专利名称：自适应的消音耳塞的制作方法
技术领域：
概括地讲，本发明涉及置于耳道内的装置，确切地说，涉及用于减小噪音如声音衰 减的插入型自适应耳塞。
背景技术：
关注健康和安全的人们早已意识到在噪音环境中充分保护听力的必要性并且已 经对提供这类保护做出了很多努力。然而，该领域的大部分专家认识到这些努力还没有取 得完全成功。保护装置虽然已经大量生产，但是它们在性能方面依然表现平平，尤其是在长 时间(如至少4个小时)佩戴舒适性方面。在噪音环境中应当经常使用这些装置的工人常 常不使用它们或者仅在他们雇主的压力下使用它们，却没有正确使用，这是因为他们对舒 适性的重视胜于正确但可能不舒适的佩戴，从而导致使用不当。在噪音环境下工作的人们 很少能了解噪音接触的影响并不局限于当时，同样也是长时间积累的。当前使用的听力保 护装置通常是不舒适的且不能灵活使用的和/或由于未正确插入耳道而导致性能不佳这 一事实加剧了工人们不遵守安全规程。另外，人的耳道尺寸各不相同，包括从直径约7毫米 到约8毫米的“小”耳道到直径为约9毫米到约10毫米的“中”耳道和直径为约11毫米到 约12毫米甚至大到约14毫米的“大”耳道。幸运的是，随着听力保护装置在较宽的耳道尺 寸范围内均变得更舒适和/或更合体，遵守规定使用它们的工人也会增多。例如，现有的一次性滚压型泡沫材料耳塞在长时间佩戴时会让人不舒服，很难被 正确插入，和/或不容易长时间保持就位。普通的一次性泡沫材料耳塞需要使用者压缩 耳塞体积并将其塞入耳道，耳塞会在耳道内再次膨胀。对于耳道不是耳塞指定用途所期 待的最大耳道时，这种方法可能会让人感到不适，这是因为耳塞在尺寸小于“大”尺寸耳道 内的压缩程度越大，耳塞再次膨胀所施加的向外力就越大。例如，在Knauer的美国专利 US6105715中公开了这种滚压型耳塞。另外，现有的一次性泡沫材料耳塞需要使用者将泡沫在他们的手指间搓捻，从而 将泡沫材料压缩以到足以正确插入的尺寸。如果未完成或未充分完成此步骤，则耳塞通常 不能被正确插入(即，通常意味着未充分插入耳道)，从而不能提供最佳保护(即不是最佳 的，通常仅为根据工业标准所确定的耳塞宣称减噪率(NRR)的25%)。并且，即使耳塞最初 被正确插入，但对需要连续使用耳塞的工作环境中的工人来说，通常会感到由滚压型耳塞 的剩余膨胀力所施加的压力带来不适感。这种不适感有时通过将耳塞从耳道中部分移出来 减轻，因此削弱该装置消音保护作用。另外，如果使用者的手在捻压耳塞时不干净，则污物 和/或细菌就会随插入的耳塞进入耳道。和滚压型耳塞一样，推入型耳塞通过在耳道内形成闭塞来减弱声音，从而阻塞声 音从其中通过。推入型耳塞通常包括衰减环状部和一般从环状部延伸出的或嵌入环状部 中用作插入机构的刚性-半刚性芯杆部。声音衰减部一般由柔软的可压缩材料制成。刚 性-半刚性芯杆部可以由具有其刚性根据需要足以克服耳塞插入压力的任何材料构成，并 且通常在一个模制工序中由相同材料制成。为了插入推入型耳塞，使用者捏住刚性/半刚性芯杆部(或最靠近芯杆部的耳塞端)，使耳塞位于耳道口附近，通过推动刚性/半刚性芯 杆部，将声音衰减部插入耳道。声音衰减部进入耳道时产生必要的压缩并通过摩擦配合保 持在耳道内，从而闭塞耳道并提供声音衰减效果。例如在!^lco和Gardner Jr.的美国专 利US4867149和US5188123中分别公开了推入型耳塞。很多人认为推入型耳塞比其它类型的耳塞更容易插入。如上所述，佩戴者只需简 单地捏住刚性或半刚性的芯杆部(或者靠近芯杆部的耳塞端)，然后将在相对端的声音衰 减部插入耳道，耳塞容纳在耳道内并因此闭塞耳道。然而，虽然允许很简单的插入，但这种 推入型耳塞一般不能产生比滚压型耳塞更高的声音衰减效果。这可能是因为推入型耳塞在 其插入耳道时一般具有比较小的耳道接触表面区，或者可能因为推入型耳塞在插入过程中 会起皱或折叠而产生漏隙，或者还可能因为推入型耳塞在使用过程中不能稳固保持就位， 会稍微后退出耳道。因此，现有的滚压型和推入型耳塞的材料和结构均不具备同时提供合适的插入方 式、舒适的贴合性和声音衰减性的能力。因此，需要这样一种听力保护装置，它不仅易于插 入，而且在长时间使用后，使用者仍然感觉舒适并能提供期望的声音衰减效果。申请人令人 惊讶地发明了这样的装置，其将在下文中做进一步讨论。
