们能够被挤压到各自的第一面甲侧部42和第二面甲侧部44之间。如上所述，框架件16能适于响应人工压力顺应变形，并能当去除压力后恢复初始的构形。因此，框架件16可为柔韧性的或可变形的，以允许其摩擦安置在刚性更大的面甲14中。框架件16分别具有第一接收部44和第二接收部46，所述接收部设计成靠在处于太阳穴位置60和62的间隔件48和50上。一旦框架件16设置在面甲14中，使得接收部44和46并置靠在位置60和62处的铰接组件上，则可逆时针旋转框架件16，直到框架件16的前部64接合面甲14上的第三接合点或接合架66为止。当框架件16的前部64并置在接合架66上时，禁止进一步的旋转运动，并且面部密封装置12保持固定地支撑在头盔14内。尽管附图中示出了三个摩擦接合点，但如果有必要或期望，本发明还可使用更多的接合点(例如，4、5、6或更多个接合点)。替代地，可通过在面部密封装置框架中设置“咬合”到塑料铆钉上的孔，来将框架件固定到面甲上。这些铆钉可永久地定位在面甲上或框架件上，以使框架件在面甲上咬合就位。
能够摩擦接合头盔面甲的面部密封装置的一个例子在代理人卷号为60021US002的、与本申请同一日提交的、名称为“FrictionallyEngaged Supplied Air Helmet Face Seal”的美国专利申请No.10/988,789中详细地进行了描述。这种面部密封装置尤为有益，因为它能通过使用摩擦接合连接到面甲上，无需附加的紧固装置。可能使用到的面部密封装置的另一个例子示出于授权给Burns等人的美国专利6,016,805中。
为戴上头盔10，佩带者将头顶部件68放置在他们头顶上，并向下旋转面甲14，使其直接位于佩带者面部前方。随后佩带者可透过窗口69看东西。如果头盔被用做焊接目的，则窗口可为自动变暗透镜(ADL)，该透镜响应焊工的焊炬的光立即变暗(参见，例如，授权给Hrnell和Palmer的美国专利6,097,451和5,825,441)。然后，佩带者戴上翼片70，以将密封件18的下颚部分72拉到他们下颚的下方。密封件18的周边26的其余部分被拉紧靠在佩带者的前额和颊部区域上。因此，形成了由佩带者的面部、密封件18和面罩或面甲14限定的呼吸区域或内部气体空间。如上所述，针织物可整体上为多孔的，以允许空气从内部气体空间排出。尽管针织物通常具有多孔性质，但由于在使用过程中内部气体空间中通常存在正压，所以防止了污染物进入内部气体空间。在操作中，清洁空气从自动力空气供给源加压供应至内部气体空间。这类装置的例子示出于美国专利6,279,572B1、6,250,299B1、6,014,971、5,125,402、4,965,887、4,462,399和4,280,491中。可与供气系统一起使用以引导空气进入内部气体空间的送风机的例子示出于美国专利6,575,165B1和D449,099S中。可在供气头盔上使用流量传感器，以在流入呼吸区域的空气降到安全水平以下时提供指示(参见授权给Petherbridge的美国专利6,615,828B1)。另外，可在过滤元件上连接非易失性存储器件，以保持过滤元件的使用记录(参见授权给Hogue的美国专利6,186,140B1)。
如图6所示，可经过与动力空气供给源流体连通的空气管道74将空气引入内部气体空间。空气管道74具有入口75和出口77。可用于引导空气进入头盔的内部气体空间的空气管道进一步示出于2004年4月7日提交的、名称为Air Duct的美国专利申请29/202,969以及现在为授权给Hind等人的美国专利＿＿＿＿中。空气管道74具有空气入口75和空气出口77，且由头顶元件68支撑。入口75连接于清洁空气源，出口77布置在密封件18和佩带者的前额(未示出)之间。如上所述，气流经过例如可能存在于密封件18(图1和图3)中的孔排出内部气体空间。空气管道74可在两个位置固定在头顶元件68上。空气管道74的后部可由冲压的塑料零件79保持与头顶元件68相隔固定距离。可提供调节旋钮67来改变头顶元件68的周长，使其配合各种尺寸的头部。空气管道74的前部可在额头处钉在头顶元件68上。以这种方式，可防止空气管道74在使用中移动或摆动。在额头处，空气管道74在面部密封装置12和头顶元件68之间通过。弹性的面部密封装置材料能使面部密封装置在空气管道周围形成良好的密封。入口可连接于清洁空气源，出口可布置在面部密封装置和面甲之间。当使用动力空气供给源时，空气在被引入内部气体空间之前，被驱动或迫使穿过空气过滤器。该空气过滤器可包含于壳体或滤筒中，该壳体或滤筒支撑于戴在佩带者腰部周围的带子上(参见授权给Cook等人的美国专利6,575,165)。
