CN102458324A

CN102458324A - 耳塞

Info

Publication number: CN102458324A
Application number: CN2010800324890A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·尼科洛·法尔科; 杰弗瑞·L·哈默
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2010-05-24
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-05-24
Also published as: AU2010254250A1; BRPI1008206A2; BRPI1008206B1; US20100300460A1; CN102458324B; US8291911B2; US8656927B2; WO2010138447A1; AU2010254250B2; CA2762316A1; US20130019880A1

Abstract

本发明提供耳塞，所述耳塞包括顶端和杆，所述顶端用于前向密封和侧向密封，并且形成为限定向后凹进的腔体。所述杆包括：长形部分，所述长形部分为使用者可抓持的部分，并且被构造为沿第一方向的刚度大于沿第二方向的刚度，所述第二方向横向于所述第一方向；和构件，所述构件设置在所述长形部分的前向末端处，并且被构造为可插入所述腔体中，所述构件包括表面，所述表面有待附着到所述腔体的内部正面，并且在所述表面上限定有通道，以允许从所述腔体流出，所述构件形成为与所述腔体的形状互补的形状，以将所述顶端和所述杆轴向及周向地对准。

Description

耳塞

背景技术

本发明涉及耳塞和组装耳塞的方法。

听力保护装置(HPD)在广泛意义上可以分类为耳塞、耳罩和头盔，耳塞被放置在使用者的耳道的入口中或靠着该入口，以形成密封并且堵塞声音(插入式或半插入式)，耳罩围绕耳朵戴在耳朵上(头戴护耳式)以提供对头部的声密封，头盔通常包住使用者的整个头部。耳塞通常由例如慢回弹闭孔泡沫、乙烯基、硅、弹性体制剂、纺成玻璃纤维和棉/蜡的组合的材料制成。它们可以被分组为以下的分类：泡沫耳塞、预模制耳塞、可成形耳塞、定制模制耳塞和半插入式耳塞。

泡沫耳塞通常由慢回弹PVC或聚氨酯闭孔材料制成，这两种材料都提供相似的消音量。PVC耳塞通常由泡沫片材冲压而成，以具有简单的轮廓，该轮廓具有平行的侧边和圆柱形或六边形底部。聚氨酯耳塞被模制成具有类似子弹或钟的形状，并且可以具有类似脊的非对称特征。自从其问世以来，泡沫耳塞已经变得广泛使用，原因是它们通常佩戴舒适并且提供高度的消音量。然而，对于一些使用者而言它们可能难以完全地且合适地插入。

另一方面，预模制耳塞由包括泡沫的柔性材料形成为锥形、球状或其它形状，并且通常固定到或掩盖用于抓握和插入的柔性杆。因此，使用者可以夹持该杆并且将耳塞推入到耳道内的适当位置中，由此形成对耳道壁的声(气)密封。

因此，泡沫耳塞或预模制耳塞可以供希望环境噪音量衰减的考生或供接触长期接触会损害听力的极大噪音的音乐会上的音乐家、飞行甲板人员或制造厂地面工人使用。在每一种情况下，耳塞的效力都极大地取决于消音量及类型、使用者佩戴耳塞的舒适度、使用者能将耳塞安全插入耳道中以及使用者在需要时能将耳塞安全取出。

然而，与耳塞的效力相关的因素通常可能是彼此矛盾的。例如，顶端非常致密的耳塞可以消除大量的噪音，但也可能佩戴起来非常不舒适。同时，不太致密的耳塞可能是非常包容的，但可能不会消除足够大量的噪音并且可能难以合适地插入。相似地，装备有较为刚性的杆的耳塞可能易于插入耳道中，但如果杆受到冲击而迫使耳塞深入到耳道中，那么同一耳塞可能就是危险的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供耳塞，耳塞包括：顶端，顶端用于前向密封和侧向密封，且形成为限定向后凹进的腔体；杆，杆包括：长形部分，长形部分为使用者可抓持的部分，并且被构造为沿第一方向的刚度大于沿第二方向的刚度，第二方向横向于第一方向；和构件，构件设置在长形部分的前向末端处，并且被构造为可插入腔体中，其中构件包括表面，表面有待附着到腔体的内部正面，并且在表面上限定有通道，以允许从腔体流出，构件形成为与腔体的形状互补的形状，以将顶端和杆轴向及周向地对准。