发明内容
首先给出在整个说明书和权利要求书中使用的多个定义，接下来对本发明的多个 方面进行描述。本文所用的术语“可变形弹性的”是指材料或复合材料所具有的、允许材料的尺寸 和/或形状发生变形的性能(i)通过施加足够大的力使其变形为原始尺寸和/或形状的 70%或小于70%，以引起变形；和(ii)然后在消除引起变形的力后的两分钟内，其恢复至 其原始尺寸和形状的至少约80%。本文所用的术语“不同类型的材料”是指一种材料与另一种材料在以下方面不同 (i)化学组分或者配方或者形成工艺，这(ii)在两种材料以相同尺寸和形状形成且在相同 条件下进行性能测试时导致一种材料与另一种材料的性能不同。本文所用的术语“同类材料”是指一种材料与另一种材料在以下方面相同(i)化 学组分或者配方或者形成工艺，从而(ii)在两种材料以相同的尺寸和形状形成并且在相 同条件下进行性能测试时，这两种材料不会有性能差异。本文所用的术语“柔软度等级”是指柔性多孔材料的压缩力挠曲值(CFD)，其通过 ASTM-D-3574(美国材料与试验协会，2005年，试验(^-压缩力挠曲试验-25% )中描述的标 准试验方法确定。用于构造本发明壳体材料的柔性多孔材料被制成3个试样，每个试样为 宽50毫米X长50毫米X厚25毫米的泡沫材料扁片。每个试样根据试验方法进行测试， 以确定其在挠曲为25%的情况下以牛顿为单位的最终力的大小和以其它量值为单位的等 价测量值。在测试中，每个试样以250毫米/分钟的速度被两次预弯到试样厚度的75%， 然后允许试样在取消弯曲力情况下静停6分钟。然后为了该测量试验，已预弯的试样以50 毫米/分钟的速度被压陷至其总厚度的25%，观测变形处60秒后的以牛顿为单位的力的大 小。这三个试样的力平均值就是该壳体材料的柔软度等级值。按照本发明的一个方面，提供一种置于耳道内的自适应的消音耳塞。耳塞包括由芯杆材料制成的芯杆，芯杆具有芯杆耳端和相对的芯杆操纵端。至少一个支撑件与芯杆连 接，该支撑件由支撑件材料制成且支撑件的至少一部分位于芯杆耳端和芯杆操纵端之间， 该支撑件从芯杆起径向向外延伸。壳体由可变形弹性的壳体材料制成并具有渐缩的外表 面，该渐缩的外表面的周长从芯杆耳端到芯杆操纵端增大。壳体接合支撑件的至少一部分 并接合所述芯杆的、位于芯杆耳端和芯杆操纵端之间的至少一部分。支撑件的至少一部分 不与壳体接触，同时，支撑件材料与壳体材料为不同类型的材料。本发明的其它特征涉及芯杆、支撑件和壳体的具体结构和特征，它们各自独立但 又相互关联。本发明的另外一些特征的一部分是明显的，一部分在下文中被指出并在本发 明的实施中被更好地理解。应当理解，以上的概述和以下的详述均是示例性的，是对要求保护的发明提供进 一步的解释。被并入说明书中并构成说明书一部分的附图用来对本发明的置于耳道内的耳 塞进行说明并提供进一步的解释。
图1是本发明的透视图。
图2是图1中耳塞的剖视图。
图3是本发明的替代实施例的剖视图。
图4是本发明的替代实施例的剖视图。
图5是本发明的替代实施例的剖视图。
图6是本发明的替代实施例的剖视图。
图7是本发明的替代实施例的剖视图。
图8是本发明的替代实施例的剖视图。
图9是本发明的替代实施例的剖视图。
图10是图1中耳塞正要被插入耳道时的透视图。
