專利名稱：摩擦接合式供氣頭盔面部密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過摩擦接合安裝在供氣頭盔上的面部密封裝置。
背景技術(shù)：
在周圍空氣含有污染物的環(huán)境中經(jīng)常佩戴供氣頭盔。這些頭盔具有在佩戴者的面部前方拉下來的不透過流體的面甲。面甲具有觀察窗，佩戴者可以透過觀察窗看到周圍環(huán)境。面部密封裝置安裝在面甲上，以便提供與周圍的外部氣體空間隔開的呼吸區(qū)或內(nèi)部氣體空間。內(nèi)部氣體空間位于佩戴者面部的前方，并且主要由安裝在面甲上的面部密封裝置、面甲體和佩戴者的面部限定。美國專利6,250,299、6,016,805、6,014,971、4,462,399和4,280,491公開了使用面部密封裝置的供氣頭盔的例子。
為了給佩戴者安全地供給呼吸用的空氣，將清潔空氣從供給罐或者驅(qū)動周圍空氣通過過濾器的動力空氣系統(tǒng)壓入內(nèi)部氣體空間中。佩戴者吸入這些清潔的空氣并且將其呼出回到呼吸區(qū)中。這些呼出的空氣與壓入呼吸區(qū)中的過量清潔空氣一起經(jīng)由面部密封裝置中的開口從內(nèi)部氣體空間排出。在內(nèi)部氣體空間中通常出現(xiàn)的正壓使得污染物不能經(jīng)由開口進(jìn)入內(nèi)部氣體空間。焊接工經(jīng)常佩戴供氣頭盔以防止吸入焊接過程中所產(chǎn)生的污染物。在下列專利文獻(xiàn)中公開了電焊頭盔的例子美國專利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。
已知的面部密封裝置通常通過諸如栓、夾子、粘合帶和粘扣帶型裝置等緊固件固定在頭盔上。使用這種緊固件需要在供氣頭盔或面部密封裝置框架上設(shè)置另外的裝置。另外，當(dāng)面部密封裝置通過栓固定在供氣頭盔上時，在面部密封裝置的安裝和更換過程中這些栓必須與面部密封裝置脫開。因為(用于將頭盔支撐在佩戴者頭上的)頭頂支撐件通常也通過同一個栓固定在頭盔上，因此更換面部密封裝置就成為一件很麻煩的事。使用粘合帶和粘扣帶型緊固件也可能較為麻煩，并且它們提供了聚積灰塵和污染物的部位，這種聚積可能會導(dǎo)致緊固件無法使用。隨著反復(fù)地用力拉粘扣帶材料，粘扣帶型緊固件還趨向于在反復(fù)的使用之后從頭盔脫落。舉例來說，焊接環(huán)境中的熱量還可能導(dǎo)致粘合劑軟化，這種軟化可能會導(dǎo)致緊固件分層。在如下專利文獻(xiàn)中公開了使用各種方法將面部密封裝置固定在頭盔上的供氣頭盔的例子，這些專利文獻(xiàn)包括授予Danisch等人的美國專利6,250,299 B1和6,014,971(粘合劑或機(jī)械連接)，授予Burns等人的美國專利6,016,805(與孔配合或使用粘合劑的栓或突出件)，授予Yelland等人的美國專利5,054,479(粘合劑)，以及授予Berg等人的美國專利4,280,491(粘合劑)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種將面部密封裝置固定在供氣頭盔上的新的方式。簡單地說，本發(fā)明提供一種供氣頭盔，該供氣頭盔包括面甲和面部密封裝置，所述面部密封裝置包括框架部件和密封部件，所述框架部件通過摩擦接合固定在所述面甲上。
本發(fā)明與已知的供氣頭盔的區(qū)別之處在于，面部密封裝置利用摩擦接合而非利用諸如栓、夾子和粘扣帶材料等緊固件固定在供氣頭盔上。因為本發(fā)明使用這種新的接合方法，因此可以避免使用單獨的緊固件。因此，制造最終產(chǎn)品需要更少的零件，這可以降低制造成本。此外，可以以更簡單的方式實現(xiàn)面部密封裝置的安裝和拆卸。另外，隨著時間而失效的可能性更小，可能聚積污染物和灰塵的表面區(qū)域也大大減小。
