CN116847816A - 可膨胀的耳塞系统 - Google Patents

Abstract

一种可充气的听力保护装置，其特征在于包括纵向中央核心部件；可膨胀护套，覆盖并固定至所述中央核心部件，其中所述可膨胀护套包括近端部份和远端部份；以及帽部件，与所述可膨胀护套的所述近端部分操作性流体联通，其中所述帽部件包含一定体积的流体，并被配置为从大致上呈凸形倒置为大致上呈凹形，以可调整地置换所述流体使所述可膨胀护套的所述远端部分充气，以促进耳道声学的密封。

Description

可膨胀的耳塞系统

相关申请的交叉引用

本申请主张2021年1月16日申请的美国临时专利申请第63/138,433号的优先权，并且通过引用将所述申请的全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及一种听力保护装置，更详细而言，涉及一种可膨胀的耳塞系统及装置，对于未受训练的用户来说舒适且易于配戴和取下，且能在耳道深处中产生高度衰减的声学密封。

背景技术

从事或参与涉及间歇性或持续性高噪音的职业或活动者需要听力保护。在高噪音环境中保护不足可能导致永久性的听力损伤，伴随相关听力损失或耳鸣。听力损伤负面地影响沟通、工作表现以及生活品质，并且导致保健的费用增加。

市场上有许多耳塞和耳罩，试图减少或消除嘈杂环境可能对人耳朵造成的潜在伤害。传统上，高水平的噪音衰减需要大号的耳罩，这些耳罩笨重且戴起来可能不舒适，或需要深度地插入耳塞，正确地插入可能困难且痛苦。佩戴不良的装置不能密封到头部或在耳道内的足够深度提供低水平的衰减，使用户面临听力受损的风险。如果听力保护装置不容易正确且舒适的配戴，它将不会被使用，或者即使使用也不会有效。

因此，需要一种新的和改进的耳塞系统及装置，以解决传统配置、设计以及方法的固有功能和设计缺陷。

发明内容概述

根据本发明的实施例包括耳塞系统和装置，在耳道内深处形成高度衰减的声学密封，舒适、便于未经训练的用户佩戴和使用、本质上可适应多种人的耳道解剖结构，并且确保在活跃环境中能长期佩戴，同时在需要时仍能轻易地被取下。所述耳塞装置在耳道的第二弯道后方提供可靠的声学密封，这将确保高度的衰减。

所述耳塞包括柔软弹性体外壳，形成充满惰性流体的密封体积。所述耳塞可包括细长、弹性的柄，在回缩(deflated)时轻易地可插入进耳道中。所述耳塞的近端可位于耳道外并在耳廓内，且包括具有半球形双稳态帽的球状物。在所述耳塞的所述柄插入耳道后，佩带者用手指施力以翻转所述帽，使其外部几何形状由凸形弹性地转变为凹形，排出固定体积的流体，使形成所述柄的外部覆盖物的护套膨胀，填充并密封耳道。所述护套可通过拉动或以其它方式与释放拉环或其他连接至所述帽的特征互动来回缩。

本发明的另一个目的是提供这样的声学密封，其为理想的声学传递可选地包含内部空气通道。各种过滤器可插入在所述通道之中以影响所述耳塞的频率相关和水平相关(level-dependent)的衰减。

本发明的另一个目的是提供耳塞装置，能产生这样的密封，但又可轻易地生产制造，且能在长时间耐受多次使用，从而降低总体成本。

所述细长的柄具有柔软、充满流体、弹性的护套，可使用户轻易地将其插入进耳道深处，然后手动膨胀。所述护套扩张，符合耳道内部轮廓并在均匀压力下产生大面积的声学密封。所述护套的恒压适形性在耳道深处中提供舒适且均匀的密封，而不会有可能造成不适的压力点。此外，大面积的接触面将耳塞牢固地锚定在耳朵中。

相对于空气而言，填充所述护套的流体具有很高的声学阻抗，造成周围声音的低传播率。中央稳定核心限制所述护套在轴向上的膨胀，确保径向膨胀，并抑制流体体积的轴向震荡，否则可能允许低频声音的传播。所述核心也提供纳入内部声学传递通道的可能性。

连接至所述护套的远端，双稳态半球形球状物形成充满流体的密封体积。在所述护套回缩时，所述球状物为所述流体提供容器。所述球状物是半球形弹性体，在凹陷或凸起的拓补结构中具有机械稳定性。当所述球状物通过来自用户手指的力翻转时，固定体积的流体被排放且强行送入所述护套中。所述球状物的几何形状和材料是为对所述护套的膨胀提供适当排放量而被选择，并且为保持所需的膨胀压力而不至于无意地翻转。所述球状物也可包含拉环作为一体成型的部件。为取下所述耳塞，用户抓住拉环并拉动，首先翻转所述球状物以释放膨胀压力，然后继续从耳中取出回缩的所述耳塞。