所有的附图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施例方式现在参见附图，示出了置于耳道12内的自适应的消音耳塞10。特别是在图10中， 可以看到与这样的耳道12部分相连的外耳13，耳塞10穿过该耳道部分以便使用，并且在该 耳道部分中，耳鼓膜(未示出)位于在耳塞被插入耳道时与该耳塞分隔开的耳道另一端处。 耳塞10包括芯杆20、支撑件30和壳体50。芯杆20由芯杆材料制成并包括芯杆耳端22和 相对的芯杆操纵端对。例如，芯杆20可以包括芯杆延伸部21 (即图3、图5和图7)，例如 用于帮助耳塞10的插入或者用配合装置(未示出)来定位。延伸部21可以与芯杆20是 一体的，可以独立于芯杆20形成并随后与之相连接，可以是插入配合凹形件(例如耳夹或 耳套，未示出)的凸形接合端(如图所示)，或是插入配合凸形件的凹形接合端。延伸部21 和芯杆20可由同类材料或者不同类型的材料制成。芯杆操纵端M可以是球状或具有其它 轮廓或形状以方便持握。至少一个支撑件30与芯杆20相连接，2个、3个、4个或更多的支撑件与芯杆连接 是有益的。支撑件30由可变形弹性的支撑件材料制成，并且支撑件的至少一部分沿芯杆的纵轴线相对芯杆的侧部布置在芯杆耳端22和芯杆操纵端M之间。支撑件从芯杆起径向向 外延伸。支撑件30和芯杆20可以由一种材料一体形成，或者由依次形成到一起的单独材 料形成，或者分别形成并随后用任何常规手段例如通过胶、化学作用、加热或能产生机械接 合关系的其它类似手段相连接。由可变形弹性的壳体材料制成的壳体50具有壳体耳端52、相对的壳体操纵端M 和渐缩的外表面，渐缩的外表面的周长从芯杆耳端朝向芯杆操纵端增大。该壳体接合支撑 件30的至少一部分并接合芯杆20的、位于芯杆耳端22和芯杆操纵端M之间的至少一部 分。该支撑件的至少一部分不与壳体50接触，并且支撑件材料与壳体材料为不同类型的材 料。与本文所述的本发明的其它要求相结合，该耳塞的下述两个特征对于其实现比现 有的耳内式耳塞装置更有利的应用是重要的，特别是获得了佩戴、舒适和消音的适当平衡， 从而提高使用者长时间佩戴的适应性。首先，支撑件材料和壳体材料均为可变形弹性材料。 其次，壳体和支撑件由不同类型的材料构成。除此之外，但不是必须地，壳体和支撑件可彼 此独立地形成，以获得耳塞的其它优点。不局限于对以下见解的理解，这些组合的特征允许壳体和支撑件都能发挥其最大 优势并且不会使其中一个起抵触作用。申请人已经有独创性地发现，用听力保护装置舒适 而有效地密封耳道的能力涉及到(i)当耳塞尺寸在插入过程中减小时保持耳塞表面与耳 道连续接触的能力；和(ii)使耳塞表面符合不规则形状的耳道的能力。耳塞的抗变形性将 决定当耳塞被插入耳道时耳塞的形状和/或尺寸的至少一部分的尺寸缩小所产生力的大 小。耳塞的抗变形性取决于耳塞材料的机械性能(例如硬度、柔软度等级和/或密度)以 及耳塞组成部分的实体横截面形状。确切地说，如在本发明中实施的那样(以前从来没有如此做)，壳体50现在更像柔 软舒适的材料那样使用，其自身将对耳道12施加更有限的向外压力，因而使壳体适于满足 解决耳塞10舒适性的需要，同时还能利用壳体材料的消音性能。例如，壳体50有助于将相 邻支撑件的局部力分散到较宽的区域，由此尽量减小在耳道的任何具体点上由支撑件传递 的实际力。另外，壳体50可用作贴靠耳道的垫层，在耳塞长时间贴靠耳道的情况下，该垫层 可以使耳塞具有舒适性。另外，壳体50可用作耳道内的空隙填充物，从而在耳塞和耳道之 间形成更好的密封。补充一句，由可变形弹性材料制成的支撑件30现在更像对耳塞支持件那样来使 用。支撑件30为壳体提供附加的形状完整性，由此一来，当耳塞被放置在耳道12中之前和 放置在耳道中时，支撑件的径向向外的力允许实现针对整个耳塞的更一致的力分布。