CN101291639A

CN101291639A - 由管形成的具有整体杆的耳塞

Info

Publication number: CN101291639A
Application number: CNA2006800374126A
Authority: CN
Inventors: 理查德·克瑙尔
Original assignee: Cabot Safety Intermediate LLC
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: WO2007044766A1; EP1933792A1; CN101291639B; US7886744B2; US20070089755A1

Abstract

提供一种耳塞和制造该耳塞的方法，该耳塞(10)包括声音衰减元件(14)和杆(12)，其中声音衰减元件包括向后延伸到部分杆上的凸缘，并且其中声音衰减元件和杆由弹性可压缩材料整体形成。

Description

由管形成的具有整体杆的耳塞

技术领域

本发明涉及听力保护装置，更具体涉及具有整体形成的声音衰减元件和杆的挤出式耳塞。

背景技术

听力保护和噪声衰减装置的用途是公众熟知的，可以获得多种类型的装置，其包括但不限于耳套、半耳装置(semi-aural device)和耳塞。由于耳塞在衰减声音方面的有效性和由此提供的舒适性能，因此耳塞是通常优选的。

耳塞一般包括置于佩带者耳道中提供期望的声音衰减的声音衰减元件。声音衰减元件通常由诸如泡沫或橡胶的弹性可压缩的完全恢复材料制成。

耳塞还可以包括部分或完全嵌入弹性声音衰减元件内的刚性或半刚性杆。所述杆给耳塞提供一定程度的刚性，使耳塞能够容易地插入并推入使用者的耳道中。此外，在杆从声音衰减元件中伸出的情况下，杆可以充当耳塞的柄以有助于耳塞的插入和取出。

一般地，用于耳塞的弹性声音衰减元件通过模制技术形成，该技术使用特定的模具来成型声音衰减元件。例如，将液体形式的弹性材料注入模具中，并使材料在其中凝固。一旦材料固化，就将声音衰减元件从模具中取出。

如果耳塞包括杆，则杆与声音衰减元件分开制造。例如，可以利用单独的模制工艺来生产杆。一旦完成，可以将杆粘附性地粘接到声音衰减元件上。作为替代方案，当弹性材料是液体形式时，可以将完成的杆置入声音衰减元件的模具中。这样，弹性元件可以在杆周围固化并接合到杆上。

这种用于形成带杆的泡沫耳塞的多步骤模制和组装程序经常是不方便并且麻烦的。例如，如果制造商期望几种不同形状和/或尺寸的耳塞，则他或她必须生产和保持相等对应数量的模具。此外，用于形成声音衰减元件的材料在固化过程中可能粘在模具上，因此在取出时产生撕裂或其它形式的变形。而且，如上所述在模具中浇铸的声音衰减元件可能包括源自模具的模缝线，并且还必定包括模具的成形表面上的任何缺陷。此外，制造杆和将杆固定到声音衰减元件上的额外步骤经常被认为是耗时的和高成本的。

因此，期望的带杆耳塞是可以便利、快速和以减少的成本来生产声音衰减元件和杆并且同时仍然保持高生产品质的。

发明内容

本发明通过提供一种新型和非显而易见的听力保护装置来克服或减轻现有技术的上述及其它的问题与缺陷。

在一个示例性实施例中，本发明提供一种包括声音衰减元件和杆的独特耳塞，其中声音衰减元件包括向后延伸在部分杆上的凸缘，并且其中声音衰减元件和杆由弹性可压缩材料整体形成。

本发明还提供一种制造耳塞的独特方法。在一个实施方案中，本发明提供一种制造耳塞的方法，该方法包括形成弹性可压缩材料的中空管，使管永久性变形以形成闭合实心部，使中空管的开口部保持在闭合部附近，并向外旋转开口部到闭合部上以限定声音衰减元件和杆。

在另一个实施方案中，本发明提供一种形成多个耳塞前体的方法，其中所述方法包括从挤出口模中挤出泡沫材料的中空管，使挤出的中空管成形为包括交替的闭合实心部和开口中空部，以及在闭合实心部和开口中空部处至少部分切断成形的挤出管。