图7示出了细长的针织材料带(后面也称为细长片，片材)80，该带80包括一系列坯料部分82，所述坯料部分用以形成多个针织密封件。每个部分82由可分解的部分84分开。部分82和84均编织在一起，以使该材料带形成连续编织的细长片80。该片80可具有全部均匀的编织，但优选地包括具有不同弹性的区域。区域86和88分别位于虚线87和89的上方和下方，且优选地在编织中具有极少或不含弹性材料或纱线。区域90具有比区域86和88更多的弹性材料。如上参考图1和图2所述，利用具有不同的弹性区域的针织材料对最终产品的结构是有益的。优选地，基于织物重量，区域86和88包含大约0至5％的弹性纱线，更优选地，大约0至1％，区域90包含大约2至10％的弹性纱线，更优选地，大约3至7％。
在准备根据本发明的针织面部密封装置时，细长的针织材料带80可暴露于蒸汽，该蒸汽引起间隔区域84分解。这些分解的部分84可主要由水溶性的或得自“海藻”的或人造的纱线，例如由可以从Switzerland的EMS-Chimie AG获得的GrilonTM制成。在暴露于足量的蒸汽时，水溶性纱线分解，细长片80形成一系列坯料82。
图8示出了形成的坯料82之一。如图所示，部分82为“腰形的”。发生这种腰形效应是因为在中心区域90中有大量的弹性织物。当图7中的片材80暴露于蒸汽以分离部分82时，弹性材料可能固化，引起其“聚成一团”并造成部分82变为腰形。
图8中的腰形部分82每个都切成图9中所示的形状。每个切割的部分具有相对的翼片94和96。这些翼片缝制在一起以制成管。然后，如上参考图4所述，管的相对的端部97和99被连接在一起，并缝到面部密封装置10的框架件16上。因此，弹性区域90朝向密封件18(图1和图3)的周边端部26。因此，由材料区域86和88限定的可拉伸性小的或者非弹性的区域20的位置更接近图3中附图标记24所标示的面部密封装置的固定部分。部分86和88不仅可以比90部分包含更少的弹性材料，而且部分86和88也可以包括更紧密或者更密集的针织，以使区域20(如图1和3所示)的空气透过性比区域22低得多。因而，与区域20相比，区域22的多孔性或者透过性更强，且具有更低的压降。因此，区域22为要从供气头盔的内部气体空间排出的气体形成了阻力最小的路径。从总体上看，整个面部密封装置的压降通常为大约10至200帕斯卡，更典型的为大约20至110帕斯卡。高透过性区域的压降优选地为大约10至100帕斯卡，更优选地为大约20至70帕斯卡。低透过性区域20的压降优选地为大约90至200帕斯卡，更优选地为大约120至180帕斯卡。可通过利用一对气动卡盘将面部密封装置夹在一个60毫米小孔上方，来测量压降。压力计利用每分钟85升的流速测量面部密封装置各侧的压力。
穿过面部密封装置材料的空气流速通常为大约5至200cm3/s/cm2，更为典型的为大约20至150cm3/s/cm2。高透过性区域22的空气流速优选为85至200cm3/s/cm2，更优选地为大约100至150cm3/s/cm2。低透过性区域20的空气流速优选为5至80cm3/s/cm2，更优选地为大约20至70cm3/s/cm2。可以利用ASTM D737-96，Standard Test Method for Air Permeability of Textile Fabrics中描述的测试方法测量空气流速。
可以得到从出口77(图5)流入的横过佩带者面部的可控空气流。从出口77(图6)进入呼吸区域的清洁空气是主要通过更为多孔的区域22(图1和4)排出内部气体空间。由于内部气体空间内的压力更高，所以污染物更难进入供气头盔的呼吸区域。提供具有分化透过性或不同气流的密封件，允许控制呼吸区域内的空气运动。加压空气可以吹过佩戴者的脸或呼吸区域，同时防止污染物意外地流入内部气体空间。