当位 于耳道中时，这也能增强支撑件和壳体分别贴靠耳道的密封性，从而使其能以更舒适的方 式满足耳塞10佩戴吻合的要求。关于这一点，尽管不是必需的，但有其它多种方法来改进刚才讨论的这些特征。例 如，可以在壳体的内周58和芯杆的外周沈之间形成空隙56，如图2、图3、图5和图8所示。 作为另外的例子，支撑件30和第二支撑件38相对芯杆20和壳体50定位。如图4、图5和 9所示，壳体50可布置在支撑件30和芯杆操纵端M之间。如图8和图9所示，可以有两个 壳体50。如图1至图5和图7至图9所示，至少一个第二支撑件38可与芯杆20连接并且从芯杆起径向向外延伸。第二支撑件布置在壳体50和芯杆耳端22之间。另外，仍然参见 图1至图5和图7至图9，第二支撑件38的至少一部分可以不与壳体50接触。作为替代， 参见图2、图3和图8，壳体可以布置在支撑件30和第二支撑件38之间。再次参见图1至图5和图7至图9，至少一个第二支撑件38可以与芯杆20相连 接，其中第二支撑件布置在支撑件30和芯杆耳端22之间。另外，参见图4和图5，第二支撑 件可以与壳体50完全不接触。如图7所示，至少一个第二支撑件38可以与芯杆相连接，其中第二支撑件布置在 支撑件30和芯杆操纵端M之间。另外，第二支撑件38可以与壳体完全不接触。作为附加 和/或作为替代，壳体50可以布置在支撑件30和芯杆耳端22之间。为了说明，图5和图7示出了壳体50是不对称的替代特征，例如，壳体50的左侧 与壳体50的右侧不同。然而，在大多数情况下，壳体50是对称的，即，具有围绕在支撑件30 下面的芯杆20的空隙56 (图5，壳体50右侧图示)，或者在支撑件30下面没有空隙(图5， 壳体50左侧图示)，或者围绕芯杆20更彻底接合支撑件30 (图7，壳体50右侧图示)，或者 围绕芯杆20不太彻底接合支撑件30 (图7，壳体50左侧图示)。参见图8和图9，示出了具有由可变形弹性的第二壳体材料制成的第二壳体50的 替代实施例，该第二壳体具有周长从芯杆耳端到芯杆操纵端增大的渐缩的外表面。第二壳 体可以但不是必须接合芯杆的至少一部分并旦可以但不是必须与壳体分开。特别是，如果 需要，第二壳体50可以通过位于第二壳体和壳体之间的至少一个支撑件30与壳体分隔开。 作为替代或补充，第二壳体材料和壳体材料可以为不同类型的材料，或者第二壳体和壳体 可以由同类材料制成。壳体材料可以具有介于大约0. 5牛(0. 0020千克/平方厘米)到10. 0牛(0. 0407 千克/平方厘米)之间的壳体柔软度等级。有利的是，尽管不是必需的，但柔软度等级按照 柔软度增加的顺序(因而是优选的)可以为大约2. 0牛(0. 0081千克/平方厘米)到8. 0 牛(0. 0326千克/平方厘米)和大约3. 0牛(0. 0122千克/平方厘米)到7. 0牛(0. 0285 千克/平方厘米)。通过这些附加特征中的每个特征，壳体和支撑件组件能够提供更好的耳 塞贴靠耳道的顺应使用者的密封性并提高合体性，同时还允许支撑件和壳体满足舒适性要 求。耳塞可以包括与壳体厚度有关的特征，当插入和/或使用耳塞10时，该特征能提 供附加的舒适性。参见图2，例如支撑件和壳体中的至少一个可以具有这样的部分，该部分 是环绕并正交于芯杆纵向轴线布置的连续环形截面环。当壳体包括这样的环(即位于壳体 操纵端和壳体耳端之间任何位置的壳体壁部)，所述壳体的径向厚度60为约1毫米至8毫 米，更有利的是约2毫米至大约5毫米。按照本发明的其它方面，提供支撑件30的多种结构。如所有的图所示，支撑件30 可以是连续的杯状构件。另外，支撑件30可以是连续的杯状件，该杯状件具有球形剖面形 状。支撑件可以由同类材料或组合物制成并且可以包括一层或多层，并且其中一些或 者全部支撑件可以由相同类型的材料制成。这类材料可以是聚氨酯山都平、聚乙烯或者聚 丙烯，或者邵氏硬度值为约10至约90的其它热塑性弹性体聚合物材料或其它橡胶或可变 形弹性材料，其中材料厚度为大约0. 20毫米至大约5毫米。