通过下列附图和详细说明，本领域的技术人员将会认识和理解本发明设备和方法的上述和其它的特征和优点。

附图说明

现在参照附图，其中几个图中相似的元件用相同的附图标记来标注：

图1是本发明一个实施方案中的耳塞的顶部透视图；

图2是其底部透视图；

图3是用于形成图1耳塞的管的透视图；

图4是成形步骤之后图3的管的部分截面图；

图5是耳塞前体的截面图；

图6是其透视图；和

图7是用于形成本发明一个实施方案中的耳塞的在线过程的示意图。

具体实施方式

图1和2显示本发明一个实施方案中的耳塞10。耳塞10一般包括杆12和声音衰减元件14。如本文将进一步详细讨论的，杆12和声音衰减元件14由弹性泡沫材料整体式一起形成。杆12用于握持耳塞10，并尤其用于将声音衰减元件14插入使用者的耳道内和将元件14从中取出。声音衰减元件14的尺寸和形状适合被容纳并保留在耳道内。亦即，声音衰减元件14具有稍大于平均耳道直径的直径，使得元件14插入后在耳道内稍微压缩达到摩擦配合。杆12的尺寸和形状适合在佩带耳塞时从耳道中稍微伸出。这样，杆12可以充当柄，用于调节耳塞10的位置或用于取出耳塞10。

耳塞10通过独特的工艺形成，该工艺首先涉及形成管16，如图3中所示。管16只是中空的拉长圆柱体，优选由泡沫制成，更优选由挤出的泡沫制成。管16可以具有任意期望的长度，并且一般是待由此形成的耳塞的数倍长度，如将在本文中更为详细讨论的。接着，沿管16的纵向长度将管16以规则间隔夹紧闭合。这形成交替的闭合部18和开口部20，如图4中所示。闭合部18构成管16的永久变形区域，该区域是实心的，并且其中不留下明显的空腔。另一方面，开口部20基本代表管16的未被夹紧闭合的区域。这些开口部20保持与原来的管16相同的一般尺寸和形状。结果，每个开口部20在其内部限定空间22。

如本文将要进一步详细讨论的，管的闭合部18在其成形过程中被压实。亦即，在管16的压缩过程中，泡沫中夹带的空气从管16中挤出。这导致形成闭合部18的泡沫被压实。因此，闭合部18的泡沫材料具有比开口部20的泡沫更大的密度。

形成耳塞10的下一个步骤涉及切断管16。管16在闭合部18和开口部20处均被切断。具体地，大致在图4所示的线A处切断闭合部18。大致在图4所示的线B处切断开口部。线A和B通常与管16的纵轴垂直。成形管16的这种切断形成如图5和6所示的耳塞前体24。耳塞前体24包括闭合部18的一部分、开口部20的一部分和其中限定的空间22的一部分。例如，切断线A可以等分图4的闭合部18。因此，耳塞前体24大约包括闭合部18的一半。同样，切断线B可以等分图4的开口部20，因此耳塞前体24大约保留开口部20的一半。这样，可以由一根管16制得多个耳塞前体24。当然，切断线A和B的位置可以变化，以改变由管16形成的相邻耳塞前体24的尺寸和大小。

参照图5和6，耳塞前体24包括用虚线示意性示出的铰接点26。该铰接点26围绕耳塞前体24的开口部20的外周延伸。因为管16最初是由弹性可压缩的泡沫材料挤出的，所以耳塞前体24的开口部20能够在铰接点26处向外和向后朝闭合部18铰接，如箭头C所示。亦即，开口部20可以大致在铰接点26处朝闭合部18向后翻折并翻折到闭合部18上。一旦开口部20完成这种运动，则耳塞前体24形成图1和2中显示的耳塞10的构型。向后翻折的开口部20形成声音衰减元件14。闭合部18承担杆12的作用和功能。

铰接点26在开口部20上的准确位置主要取决于用于形成管16的材料的延展性。延展性较好的材料会倾向于产生更靠近闭合部18的铰接点26。延展性较差的材料会倾向于朝闭合部18较远的区域铰接。