根据本发明的另一个方面，提供耳塞，耳塞包括：顶端，顶端用于前向密封和侧向密封，且形成为限定向后凹进的腔体；杆，杆包括：长形部分，长形部分为使用者可抓持的部分，并且被构造为沿第一方向的刚度大于沿第二方向的刚度，第二方向横向于第一方向；和构件，构件设置在长形部分的前向末端处，并且被构造为可轴向及周向对准地插入腔体中，并且有待附着到腔体的内部正面。

根据本发明的又一个方面，提供耳塞，耳塞包括：顶端，顶端用于前向密封和侧向密封，并且形成为限定向后凹进的腔体；杆，杆包括：长形部分，长形部分为使用者可抓持的部分；和构件，构件设置在长形部分的前向末端处，并且被构造为可插入腔体中，其中构件包括表面，表面有待附着到腔体的内部正面，并且在该表面上限定有通道，以允许从腔体流出，构件形成为与腔体的形状互补的形状，以将顶端和杆轴向及周向地对准。

根据本发明的又一个方面，提供组装耳塞的方法，该方法包括：形成顶端，顶端用于前向密封和侧向密封；在顶端中从顶端的后面钻孔形成向后凹进的腔体；形成杆和构件，杆具有双轴刚度并且包括长形部分，构件设置在长形部分的前向末端处，并且被构造为可轴向及周向对准地插入腔体中；沿着构件的表面限定通道；使构件与腔体对准；以及将构件的表面附着到腔体的内部正面，从而促使从腔体沿着通道的流出。

这些和其它优点和特征将从以下结合附图的描述中变得更加显而易见。

附图说明

本文具体指出视为本发明的主题，并且在本说明结尾处的权利要求书中清楚地主张该主题。本发明的上述以及其它的特征和优点从以下结合附图的详细描述中是显而易见的，在附图中：

图1为根据本发明的实施例的耳塞的透视图；

图2为根据本发明的实施例的耳塞杆的透视图；

图3为根据本发明的实施例的图2的耳塞杆的侧面剖视图；

图4为根据本发明的实施例的图2的耳塞杆的前视图；

图5为根据本发明的实施例的图2的耳塞杆和耳塞顶端的前面向轴视图；

图6为根据本发明的可替代实施例的耳塞顶端的后面向轴视图；

图7为根据本发明的可替代实施例的耳塞顶端腔体的前面向轴视图；

图8为根据本发明的可替代实施例的耳塞杆的透视图；

图9为根据本发明的实施例的图8的耳塞杆的侧面剖视图；

图10为根据本发明的实施例的图8的耳塞杆的前视图；

图11为根据本发明的实施例的耳塞顶端的前面向轴视图；

图12为图8的耳塞杆的轴视图；

图13为根据本发明的实施例的耳塞顶端的侧面剖视图；以及

图14为根据本发明的实施例的耳塞顶端的可替代侧面剖视图。

详细的描述将以举例的方式并参照附图来解释本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

参照图1，该图示出耳塞10。耳塞10包括顶端20和杆30。顶端20可插入使用者的耳道中，由此顶端20的消音材料形成对耳道壁的声密封或气密封。根据使用的消音材料的类型和密度以及使用者合适地插入耳塞10的能力，该密封用来消除给定量的噪音。因此，耳塞10可以保护使用者的内耳部件不受(例如)与制造厂地面相关的大噪音的伤害。杆30由使用者操纵，并且允许使用者在将顶端20推入并穿过耳道时抓持耳塞10。

顶端20的消音材料可以是聚合物泡沫等，并且具有非变形标称直径d₁，其通常比人类的耳道的宽度宽。对于耳道相对较窄或较宽的少数人群(占总人口的2-10％)，d₁可以减小或增大。由此，可以设置顶端20，以便使其紧密地配合在大多数人的耳道中，聚合物泡沫用作对不期望的噪音级的声密封件或气密封件。