在一种制造针织面部密封装置的替代的方法中，纱线可以被编织成长的中空的圆柱体，然后该纱线圆柱体可被切成一系列更短的环。接着，每个这些更短的环可重叠并缝制在框架件上以形成面部密封装置。利用这种方法，可以制造没有任何暴露的接缝的面部密封装置。无缝的结构可进一步改善佩带者的舒适感。面部密封装置的多孔性可通过改变编织的密度、为面部密封装置环添加附加材料、以及控制缝到塑料框上的材料的张力来控制。
除了上文提到的动力空气系统，本发明也能够与压缩空气系统结合使用，例如自备式呼吸装置(SCBA)，该装置具有通常加压的向人供给清洁空气的空气罐或氧气罐。SCBA系统的例子示出于以下美国专利中6,478,025，4,886,056，4,586,500和4,437,460。为解释本发明，将压缩空气系统当作供气系统。此外，本发明的供气系统不仅可结合电焊头盔或焊接环境使用，而且也可用在例如为手术环境和清洁空气室所设计的头盔上(参见，例如美国专利4,901,716，4,055,173，4,019,508和3,955,570)。
选择以下的实例仅用于进一步说明本发明的特征、优点和其它的细节。然而，应清楚的理解，尽管实例用于这个目的，但使用的具体成分和使用量、以及其它条件和细节不应理解为限制本发明的范围。
实例面部密封装置密封件是由直线的1&1罗纹编织坯料制成，该坯料被切割并缝制以获得所期望的形状和构造。该坯料由三种纱线制成组合的阻燃/舒适纱线、弹性纱线，以及水溶性纱线。组合的阻燃/舒适纱线包含KanecaronTM纤维、Prot ex-M、以及棉纤维。相对于彼此，使用的KanecaronTM纤维的重量百分比为55％，棉纤维的重量百分比为45％。弹性纱线为200分特，并且包含重量百分比分别为62％的弹性织物LycraTM和38％的卷曲尼龙。在编织坯料中，这两种纱线用作主要的结构元件。组合的阻燃/棉纱线和弹性纱线均被染成蓝色。阻燃/舒适纱线还被上蜡。坯料中弹性纱线的含量沿着坯料的长度变化，纱线的量在坯料的中心处最高，在坯料的顶部和底部降低为不含弹性纱线。为了以连续的方式生产一系列的坯料，在每个坯料的末端编织一排水溶性的纱线(GrilonTM，EMS-ChimieAG，Switzerland)。在16gg(每英寸16针或6.3针/cm)动力平织机上编织连续织物，该机器在使用时具有620个针。当受到蒸汽处理时，水溶性纱线溶解，以由连续长度的编织形成单个的坯料。坯料包括5个分级区域区域1为硬编织，其具有额外的纱线端，且被设计为允许清洁空气从头顶排出，它包含三个KanecaronTM/棉纱线的末端，具有24圈和48行。区域2为排出区域1和面部密封区域3之间的过渡区域。它包括两个1/50支纱的末端以及48行，该48行包含打褶的LycraTM纱线，每4行使用一个。区域3为面接触区域，并且被设计为接触皮肤舒适的。区域3包括两个1/50支纱的末端，并具有11圈和88行，其中每两行中的一行用LycraTM纱线打褶。区域4为面接触区域和排出区域之间的过渡区域，并具有与区域2相同的结构。区域5也为排出区域，且具有与区域1相同的结构。
坯料中心附近弹性纱线的百分比较高，随着侧边靠近坯料的中心，坯料的侧边逐渐变细或成“腰形”。为了形成本发明的面部密封装置，利用301型平缝缝纫机来将坯料边缝制在一起，以形成圆柱体。接着，折叠该圆柱体，使得两个开口端的边可被缝制在一起，利用514型的4线包缝缝纫机缝制。这些边也被缝制到支撑塑料框架上，该塑料框架是冲切的1mm厚的黑色聚丙烯塑料。利用301锁缝缝纫机固定编织材料，该缝纫机每厘米具有34个针脚。最后，将皮革翼片缝制在编织材料上。
在不偏离本发明精神和范围的条件下，可对其进行各种改变或变化。从而，应当理解，本发明不限于前述实施例，而是由以下权利要求书和等同物限定。
同时也应当理解，在不存在此处未具体公开的任何元件的情况下，也可适当地实施本发明。
以上所引用的所有专利和专利申请，包括背景技术部分中引用的专利和专利申请，全部通过引用的方式并入本文。
权利要求
1.一种供气头盔，其包括(a)面甲；以及(b)面部密封装置，其固定在所述面甲上，并包括密封件，所述密封件包括针织物，所述针织物在至少一些区域呈多孔状，并且布置在所述密封件与佩戴者的面部接触的位置。