芯杆可以由与用来制成支撑件的材料同类的材料制成，例如，这种材料由邵氏硬 度值为大约10至大约90的可变形弹性材料构成，其中芯杆直径为大约2毫米至大约8毫米。壳体可以由聚氨酯山都平、聚乙烯或者聚丙烯或者其它热塑性弹性体聚合物材 料、水刺缠结材料、气流缠结材料、纸质材料如薄纸、卫生纸或纸巾、蜡纸材料、同成形材料、 膜或塑料如那些用来包裹食品的材料、或者具有本发明期望特征的任何其它大体柔软柔顺 的材料构成。另外，可以采用由两层以上的任何前述材料构成的层压材料或叠合复层材料。 例如，壳体可以由具有多种材料特性的粘弹性泡沫材料制成。壳体材料的密度可以为根据 ASTMD-3574-05测得的大约4至201bm/ft3。更优选的是，壳体材料的密度为大约5至121bm/ ft3。泡沫材料可以进一步通过孔尺寸来描述，孔尺寸优选最小为80孔/英寸，更优选最小 为100孔/英寸。泡沫材料的恢复时间优选为2至2000秒，但更优选为120至1600秒，这 例如通过前面提及的ASTM 3574-05中的恢复时间标准测试方法来测定。泡沫材料的吸水 率优选小于20%，更优选小于5 %，这通过ASTM D1735中的标准试验方法来测定。本发明的其它方面涉及壳体和支撑件彼此相对构造。例如，芯杆和支撑件可以由 同类材料制成。作为替代，芯杆和支撑件可以各自单独形成，然后以装配关系连接在一起。实际上，耳塞10可如下使用。使用者捏住芯杆操纵端对(例如用使用者的拇指 和/或其它手指等)，然后将壳体耳端靠近使用者外耳13。接着，使用者将耳塞轻推入耳道 12，直至其与耳道紧密舒适地贴合。在如此安置在耳道内的情况下，耳塞能完成声音优化， 例如根据需要为使用者衰减噪声。具体说，最终耳内位置取决于使用者的具体耳道形状和 尺寸，因此，每当使用时，最终耳内位置是自适应的并可以视不同的使用者而定。为了取出 耳塞，使用者只需简单地将耳塞拉出他们的耳朵，此时轻捻芯杆或没有轻捻芯杆，以帮助更 轻柔地取出。另外，如果需要的话，通过本发明的这些特征，本发明的耳塞按照足够坚实的 材料和设计制成以适于反复使用。虽然不是必需的，但它对声音增强可能是有利的，例如不仅利用声音衰减能力，而 且利用助听型能力。因此，耳塞10可被配置成(未示出)将麦克风或类似物布置在耳塞10 中并帮助期望的声音进入耳道内和/或将麦克风更好地布置在耳道内，例如通过芯杆20和 /或支撑件30。关于本发明所使用的附加可选特征的描述，可参看受让人在先提交的申请，该 申请具有与本申请相同的发明名称并且其美国申请号为11/821，390、申请人为Ricky W. Purcell等、申请日为2007年6月22日，和受让人在先提交的、发明名称为“无带式听力 保护装置及其使用方法”申请，该申请的专利申请代理卷号为64347564US06，申请日为2008 年6月沈日，它是在2007年4月30日提交的美国专利申请11/799，264和在2007年6月 22提交的美国专利申请11/821，391的部分延续案，上述专利申请被引用纳入本文。在不超出本发明范围的情况下，可以对上述的多种结构和方法做出许多变化，可 以想到，以上描述所包含的和附图所示出的所有内容应当理解为是示例性的，而没有限制 意味。在介绍本发明的构件或其优选特征时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意指可 能有一个或多个构件。用语“包括”、“包含”和“具有”意指内含性的，其是指除所列构件之 外还可能有其它的构件。
权利要求