根据本发明的实施例，聚合物泡沫的密度范围在介于约5lb/ft³至约20lb/ft³之间，最佳的密度范围为介于约9lb/ft³至约15lb/ft³之间。由此，聚合物泡沫能够由使用者容易地变形，并且随着变形而有回弹的趋势。这样，顶端20可以以合适的力插入耳道中，从而聚合物泡沫适应性地对应于耳道内部的形状和尺寸，并且相对于杆30自由地接合。

顶端20对耳道内部的形状和尺寸的适应性响应能够显现为聚合物泡沫的由于耳道壁施加到顶端20的压力而产生的向内和向外变形。聚合物泡沫的自由接合能够显现为聚合物泡沫的由于使用者施加的与介于耳道壁和顶端20外表面之间出现的摩擦力相反的变形力而产生的径向变形。

顶端20形成有消音材料的前向部分21和消音材料的侧向部分22。因此，当顶端20插入耳道中时，顶端20的前向部分21沿着前向S_F密封方向对使用者的耳道提供密封。相似地，顶端20的侧向部分22沿着侧向S_L密封方向对耳道提供密封。参照图1、图5、图7和图11，顶端20还形成有后面25。在顶端20中从后面25沿着前向方向钻孔形成向后面对的凹进腔体26。

如图13和图14所示，顶端20还包括质心C_M，其位于顶端20内轴向位置90处。根据本发明的实施例，腔体26从后面25朝前向部分21凹进长度L_C，并且延伸通过至顶端20的设置在介于轴向位置90处的C_M与前向部分21之间的内部。

如下文将讨论的，顶端20可以形成有可变形状和/或设计。例如，顶端20可以类似于具有前向部分21的活塞，该前向部分21类似于活塞圆顶。另外，顶端20可以包括额外的设计元素，例如活塞销孔103、环岸和槽104以及活塞圆顶特征105(见图6)。

参照图2、图3和图4，在本发明的实施例中，杆30包括长形部分31、构件50和凸缘40，该凸缘界定了介于长形部分31和构件50之间的边界。长形部分31包括基部段32和渐缩段33。如图2所示，基部段32可以为大致球状，然而，应当理解该形状仅仅只是示例性的并且基部段32可以设置为多种形状。渐缩段33从基部段32一体地延伸至凸缘40并且从侧壁34到侧壁35沿着纵向轴线渐缩，同时面36和37保持彼此大致平行。定位在基部段32和渐缩段33两者的面36和37上的底切部分39允许使用者相对容易地抓持杆30。

参照图4，在示例性实施例中，渐缩段33可以具有邻近基部段32设置的第一厚度T_B和邻近凸缘40设置的第二厚度T_F。如图4所示，第一厚度T_B通常比第二厚度T_F厚。因此，对于形成为类似于活塞的顶端20，杆30的渐缩段33可以相似地类似于杆与活塞的组合中的杆。这样，基部段32和渐缩段33两者的面36和37以及底切部分39可以形成为杆面101和杆结构特征102。

重新参考图2，对于上述构型，长形部分31提供双轴刚度，该双轴刚度促进顶端20安全插入耳道中。双轴刚度的特征在于，长形部分31沿侧向方向D_L的刚度大于长形部分31沿法向方向D_N的刚度，该法向方向横向于侧向方向D_L。长形部分31沿侧向方向D_L的相对刚度允许使用者促使顶端20向前行进而进入并且通过使用者的耳道的不规则形状。反之，沿法向方向D_N相对缺乏的刚度允许长形部分31在顶端20遇到耳道阻力并且耳道壁撞击在顶端20上时弯曲。从而，当使用者将耳塞10推入并通过耳道时，耳塞10能够相对有效地移动通过耳道壁，并且使用者将不太可能推动顶端20不安全地深入到耳道中。相似地，万一杆30受到使耳塞10完全插入耳道中的冲击力，那么杆30有可能将沿法向方向D_N弯曲，从而防止对使用者的内耳造成伤害。