优选通过在线挤出/成形/切断工艺来形成耳塞前体24，如图7所示意性示出。将用于形成管16的材料引入挤出机26中，在挤压机26中对材料进行混合和必要的处理，以为挤出作准备。然后将材料通过口模28挤出以形成管16。优选地，离开挤出机26的口模28后，管16将是基本完全发泡的材料，尽管其可以仅为部分发泡的。在离开口模28后，根据需要使管16成形。

成形步骤可以采取任意合适的方式完成。例如，可使用相对表面，将相对表面中的一个或两个表面成形为期望的构型，在该构型中所述表面接触管16而使管16发生塑性形变(例如，当管16的温度仍然处于或接近挤出材料的熔点时)。在优选的实施方案中，几乎在管16的基本整个外围同时进行成形。尤其优选的成形方法是通过根据合适的方法使管16变形来完成，如美国专利4,789,322、4,504,206和3,981,663以及美国申请公报2005/0060567中所公开的方法；它们通过引用明确地并入本文。优选地，成形机30将具有至少约1米/分钟的线速度，更优选至少约5米/分钟的线速度，更优选至少约12米/分钟的线速度，并且甚至还更优选至少约20米/分钟的线速度。以这种方式，预期耳塞前体24的产量为从约5到约30kg/小时或更高，更优选约15到约25kg/小时。

一般地，例如从图7可看出，预期合适的成形机30将包括相对的辐板(web)32、链等，它们绕扣链齿轮或其它合适的辊34旋转并且各自包括多个连续移动的模部36(其任选可以是加热的、可拆卸的、与其它模部可互换、或包含用于切割的锐边)。将管16置于模部36之间(例如，用合适的引导装置或者在模部36之间设置的通道内排列管16)后，辐板32同步前进用以将管16递送穿过相对的模部36，由此将管16成形为期望的形状(与模部的形状对应)。亦即，通过相对的模部36，在管16中形成闭合部18和开口部20。更具体地，两个相对设置的模部36在管16的相反侧与管16配合，并且用于向管16的中心处向内压缩或夹紧管16。由于管16是刚挤出的并且仍然是热的，所以这种压缩使管16永久变形以形成闭合部18并由此限定开口部20。

成形机30可以紧靠挤出口模28或与其间隔一定距离。因此，在成形过程中可以进行一些发泡是可能的。这样，可以在管16的成形过程中通过沿生产线对管16进行加热或冷却来控制挤出管16的温度是可能的。还可以采用其它类似的连续进料成形机和技术，因此本发明不只限于上述实施方案。例如，除了使用相对地移动的模部外，还可以通过固定的冲压装置来使挤出管16成形，在该装置中使管16穿过压模下方，所述压模选择性地下降到管16上以形成闭合部18，然后上升以允许管16通过。作为替代方案，可以采用可变的挤出口模28，使得管16以图4中所示的成形形式从挤出机26中挤出。亦即，挤出口模28可以配置为使管16在通过时包含交替的闭合部和开口部18和20。在这种替代装置中，很显然不需要使管16成形。因此，挤出的成形管16将简单地直接送到切断机36。

相对的模部36可以配备有用于帮助形成耳塞10的合适真空管线、用于在成形时控制管16温度的流体(例如空气或水)管线或其组合。还会理解到，挤出管16的受控冷却可具有在其上形成皮的效果，该皮反过来可有助于为所形成的耳塞前体24提供一定的刚性和强度。

如上所述，可以采用任意的多种技术来使管16成形，以包含闭合部18和开口部20。如所提及的，管16优选由泡沫形成。重要的是，所应用的成形技术必须足以压实管16的形成闭合部18的部分。亦即，必须充分压缩这些部分18，不仅要夹紧闭合管16的相应区域，而且要排尽其泡沫中所夹带的空气。相对于开口部20处的泡沫密度，这种空气排出增加了闭合部18的区域中的泡沫密度。这种密度的增加为闭合部18提供了增加的刚性程度。这种密实化刚性为所形成的耳塞10提供许多优点，其将在本文中进一步讨论。