在本發(fā)明的附圖和詳細(xì)描述部分中更全面地顯示和描述了本發(fā)明的上述以及其它優(yōu)點，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相似的零件。然而，需要認(rèn)識到，附圖和描述部分只是出于舉例說明的目的，而不應(yīng)該理解為不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的范圍。
術(shù)語表在本文獻(xiàn)中，下面列出的術(shù)語具有如下定義的含義“呼吸區(qū)”是指其中供氣頭盔的佩戴者吸入氧氣的內(nèi)部氣體空間或內(nèi)部氣體空間的一部分；“清潔空氣”是指已經(jīng)經(jīng)過過濾或者采用其它方式處理成可以安全呼吸的空氣；“彈性的”是指應(yīng)變材料(例如，密封部件或由密封部件構(gòu)成的紗線)在被拉伸到其初始長度的大約兩倍之后，能夠立即基本上恢復(fù)其初始尺寸和形狀的能力；“外部氣體空間”是指圍繞佩戴者所佩戴的供氣頭盔的外部的周圍大氣空間；“面部”是指佩戴者頭部的前面區(qū)域，其主要由面頰和太陽穴區(qū)域(或臉部區(qū)域的側(cè)部)、下顎、前額以及位于它們之間的臉部區(qū)域限定；“面部密封裝置”是指如下結(jié)構(gòu)其接觸佩戴者的面部和/或頸部和/或頭部的其它部位，從而有助于將供氣頭盔的內(nèi)部氣體空間與外部氣體空間隔開；“已過濾空氣”是指這樣的空氣其已經(jīng)穿過過濾材料以減少過濾之前其中可能存在的污染物的數(shù)量；“框架部件”是指起支撐密封部件的作用的(一個或多個)結(jié)構(gòu)零件；“摩擦地”是指主要通過利用摩擦；“摩擦接合”是指不需要采用諸如銷、栓、夾子和/或粘扣帶材料等部件進(jìn)行附加的緊固，而是通過要連接的兩個部件之間的摩擦而實現(xiàn)的接合；“頭盔”是指出于安全和/或防護(hù)目的而戴在佩戴者頭上的裝置；“內(nèi)部氣體空間”是指在佩戴供氣頭盔時，位于面甲、面部密封裝置以及佩戴者面部之間的空間；
“密封部件”是指如下結(jié)構(gòu)或零件的組合其可以為實心的和/或多孔的，并且與人的面部的至少一部分順應(yīng)地接觸，從而有助于限定內(nèi)部氣體空間與外部氣體空間之間的分隔；“供氣頭盔”是指這樣的頭盔其接收供給給頭盔的佩戴者進(jìn)行呼吸的清潔空氣；“面甲”是指這樣的結(jié)構(gòu)其在佩戴時位于佩戴者面部的前方，并且具有觀察窗，佩戴者可以透過觀察窗進(jìn)行觀看；以及“電焊頭盔”是指具有黑暗的或使看到的東西變黑暗的觀察窗的頭盔。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的供氣頭盔10的后透視圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的供氣頭盔10的后透視圖，其中面部密封裝置12與面甲14脫開；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的供氣頭盔10的左側(cè)視圖，其中面部密封裝置12的框架部件16以雙點劃線示出；以及圖4示出根據(jù)本發(fā)明的供氣頭盔10，該頭盔10具有用于將清潔空氣供給到頭盔10的內(nèi)部氣體空間的空氣管道60。
具體實施例方式
在說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例時，為了清楚起見，使用了一些專用術(shù)語。然而，這里并非旨在將本發(fā)明限于如此選擇的專用術(shù)語，并且應(yīng)當(dāng)理解，如此選擇的各個術(shù)語包括起到類似作用的所有技術(shù)等同物。
在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，提供了一種可以在多個部位摩擦地固定在供氣頭盔的面甲上的新型面部密封裝置。這種摩擦固定使得能夠在供氣頭盔的制造中使用更少的零件，并且與常用的粘扣帶緊固裝置相比，可以提供更清潔、更耐用、更簡單的接合形式。