构件50是杆30的在组装耳塞10时插入腔体26中的部件。构件50从凸缘40沿着与杆30的纵向方向平行的纵向方向大致一体地延伸。构件50包括表面51，当构件50插入腔体26中时，该表面51附着到顶端20的位于腔体26的内部正面处的消音材料上。粘合剂(例如Loctite 403胶)可以用来使表面51附着到腔体26的内部正面。

通道60限定为表面51中的裂缝，并且可以沿着构件50的纵向长度延伸。当构件50插入腔体26中时，通道60允许空气和过量的粘合剂从腔体26流出。通道60可以设置为单个通道，或更常见的是，设置为设置在构件50的相对侧上的一对通道。当然，应当理解，在表面51上还可以进一步设置另外的通道60。此外，腔体26也可以包括其自身的通道。

虽然通道60示出为是直的，但应当理解，通道60可以具有各种规则的或不规则的形状和尺寸。例如，通道60可以是直的，如图2和图4所示，或可以是弯曲的或围绕构件50的螺纹形。

参照图2和图8，构件50形成有与腔体26的形状互补的形状，并且在一些实施例中，形成有与腔体26的长度L_C互补的长度L_M。这样，当构件50插入腔体26中时，顶端20和杆30可以彼此轴向及周向地对准。作为实例，如图2所示，构件50可以形成有圆形形状，并且如图8所示，构件50可以形成有矩形形状70。在这两种情况下，腔体26同样形成有互补的圆形和矩形形状。

详细地，如图2-7所示，构件50和腔体26可以各自为圆形的，其中构件50还包括凸块80，并且腔体26还限定有凹部81，当构件50插入腔体26中时，凸块80可被接纳到凹部81中。在这两种情况下，构件50和腔体26可以沿着前向方向额外地渐缩，以至少有助于构件50容易地插入腔体26中。

反之，如图8-12所示，构件50和腔体26可以各自形成有矩形形状。在这些情况下，构件50包括相对的面71和72以及在面71和72之间延伸的侧壁73和74。通道75沿着构件50的纵向长度进行限定，但它们可以具有上述各种形状和尺寸，并且大致定位在面71和72中的每一个的中心部分内。此外，构件50和腔体26(为矩形)可以沿着前向方向额外地渐缩，以至少有助于构件50容易地插入腔体26中。

构件50和腔体26具有互补形状，该互补形状使顶端20和杆30轴向及周向地对准，利用构件50和腔体26，耳塞10还设置有增大的结构稳定性。即，在(如)顶端20插入耳道中的过程中，当使用者旋转杆30时，利用构件50和腔体26的彼此互补的相应形状，介于杆30和顶端20之间相对旋转的可能性被减小。这样，虽然顶端20的外部可以相对于杆30自由地接合，但一旦将耳塞从耳道中取出或在其中重新取向，顶端20就被迫回弹至其初始形式。

此外，当设置有将构件50的表面51粘接到腔体26的粘合剂时，构件50和腔体26的互补形状还为耳塞10提供了稳定性。这允许构件50和腔体26为了外观的目的而彼此对准。利用这样对准的顶端20和杆30，例如促进了实现精确的杆和活塞设计。

根据本发明的实施例，如上所述，构件50和腔体26可延伸通过顶端20并且至少超过顶端20的质心CM 90，使得当构件50插入腔体26中时，腔体26的末端和构件50的远端52设置在介于CM 90和前向部分21之间。这种构型往往防止了顶端20的不期望变形，例如顶端20在其自身上的折叠。

这种构型还增加了顶端20的消音材料声学地密封耳道的能力。当顶端20插入耳道中时，构件50用作相对刚性的中心本体，该中心本体与耳道壁沿向内的方向施加在消音材料上的力相反地撞击顶端20的消音材料。该相反的力彼此平衡并且增加由顶端20提供的声密封。从而，利用设置在介于CM 90和前向部分21之间的构件50的远端52，由耳道壁施加的相对大量的力通过构件50延伸到顶端20中而得到平衡。同时，通过保护内部部件不与构件50的相对刚性结构对接，顶端20的前向部分21的存在增加了使用者的舒适性。