在使管16成形为包含开口部和闭合部18和20后，将管传送到位于成形机30下游的切断器38。如上所述，在切断线A和B处或其附近切断成形管16以由此形成耳塞前体24。切断器38可以只包括向下在砧板40上切断成形管16的刀片，如图7中所示。或者，切断器38可以包括两个或更多相对设置的切割刀片，后者相对彼此运动以选择性地切断成形管16。此外，还可以将切断器并入成形机30中，例如，相对的模部36可以包括切割元件，使得在一个加工步骤中成形并切断管16。

根据期望，还可以采用其它加工步骤。例如，在挤出、成形或这两个过程中，可以拉伸、用热刀片切割或拉伸并用热刀片切割挤出管16或耳塞前体24，用于在所形成的耳塞10的一端或两端形成皮。通过引用并入本文的美国专利4,708,624和4,617,849中公开了可以采用的合适的拉伸-切割技术的例子。因此，可以纵向拉伸挤出管16或耳塞前体24，并且在拉伸的同时横向切断。在加工过程中也可能会产生毛刺，因此例如在第一实施例中对加工和设备的控制不能避免形成毛刺时，本发明还期望采用去除毛刺的步骤。

此外，本文描述的形成耳塞10的在线过程只是以举例的方式给出。亦即，该工艺不必须是在线过程。根据需要，可以首先挤出管16，然后单独成形和切断。未成形的管16可以存放或船运，然后再加热并成形为图4的构型。需要时，可以切断成形管16。还可以根据需要改变耳塞10的生产工艺。

根据本发明，耳塞10的外表面可以表现出任意合适的纹理、外形或其组合。耳塞10可以包括如上述实施方案中所示的光滑表面。或者，耳塞10可以根据需要包括波纹状外表面或其它表面特征。额外地和/或作为选择，耳塞10的在线成形还可以包括印刷和/或着色阶段，在该阶段中将印刷物和/或颜色施用到部分或整个耳塞前体24上。可以用合适的涂层来涂覆挤出管16或耳塞前体24的部分或全部，所述涂层例如是增粘剂、粉末、降摩擦材料、药剂(如杀真菌剂、杀细菌剂或另外的药剂)、防腐剂或其组合。优选耳塞10的长度为至少约25mm。然而，根据本发明可以制造更小或更大的耳塞10。

如所提及的，在形成图5和6的耳塞前体24过程中，闭合部通过从中排出泡沫中夹带的空气而经历压实过程。所形成的闭合部18具有比开口部20更大的密度。这种较大的密度为闭合部18提供较大的刚性。这是尤其有利的，因为如上文讨论的，当开口部20向后铰接到声音衰减位置时，闭合部18形成耳塞10的杆12。闭合部18的增强刚性有助于开口部20绕铰接点26旋转。亦即，在铰接过程中，闭合部18屈服和弯曲的量小于开口部20。这样，闭合部18充当促进开口部20铰接的挡块。此外，所形成的杆12的增强刚性在操纵、插入和取出耳塞10方面是高度有益的。例如，杆12的刚性使佩带者能够将声音衰减元件14推入至与耳道吻合。

耳塞10设置为在约125到约250Hz频率范围内提供至少约10dB、更优选至少约20dB的平均衰减水平；对于大于约500Hz的频率，提供至少约20db、更优选至少约35db的平均衰减水平。根据本发明的高度优选的耳塞10被认为表现出在约3000Hz的频率下至少约40db的衰减水平。因此，根据本发明的优选耳塞10被认为并且优选会表现出至少约5、更优选至少约15和还更优选至少约20的降噪额定值(NRR)；在一个优选实施方案中，耳塞可具有至少约15到40和更优选至少约20到30的NRR。

用于形成耳塞10的材料优选具有从约12到31磅/立方英尺(约0.2到0.5g/立方厘米)或更优选20到25磅/立方英尺(约0.3到0.4g/立方厘米)的密度。此外，在一个优选实施方案中，耳塞10的材料(未发泡状态下)会表现出约50和约80之间的邵氏A硬度计示硬度。