圖1示出包括面部密封裝置12和面甲14的供氣頭盔10。面部密封裝置12具有框架部件16和密封部件18。在面甲14上設(shè)置有觀察窗或鏡片20，使得頭盔10的佩戴者可以看到前方。如果將頭盔用于焊接用途，則觀察窗可以是響應(yīng)焊炬的光立刻變暗的自動變暗式鏡片(ADL)(例如，參見授予Hornell和Palmer的美國專利6,097,451和5,825,441)。頭帶或頭頂部件22可以在第一部位24和第二部位26安裝在面甲14上。頭頂部件22使供氣頭盔10可以舒適地支撐在佩戴者的頭部。在授予Brostrom等人的美國專利5,481,763和5,394,568中公開了頭頂部件的例子?？梢苑謩e在鉸接組件的第一部位24和第二部位26設(shè)置螺紋部件28和30，以便將頭頂部件22固定在面甲14上?？梢岳玫谝婚g隔件或墊圈32和第二間隔件或墊圈34使面甲14與頭頂部件22之間具有足夠的間隔，并且使頭頂部件22可以相對于面甲14容易地旋轉(zhuǎn)。在不使用時，面甲14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使面甲14能夠臨時抬升到佩戴者面部的上方。部位24和26處的鉸接組件使佩戴者可以在不使用面甲或面罩14時旋轉(zhuǎn)面甲14使其遠(yuǎn)離佩戴者面部，并且在工作時將面甲14向下旋轉(zhuǎn)到面部上。鉸接組件可以設(shè)計成這樣即，面甲14可以臨時固定在最上位置與最下位置之間的不同增量位置處，或者可以在這些位置之間自由移動。作為選擇，面甲14可以固定的，不能相對于頭頂部件22旋轉(zhuǎn)。
如圖1和圖2所示，第一間隔件32和第二間隔件34還提供引導(dǎo)裝置，該引導(dǎo)裝置用于將面部密封裝置12置于與面甲14摩擦接合的正確部位。也可以通過面甲輪廓本身、通過面甲中的槽或肋、或者通過突出部分和/或凹部或這些特征的組合提供引導(dǎo)裝置。這樣，面部密封裝置的框架部件16在第一太陽穴部位24和第二太陽穴部位26處與面甲14摩擦接觸。還可以設(shè)置用于實現(xiàn)框架部件16與面甲14之間的摩擦接合的第三部位36(在佩戴上頭盔時其靠近佩戴者的前額)，以便阻止面部密封裝置12相對于頭盔10旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并且確保面部密封裝置12適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ诿婕?4上。還可以根據(jù)期望設(shè)置用于在面部密封裝置12與面甲14之間進(jìn)行摩擦接合的其它部位。還可以將頭頂帽或安全帽配備到頭盔10上，作為保護(hù)佩戴者頭部或頭顱的裝置。在授予Burns等人的美國專利6016805中公開了頭頂帽/面罩的組合的例子。另外可以參見國際專利公開WO 99/26502。
圖2和圖3進(jìn)一步示出如何將面部密封裝置12固定在面甲14上。框架部件16可以為柔性的或者可順應(yīng)的，以便使其可以摩擦地置于剛性的面甲內(nèi)?？蚣懿考?6具有第一側(cè)部38和第二側(cè)部40，這些側(cè)部可以向內(nèi)部中央推壓或者朝向彼此推壓，使得它們可以擠壓在對應(yīng)的第一面甲側(cè)部42和第二面甲側(cè)部44之間?？蚣懿考?6因此可以適于響應(yīng)手動壓力而順應(yīng)變形，并且當(dāng)壓力撤除時可以恢復(fù)初始構(gòu)形?？蚣懿考?6還設(shè)置有第一接受部46和第二接受部48，這些接受部設(shè)計成可旋轉(zhuǎn)地靠在部位24和26處的間隔件32和34上。間隔件32和34用作第一太陽穴部位24和第二太陽穴部位26處的樞軸點。一旦框架部件16置于頭盔10內(nèi)，使得接受部46和48并置靠在部位24和26處的鉸接組件上，框架部件16就可以如圖3所示順時針旋轉(zhuǎn)。該順時針旋轉(zhuǎn)一直持續(xù)到框架部件16的前部50與第三接合位置36或罩架52接合為止。當(dāng)框架部件16的前部50并置在罩架52上時，就阻止了框架部件16的進(jìn)一步的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并且面部密封裝置12基本固定地保持在面甲14內(nèi)。盡管圖中示出三個摩擦接合位置，但是如果需要或者期望的話，本發(fā)明可以使用更多的接合位置(例如，4個、5個、6個或更多)。