如上所述，凸缘40用来界定介于长形部分31和构件50之间的边界，并且沿向外的径向方向从长形部分31的前向末端和构件50的后末端延伸。凸缘40通常定位成使得构件50足够长，以当构件50安装在腔体26中时完全占据腔体26。另外，凸缘40用作额外的表面以用于附着到顶端20，或可替代地，用来偏转过量的粘合剂从腔体26沿着通道60的流动。

根据本发明的实施例，顶端20和杆30可以形成为类似于任何所需的图像。具体地讲，在耳塞旨在用于汽车制造厂的情况下，顶端20和杆30可以适当地类似于杆和活塞的组合。在这里，如上所述，顶端20可以包括设计元素，例如活塞销孔103、环岸和槽104以及活塞圆顶特征105，同时杆30可以包括设计元素，例如杆面101和杆结构特征102。当然，这样的设计仅仅是示例性的，可以选择其它的形状和尺寸。

根据本发明的其它实施例，杆30的双轴刚度指向成使得侧向方向D_L和法向方向D_N与通道60围绕构件50的周边位置、构件50和腔体26的互补形状的布置和/或顶端20和杆30的外观中的至少一个周向地对准。即，在杆30沿法向方向D_N的刚度相对较低的情况下，构件50的表面51可以具有通道60，该通道60限定在表面51上，与面36和37对准，并且相对于侧壁34和35处于脱离的状态。这样，通过杆30沿着法向方向D_N的简单弯曲可以促进空气和/或过量的粘合剂的流出。相似地，凡是构件50和腔体26的互补形状与法向方向D_N对准的，都可以减小在组装过程中顶端20和杆30未对准的可能性。最后，顶端20的外观可以是不规则的，或例如顶端20可以具有与耳道的形状对应的椭圆形横截面。在这种情况下，使法向方向D_N与顶端20的长轴线对准可以促使使用者利用顶端20的椭圆形形状，通过仅仅围绕面36和37弯曲杆30并且弯曲顶端20的长边而将耳塞10插入其耳道中。

根据本发明的另一个方面，提供组装耳塞的方法，该方法包括：形成用于前向密封和侧向密封的聚合物泡沫顶端20，该聚合物泡沫顶端具有向后凹进的腔体26；形成杆30和构件50，该杆30具有双轴刚度，且包括长形部分31；以及将构件50插入腔体26中。构件50设置在长形部分31的前向末端处，并且被构造为可插入腔体26中。构件50包括表面51，该表面51附着到腔体26的内部正面。通道60限定在表面51上，以允许当构件50插入腔体26中时从腔体26的流出。构件50形成有与腔体26的形状互补的形状，以当构件50插入腔体26中时使顶端20和杆30轴向及周向地对准。构件50插入腔体26中实现为使得粘合剂将表面51附着到腔体26的内部正面，并且使得从腔体26沿着通道60进行流出。

在替代实施例中，杆30与放置在给定位置的构件50一起保持。然后，顶端20的聚合物泡沫围绕构件50形成，使得聚合物泡沫附着到构件50的表面51。在这里，流动通道60允许空气从形成的聚合物泡沫排出，以从腔体26流出。

虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细描述了本发明，但应当容易理解，本发明并不限于这样公开的实施例。相反，可以对本发明进行修改，以结合此前没有描述的任意数量的变型、更改、替换或等效布置，而这些都符合本发明的精神和范围。另外，虽然已经描述了本发明的多个实施例，但应当理解，本发明的多个方面可以仅仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应当视为限于前述说明，而是仅仅由所附权利要求书的范围限定。

Claims

1.一种耳塞，包括：

顶端，所述顶端用于前向密封和侧向密封，并且形成为限定向后凹进的腔体；和

杆，所述杆包括：

长形部分，所述长形部分为使用者可抓持的部分，并且被构造为沿第一方向的刚度大于沿第二方向的刚度，所述第二方向横向于所述第一方向，和

构件，所述构件设置在所述长形部分的前向末端处，并且被构造为可插入所述腔体中，其中所述构件包括表面，所述表面有待附着到所述腔体的内部正面，并且在所述表面上限定有通道，以允许从所述腔体流出，所述构件形成有为与所述腔体的形状互补的形状，以使所述顶端和所述杆轴向及周向地对准。