本文讨论的泡沫材料可以是开孔或闭孔材料。在一个优选的实施方案中，总孔室体积的至少约50％体积、更优选至少约65％体积将会包含闭孔。耳塞10的泡沫材料可以是具皮或不具皮的。它们可以始终具有连续或均匀的整体密度或具有密度梯度。优选所采用的材料是足够柔韧和弹性的，使得使用者能够将前体24铰接到耳塞10的构型中。所述材料应该是充分可压缩的，以便压缩耳塞10用以插入耳中。所述材料还应该具有足够的弹性，以使耳塞10在插入后张开，从而将耳塞10保留在耳中。因此，一般会理解，耳塞的材料表现出相对低的压缩变形和相对低的载荷/挠度。

用于形成耳塞10的优选材料为低密度热塑性弹性体材料，例如热塑性聚烯烃/聚(乙烯-丙烯)(PEP或EPDM)、热塑性嵌段共聚物/聚(苯乙烯-丁二烯)(SBS)和聚(苯乙烯-异戊二烯)(SIS)、热塑性聚酯、热塑性聚氨酯(PU)/聚酯/聚醚、热塑性硫化体(例如，包括固化的烯烃橡胶和热塑性烯烃树脂的共混物)、聚乙烯酯(例如，化学吹制的)、可熔融加工的橡胶、聚酰胺嵌段聚合物、热塑性橡胶、粘弹性聚氨酯、和聚氯乙烯(PVC)。还可以使用Santoprene.RTM.热塑性橡胶。作为替代方案，可以使用其它热塑性泡沫。同样可以采用上述材料的共混物。

在期望低摩擦表面的实施方案中，耳塞10在其外表面的至少一部分上涂覆有低摩擦涂层，该涂层可以为粉末、蜡、油或乃至聚合物(如含氟聚合物、高密度聚烯烃，例如HDPE)、含硅化合物(例如有机硅烷)等的形式。该涂层可以乳化或分散在液体中，以有助于涂覆步骤。或者，例如，当采用聚合物涂层时，可将聚合物涂层与泡沫热塑性材料共挤出。可以采用其它合适的涂覆技术，例如浸渍、刷涂、幕涂、喷涂、擦涂等。还可以采用其它有机或无机涂层。还可以将诸如着色剂、稳定剂、填料或其它本领域公开的添加剂等添加剂或增强材料加入耳塞表面内或表面上。

仅以举例的方式将挤出管16描述为被切断器36完全切断以形成耳塞前体24。在本发明的另一个实施方案中，管16只是被部分切断，使得相邻的前体24以链式保持部分连接。这样，可以将前体24作为链进行包装、船运和操纵，然后在耳塞10成形和将其插入耳道中之前，由使用者将其完全分开。或者，可以完全切断成形管16的开口部20，而同时只部分切断闭合部18，由此产生在闭合部18处部分连接的成对前体24。利用这种构型，终端用户可以将前体24作为成对单元处理，然后在使用前完全切断前体24并铰接开口部20，从而形成两个独立的耳塞10。

如本文所提及的，终端用户可以将耳塞前体24的开口部20手动绕铰接点26铰接以形成耳塞10。然后使用者可以将耳塞10插入耳道内。或者，可以在终端用户10收到耳塞10之前，手动或通过机器获得耳塞10的构型。例如，参照图7所描述的在线过程还可以包括将前体24手动或机械制造成为耳塞10的构型的铰接步骤。然后，可以将成形的耳塞10分配给终端用户。

耳塞10还可以包括连接到杆12的绳，该绳延伸到第二耳塞10以提供耳塞10的连接对。所述绳可以通过任何常规方法固定到耳塞10上，例如在耳塞10成形后将绳粘接到杆12上。

在本发明的另一个实施方案中，可以将管16的闭合部18成形为具有明显大于开口部20长度的长度。在该实施方案中，只切断开口部20，而不切断闭合部18。所形成的组合件包括相对设置的开口部20和在其间延伸的延长闭合部18。然后，可以在相应的铰接点26处手动或机械地向后铰接开口部20，以在延长闭合部18的两端形成耳塞10。在此，闭合部18充当耳塞10之间延伸的绳或带。可以将相应的耳塞10插入使用者的耳中，而闭合部18延伸到使用者的颏下或颈后，如通常看到的带绳耳塞和具有带的半耳装置那样。