如圖3所示，框架部件16具有額頭部53和下顎部55。這些部分可以剛性并且一體地連接在一起，并且優(yōu)選地限定小于90°的夾角α。優(yōu)選的是，夾角α小于約50度或80度。使用具有這種角度α的框架部件允許實現(xiàn)良好的配合，以便阻止污染物進(jìn)入內(nèi)部氣體空間。
根據(jù)圖1和圖2可以領(lǐng)會如何佩戴供氣頭盔10。為了佩戴頭盔10，佩戴者將頭頂部件12置于其頭蓋上，并且向下旋轉(zhuǎn)面甲14，使得面甲14位于佩戴者面部的正前方。然后，佩戴者拉翼片52，以便將密封部件18的下顎部54拉到佩戴者的下顎下方。密封部件18的外周56的其余部分緊緊地靠在佩戴者的前額、面頰和太陽穴區(qū)域上。密封部件18的外周56限定開口57，該開口可以彈性拉伸并且其尺寸小于典型的佩戴者面部，使得面部密封裝置可以緊貼配合在各種尺寸的面部上。這樣，產(chǎn)生了由佩戴者的面部、密封部件18以及面罩或面甲14限定的呼吸區(qū)或內(nèi)部氣體空間。通常在密封部件18上設(shè)置孔，以便使空氣可以從內(nèi)部氣體空間排出。盡管密封部件18通常具有多孔特性，但是由于在內(nèi)部氣體空間內(nèi)通常存在正壓，因此基本上可以阻止污染物進(jìn)入內(nèi)部氣體空間。
在使用中，將空氣從動力供氣源加壓供給到內(nèi)部氣體空間。在美國專利6,279,572B1、6,250,299B1、6,014,971、5,125,402、4,965,887、4,462,399和4,280,491中公開了這類裝置的例子。空氣可以經(jīng)由與動力供氣源(未示出)流體連通的空氣管道引導(dǎo)到內(nèi)部氣體空間。當(dāng)使用動力供氣源時，在將周圍空氣引入內(nèi)部氣體空間之前使其通過空氣過濾器。在美國專利6,575,165B1和D449,099S中公開了送風(fēng)機(jī)的例子，這種送風(fēng)機(jī)可與將清潔空氣引入內(nèi)部氣體空間的供氣系統(tǒng)結(jié)合使用。在供氣頭盔上可以使用流量傳感器，以便可以在進(jìn)入呼吸區(qū)的氣流低于安全水平時提供指示，參見授予Petherbridge的美國專利6,615,828B1。另外，可以在過濾元件上安裝非易失性存儲器件以便記錄過濾元件的使用情況，參見授予Hogue的美國專利6,186,140B1。
圖4示出可以用于將空氣引入頭盔10的內(nèi)部氣體空間的空氣管道60的例子。在2004年4月7日提交的名稱為“Air Duct(空氣管道)”的美國專利申請No.29/202,969中也公開了該空氣管道60，該專利＿＿現(xiàn)在屬于Hind等人。空氣管道60具有空氣入口62和空氣出口64，并且由頭頂部件22支撐。入口62與清潔空氣源連接，出口64設(shè)置在密封部件18與佩戴者的前額(未示出)之間。如圖所示，空氣流經(jīng)由例如可能存在于密封部件18(圖1和圖2)中的孔從內(nèi)部氣體空間排出?？諝夤艿?0可以在兩個位置固定在頭頂部件(頭帶)22上?？諝夤艿?0的后部可以通過沖壓塑料部件66與頭帶22的背面保持固定的距離?？諝夤艿?0的前部可以在額頭處釘在頭帶22的前部。以這種方式，防止空氣管道60在使用中移動或擺動。在額頭處，空氣管道60從面部密封裝置12與頭帶22之間通過。彈性體的面部密封裝置材料使面部密封裝置可以在空氣管道周圍形成良好的密封?？梢栽陬^頂部件上設(shè)置調(diào)節(jié)旋鈕67，從而可以改變頭頂部件的張力以配合各種尺寸的頭部。