2.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物具有折叠线，所述折叠线限定了所述密封件的内周边。
3.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物包含弹性纱线。
4.如权利要求3所述的供气头盔，其中，按针织物的重量计算，存在于所述针织物中的所述弹性纱线的重量百分比约为1％至10％。
5.如权利要求3所述的供气头盔，其中，所述针织物包含阻燃纱线和舒适纱线或组合的阻燃/舒适纱线。
6.如权利要求5所述的供气头盔，其中，在所述针织物中使用大约80％至99％的所述阻燃纱线或组合的阻燃/舒适纱线。
7.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述面部密封装置包括框架件，所述密封件从所述框架件径向向内延伸。
8.如权利要求7所述的供气头盔，其中，所述框架件适合响应手动压力顺应变形，且当所述手动压力停止时恢复初始的构形。
9.如权利要求7所述的供气头盔，其中，所述框架件与所述面甲不是一体的，且能够从所述面甲上手动拆卸。
10.如权利要求7所述的供气头盔，其中，所述密封件包括折叠线，所述折叠线限定所述密封件的内周边。
11.如权利要求10所述的供气头盔，其中，所述针织物在所述折叠线附近包括弹性纱线。
12.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述面部密封装置包括框架件，所述框架件由不透过流体的、薄实心塑料制成。
13.如权利要求12所述的供气头盔，其中，所述框架件的厚度为大约0.5至1.5毫米，并且是由塑料制成的。
14.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述面部密封装置包括与所述面甲一体的框架件。
15.如权利要求1所述的供气头盔，其中，基本上整个所述针织物都是固有多孔的。
16.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物包括弹性纱线、阻燃纱线和舒适纱线，或弹性纱线和组合的阻燃/舒适纱线。
17.如权利要求16所述的供气头盔，其中，在所述密封件的内周边附近，所述弹性纱线占的比例更多。
18.如权利要求16所述的供气头盔，其中，所述阻燃纱线是固有阻燃的。
19.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织物具有12至18gg。
20.如权利要求12所述的供气头盔，其中，所述框架件具有额头部分和下颚部分，所述额头部分和下颚部分彼此偏斜约50°至80°的角度α。
21.如权利要求12所述的供气头盔，其中，所述针织物具有弹性，并且在拉伸状态下被固定到所述框架件上。
22.如权利要求21所述的供气头盔，其中，在连接位置，所述密封件以其完全拉伸状态的约30至90％连接在所述面部密封装置上。
23.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述针织面部密封装置显示大约20至110帕斯卡的压降。
24.如权利要求1所述的供气头盔，其中，所述供气头盔为电焊头盔。
全文摘要
本发明公开一种供气头盔(10)，其具有面甲(14)和面部密封装置(16)。面部密封装置(16)固定在面甲(14)上，并包括密封件(18)，该密封件包括针织物。该针织物布置在面部密封装置(16)上，位于面部密封装置(16)与佩戴者的面部接触的位置。对面部密封装置(16)使用针织物使得供气头盔(10)佩戴更舒适，并且当戴上供气头盔(10)时，头盔的佩带者将更可能一直使用该面部密封装置(16)。
文档编号A62B18/00GK101056677SQ200580038844
公开日2007年10月17日 申请日期2005年10月17日 优先权日2004年11月12日
发明者德斯蒙德·T·柯伦, 彼得·D·李, 理查德·D·威廉姆斯, 彼得·N·耶茨 申请人:3M创新有限公司
最新回复(0)