虽然本文将管16描述为优选通过挤出成形，但是本发明的宽范围预期其它制造工艺。例如，可以通过常规方法模制管16，然后可以在完全固化前成形为图4的装置并随后切割成图5～6的前体24。或者，可以将管16直接模制成图4的装置，然后切割成前体24，从而避免成形步骤。

虽然本文将管16和所形成的耳塞10描述为由泡沫材料形成，但是本发明预期其它材料。例如，管16可由塑料材料、橡胶材料等形成。

在形成耳塞10中优选使用的材料足以使前体24的开口部20保留在铰接位置处，以由此保持耳塞10的结构。但是，如果期望，可以在铰接的开口部20和闭合部之间涂覆粘合剂以使开口部20刚性地保留在其上。或者，可以将开口部20热焊接到闭合部18上或通过任意其它合适的已知方式固定于其上。

附图中标出的尺寸和材料是用于说明性目的的，并且可以依据本发明的教导根据期望的用途而变化。尽管本发明包括附图的特定特征，但是本发明无意被限定于这些特征。

因此，本发明提供一种具有杆和声音衰减元件的耳塞，其中杆与声音衰减元件用相同的材料整体形成。因此，不需要单独制造杆。此外，也不需要将杆固定到声音衰减元件上的单独步骤。因此，所提供的耳塞可以以低成本高效率的方式大批快速生产，同时将生产质量和一致性保持在期望的高水平。

本领域的技术人员将会理解，虽然已经显示并描述了示例性实施方案，但是可以在不违背本发明的构思和范围的情况下对本文公开的设备和方法进行各种修改和改变。因此，应该理解，各个实施方案是以举例说明的方式而不是以限定的方式描述的。

Claims

1.一种耳塞，包括

声音衰减元件；和

杆；

其中所述声音衰减元件包括向后延伸到部分所述杆上的凸缘；并且

其中所述声音衰减元件和所述杆由弹性可压缩材料整体形成。

2.如权利要求1所述的耳塞，其中所述弹性可压缩材料是挤出的泡沫材料。

3.如权利要求1所述的耳塞，其中所述声音衰减元件绕铰接点从向前的开口位置旋转到所述杆上的向后位置。

4.如权利要求3所述的耳塞，其中所述声音衰减元件包括在所述向前的开口位置中限定中空内部空间的单个凸缘。

5.如权利要求1所述的耳塞，其中所述耳塞包括挤出泡沫管的一部分，所述杆包括所述管的永久闭合部，所述声音衰减元件包括所述管的开口部，其中所述声音衰减元件绕铰接点从向前的开口位置旋转到所述杆上的向后位置。

6.一种制造耳塞的方法，包括：

形成弹性可压缩材料的中空管；

使所述管永久变形以形成闭合的实心部分；

使所述中空管的开口部分保留在所述闭合部附近；

使所述开口部向外旋转到所述闭合部上以限定声音衰减元件和杆。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述形成所述管包括挤出泡沫材料的所述管。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述永久变形包括利用相对地移动的模部压缩所述管的区域以形成所述闭合部。

9.如权利要求6所述的方法，还包括使所述中空管永久变形以包括多个交替的闭合部和开口部。

10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述交替的闭合部和开口部处至少部分切断所述管以形成多个所述耳塞。

11.一种形成多个耳塞前体的方法，包括：

从挤出口模中挤出泡沫材料的中空管；

使所述挤出的中空管成形为包括交替的闭合实心部和开口中空部；和

在所述闭合实心部和所述开口中空部处至少部分切断所述成形的挤出管。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述成形包括利用相对地移动的模部压缩所述管的区域以形成所述闭合实心部并限定所述开口中空部。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述管在所述开口中空部处完全切断而在所述闭合实心部处部分切断以形成多对相连的耳塞前体。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述管在所述闭合实心部和所述开口中空部处完全切断以形成所述多个耳塞前体。

15.如权利要求14所述的方法，还包括将每个所述耳塞前体的其余开口中空部铰接到对应的闭合实心部上的向后位置，其中铰接的所述开口中空部形成耳塞的声音衰减元件，并且其中所述闭合实心部形成对应的耳塞杆。