2.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述长形部分包括相对的侧壁和相对的面，所述相对的侧壁朝彼此渐缩，所述相对的面在所述侧壁之间延伸，所述相对的面被大致平行地布置。

3.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体可延伸通过所述顶端，使得所述腔体的末端和所述构件的远端可设置在介于顶端质心和顶端前向部分之间。

4.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体各自形成有互补的方形形状。

5.根据权利要求4所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体各自沿前向方向形成有渐缩部。

6.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述构件包括凸块，并且所述腔体限定有凹部，所述凸块可被接纳到所述凹部中。

7.根据权利要求6所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体各自沿前向方向形成有渐缩部。

8.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述通道允许粘合剂和空气中的至少一者从所述腔体流出。

9.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述通道沿着所述构件的纵向长度被限定。

10.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述通道在数量上为多个，并且至少被设置在所述构件的相对侧上。

11.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述顶端包括活塞设计特征，并且所述杆包括杆设计特征。

12.根据权利要求11所述的耳塞，其中所述活塞设计特征包括活塞销孔、环岸和槽以及活塞圆顶特征，并且所述杆设计特征包括杆面和杆结构特征。

13.一种耳塞，包括：

杆，所述杆包括：

构件，所述构件设置在所述长形部分的前向末端处，并且被构造为可轴向及周向对准地插入所述腔体中，并且有待附着到所述腔体的内部正面。

14.根据权利要求13所述的耳塞，其中所述长形部分包括相对的侧壁和相对的面，所述相对的侧壁朝彼此渐缩，所述相对的面在所述侧壁之间延伸，所述相对的面被大致平行地布置。

15.根据权利要求13所述的耳塞，其中所述侧壁沿前向方向朝彼此渐缩。

16.根据权利要求13所述的耳塞，其中所述相对的面限定有底切部分，所述底切部分从所述相对的面凹进。

17.根据权利要求13所述的耳塞，其中所述长形部分在其后部处包括使用者可抓持的球状基部段。

18.一种耳塞，包括：

杆，所述杆包括：

长形部分，所述长形部分为使用者可抓持的部分，和

构件，所述构件设置在所述长形部分的前向末端处，并且被构造为可插入所述腔体中，其中所述构件包括表面，所述表面有待附着到所述腔体的内部正面，并且在所述表面上限定有通道，以允许从所述腔体流出，所述构件形成为与所述腔体的形状互补的形状，以使所述顶端和所述杆轴向及周向地对准。

19.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体可延伸通过所述顶端，使得所述腔体的末端和所述构件的远端可设置在介于顶端质心和顶端前向部分之间。

20.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体各自形成有互补的方形形状。

21.根据权利要求20所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体各自沿前向方向形成有渐缩部。

22.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述构件包括凸块，并且所述腔体限定有凹部，所述凸块可被接纳到所述凹部中。

23.根据权利要求22所述的耳塞，其中所述构件和所述腔体各自沿前向方向形成有渐缩部。

24.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述通道允许粘合剂和空气中的至少一者从所述腔体流出。

25.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述通道沿所述构件的纵向长度被限定。

26.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述通道在数量上为多个，并且至少被设置在所述构件的相对侧上。

27.一种组装耳塞的方法，所述方法包括：

形成顶端，所述顶端用于前向密封和侧向密封；

在所述顶端中从所述顶端的后面钻孔形成腔体；

形成杆，所述杆具有双轴刚度，并且包括长形部分和构件，所述构件设置在所述长形部分的前向末端处，并且被构造为可插入所述腔体中；

限定沿着所述构件的表面的通道；

将所述构件与所述腔体对准；以及

将所述构件的所述表面附着到所述腔体的内部正面，从而促使从所述腔体沿着所述通道的流出。