1.一种自适应的消音耳塞，包括芯杆，由芯杆材料制成并具有芯杆耳端和相对的芯杆操纵端； 与该芯杆相连接的至少一个支撑件，该支撑件由可变形弹性的支撑件材料制成，并且 该支撑件的至少一部分位于该芯杆耳端和该芯杆操纵端之间，其中该支撑件从该芯杆起径 向向外延伸；和壳体，它由可变形弹性的壳体材料制成并具有周长从从该芯杆耳端到该芯杆操纵端增 大的渐缩的外表面，该壳体接合该支撑件的至少一部分并接合该芯杆的、位于该芯杆耳端 和该芯杆操纵端之间的至少一部分，其中该支撑件的至少一部分不与该壳体接触，并且该 支撑件材料与该壳体材料为不同类型的材料。
2.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，在该壳体的内周和该芯杆的外周之间形成 空隙。
3.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，包含与该芯杆相连接的至少一个第二支撑 件，该第二支撑件由可变形弹性的第二支撑件材料制成并位于该壳体和该芯杆耳端之间， 其中该第二支撑件从该芯杆起径向向外延伸。
4.根据权利要求3所述的耳塞，其特征是，该第二支撑件的至少一部分不与该壳体接触。
5.根据权利要求3所述的耳塞，其特征是，该壳体布置在该支撑件和该第二支撑件之间。
6.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，包括与该芯杆相连接的至少一个第二支撑 件，该第二支撑件由可变形弹性的第二支撑件材料制成并位于该支撑件和该芯杆耳端之 间，其中该第二支撑件从该芯杆起径向向外延伸。
7.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，该壳体布置在该支撑件和该芯杆操纵端之间。
8.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，包括与该芯杆相连接的至少一个第二支撑 件，该第二支撑件由可变形弹性的支撑件材料制成并位于该支撑件和该芯杆操纵端之间， 其中该第二支撑件从该芯杆起径向向外延伸。
9.根据权利要求6或8所述的耳塞，其特征是，该第二支撑件与该壳体完全不接触。
10.根据权利要求8所述的耳塞，其特征是，该壳体布置在该支撑件和该芯杆耳端之间。
11.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，该芯杆和该支撑件由同类材料构成。
12.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，该壳体材料为多孔状泡沫体。
13.根据权利要求1所述的耳塞，其特征是，还包括第二壳体，该第二壳体由可变形弹 性的第二壳体材料制成并具有渐缩的外表面，该渐缩的外表面的周长从该芯杆耳端到该芯 杆操纵端增大。
14.根据权利要求13所述的耳塞，其特征是，该第二壳体通过位于该第二壳体和该壳 体之间的至少一个支撑件与该壳体分开。
全文摘要
本发明提供一种置于耳道内的自适应的消音耳塞，该耳塞包括芯杆。与芯杆连接并位于芯杆耳端和芯杆操纵端之间的至少一个支撑件从芯杆起径向向外延伸。壳体由可变形弹性的壳体材料制成且具有周长从芯杆耳端到芯杆操纵端增大的渐缩的外表面。壳体接合支撑件的至少一部分并接合芯杆的、位于芯杆耳端和芯杆操纵端之间的至少一部分。支撑件的至少一部分不与壳体接触并且支撑件材料与壳体材料为不同类型的材料。
文档编号A61F11/14GK102149354SQ200980132666
公开日2011年8月10日 申请日期2009年8月12日 优先权日2008年8月22日
发明者S·C·格林, 梁伟康 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司