密封部件可以具有編織織物的形式，該編織織物包括例如丙烯酸纖維和棉的混紡物?？椢锟梢詾閺椥泽w的，或者可以包括彈性體紗線以增強(qiáng)可拉伸性。織物還可以設(shè)計成具有固有的阻燃特性，這一特性對于焊接和研磨應(yīng)用是重要的?？椢锘旧峡梢詾槿魏晤伾⑶铱梢杂衫缇埘?、改性丙烯酸纖維或這些聚合材料的混合物或共混物等材料制成。關(guān)于織物的厚度，織物可以具有單股50支紗的厚度，但是也可以適當(dāng)?shù)厥褂闷渌穸?。重要的是，面部密封裝置可以舒適地佩戴，并且使廢氣可以從內(nèi)部氣體空間快速排出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的編織織物特別舒適其包含彈性紗線并且在密封部件外周與佩戴者面部主要接觸處具有折疊部。編織織物可以固定在由例如1mm厚的聚丙烯塑料制成的框架部件上。期望的是，框架部件在至少一側(cè)具有無光澤的表面，以避免可能干擾使用者視覺的反射。通常來說，塑料框架可以具有約0.4mm至3mm的厚度，并且可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，即，其不會過于薄弱，并且在沒有受到手動操作力或壓力的情況下保持其期望的形狀。
在2004年11月12日提交的名稱為“Supplied Air Helmet HavingKnitted Face Seal(具有編織面部密封裝置的供氣頭盔)”的美國專利申請No.10/987,641中更詳細(xì)地描述了具有多孔編織密封部件的面部密封裝置的例子，該專利申請的代理人卷號為60019US002。面部密封裝置可以具有分化的透氣性設(shè)計，以改善通過呼吸區(qū)的空氣流，參見2004年11月12日提交的名稱為“Supplied Air Helmet Having AFace Seal With Differentiated Permeability(具有分化透氣性的面部密封裝置的供氣頭盔)”的美國專利申請No.10/987,512，該專利的代理人卷號為60020US002。在授予Burns等人的美國專利6,016,805中公開了面部密封裝置的另一個例子。
除了上述供氣系統(tǒng)之外，本發(fā)明還可以與向人供給清潔空氣的壓縮空氣系統(tǒng)(例如具有通常加壓的空氣罐或氧氣罐的自備式呼吸裝置(SCBA))一起使用。在下列美國專利中公開了SCBA系統(tǒng)的例子6,478,025、4,886,056、4,586,500和4,437,460。為了解釋本發(fā)明，將SCBA系統(tǒng)認(rèn)為是供氣系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的供氣系統(tǒng)不僅可以用于電焊頭盔或焊接環(huán)境，而且可以用于例如為外科手術(shù)環(huán)境和清潔空氣室設(shè)計的頭盔，例如參見美國專利4,901,716、4,055,173、4,019,508和3,955,570。
可以在不脫離本發(fā)明的范圍的條件下對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和改變。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于上述內(nèi)容，而是由下面權(quán)利要求書及其等同物中提出的內(nèi)容限定。
另外，應(yīng)理解，可以在不存在本說明書中沒有具體公開的任何部件的情況下適當(dāng)?shù)貙嵤┍景l(fā)明。
上面提到的全部專利和專利申請(包括背景技術(shù)中提到的)的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
權(quán)利要求
1.一種供氣頭盔，包括(a)面甲；以及(b)面部密封裝置，其包括框架部件和密封部件，其中，所述框架部件通過摩擦接合固定在所述面甲上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供氣頭盔，其中，所述摩擦接合發(fā)生在第一太陽穴部位和第二太陽穴部位處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供氣頭盔，其中，所述摩擦接合還發(fā)生在所述面甲上的第三部位處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供氣頭盔，其中，當(dāng)佩戴者佩戴所述供氣頭盔時，所述第三部位靠近所述佩戴者的前額。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供氣頭盔，還包括頭頂部件，其在第一接合位置和第二接合位置處固定在所述面甲上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供氣頭盔，其中，所述摩擦接合發(fā)生在第一接合位置和第二接合位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的供氣頭盔，其中，在所述第一接合位置和第二接合位置處設(shè)置有第一間隔件和第二間隔件，所述面部密封裝置可以圍繞所述第一間隔件和第二間隔件旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供氣頭盔，其中，所述框架部件具有以50度至80度的角度α彼此偏斜的額頭部和下顎部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供氣頭盔，其中，所述密封部件可以彈性拉伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的供氣頭盔，還包括翼片，其用于在佩戴者佩戴供氣頭盔時將所述密封部件的下顎部拉到所述佩戴者的下顎下方。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供氣頭盔，還包括空氣管道，以及頭頂部件，其用于支撐所述空氣管道，所述空氣管道將清潔空氣引入所述供氣頭盔的呼吸區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的供氣頭盔，所述供氣頭盔適于與動力空氣凈化系統(tǒng)相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的供氣頭盔，所述供氣頭盔適于與自備式呼吸裝置相連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供氣頭盔，所述供氣頭盔為電焊頭盔。
15.一種供氣頭盔，包括(a)面甲；以及(b)面部密封裝置，其包括框架部件和密封部件，所述框架部件通過主要由所述框架部件和所述面甲的構(gòu)造構(gòu)成的裝置保持在所述面甲中，使得所述框架部件和所述面甲通過摩擦保持在一起。
16.一種供氣頭盔，包括(a)面甲；(b)面部密封裝置，其包括框架部件和密封部件；以及(c)用于在所述面部密封裝置與所述面甲之間產(chǎn)生摩擦接合的裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的供氣頭盔，其中，所述框架部件適于響應(yīng)手動壓力而順應(yīng)變形，并且在撤除手動壓力之后恢復(fù)到其初始構(gòu)形。
全文摘要
本發(fā)明公開一種供氣頭盔(10)，其包括面甲(14)和面部密封裝置(12)，所述面部密封裝置(12)包括框架部件(16)和密封部件(18)。所述框架部件(16)可以通過摩擦接合固定在所述面甲(14)上。與栓、粘合劑和粘扣帶型緊固件相比，使用摩擦接合可以減少零件數(shù)量，可以以更簡單的方式安裝和/或拆卸面部密封裝置，并且可以減小緊固失效的可能性。
文檔編號A62B18/00GK101056678SQ200580039045
公開日2007年10月17日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者彼得·D·李, 德斯蒙德·T·柯倫, 理查德·D·威廉姆斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司