所述护套的几何形状是为提供有利的膨胀行为而设计的。所述护套在靠近尖端的地方最薄，确保膨胀和密封的开始发生在耳朵深处。所述护套的壁厚度是锥形的，向所述球状物及外耳增加。当流体从所述球状物转移至所述护套，从尖端开始的膨胀具有稳定增加的压力，逐渐向外进展至所述球状物。这使单一的耳塞设计能够适应各种尺寸的耳道。大直径的耳道在所述护套的尖端会以较大径向扩张密封，膨胀区域较短并在轴向上密封。小直径的耳道会以较小径向扩张密封，膨胀区域较长或较大，沿着所述柄向外耳轴向进展。所述护套在临近所述球状物的凹陷区域上足够地厚，或非常厚，以确保这部份不会膨胀。

上述概述并旨在详细描述本发明的每个实施例、权利要求保护的实施例或是实施方案。为使本领域的技术人员能良好地理解本发明的特征，在以下的段落及其附图中描述了针对本发明的详细技术和优选实施方案。可以理解的是，在此前被提及和以下将被描述的特征不仅可以在指定的组合中使用，也可以在其他组合中或单独的使用，而不偏离本发明的精神和范围。

附图说明

结合附图参酌以下对本发明的各种实施例的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中：

图1示出根据本发明的实施例，可膨胀的耳塞系统或装置在插入前的名义状态下的等轴测视图；

图2A示出根据本发明的实施例，可膨胀的耳塞系统或装置的核心的等轴测视图；

图2B示出根据本发明的实施例，可膨胀的耳塞系统或装置的护套的等轴测视图；

图2C示出根据本发明的实施例，可膨胀的耳塞系统或装置的双稳态帽的等轴测视图；

图3A示出根据本发明的实施例，可膨胀的耳塞系统或装置处于与图1相同的名义状态的正投影视图；

图3B示出根据本发明的实施例，沿图3A的横截面A-A的可膨胀的耳塞系统或装置的详细剖视图；

图4A示出根据本发明的实施例，处于膨胀状态的可膨胀的耳塞系统或装置的正投影视图；

图4B示出根据本发明的实施例，沿图4A的横截面A-A的可膨胀的耳塞系统或装置的详细剖视图；

图5示出根据本发明的实施例，可膨胀的耳塞系统或装置的帽的详细剖视图。

虽然本发明可以进行各种修改和替代形式，其具体细节已在附图中以示例方式显示，并未意图按比例绘制，并将进行详细描述。然而，应理解的是，本发明的意图并不在于将本发明限制在所描述的特定实施例中。相反，本发明涵盖了所有属于本发明精神和范围内的修改、等同物和落入如所附权利要求书所定义相同精神和范围的替代物。

具体实施方式

本发明的系统和装置，如图1所示，是一种可膨胀的听力保护耳塞100，包括柄102，插入用户的耳道中，以及球状物101，从其的耳道突出。柄102的长度应与人类耳道的典型深度相称，通常在0.5-1.0英寸的范围内。提供多个(如两个或三个)不同标准尺寸的具有不同柄长度的耳塞以适应不同耳朵尺寸可能是有利的。

在各种优选的实施例中，耳塞100的部件或零件是由模塑的硅胶材料制成。硅胶材料具有化学惰性、生物相容性、耐用、弹性、韧性、容易通过数个不同加工模塑成复杂形状、可轻易藉由硅胶黏着剂永久地结合在一起以及可提供各种配方，具有大范围的硬度计硬度、伸长率和其他关键机械性能的。特定的硅胶配方是根据有益于每个特定部件或零件功能的机械性能而选择的。应理解的是，替代的实施例可采用其他弹性材料，包括但不限于聚氨酯橡胶、腈或乳胶橡胶。

参照图2A-2C，耳塞100由三个主要部件或零件组成：核心103、护套104以及双稳态帽105。

这些部件如何组装形成柄102及球状物101的方法可从图3A-3B的剖面图中明显看出，例如，示出耳塞100处于回缩状态，流体111储存在球状物101体积中。如图3B所示，护套104通过护套104和核心103之间界面103a处的一个或多个通道、传输路径或类似特征，与球状物101中的流体体积111操作性流体联通。柄102通过包覆成型或其他方式将护套104组装至核心103上。在使用过程中，护套104膨胀以密封耳道。核心103的功能是：用于在回缩和插入耳道时给予柄102硬度；用于在膨胀时限制护套104轴向扩张至耳道中，预防疼痛或损伤鼓膜；用于抑制膨吋的护套的轴向运动，否则可能会传播低频声音；以及，可选地，用于提供独立空气通道106，以传递声音。

护套104的两端固定在核心103上，使用粘合剂和可能地吋定特征，如在核心103的尖端或末端部份107所示的那些，以防止泄露，和在底座108所示的那些，以防止轴向伸长。在膨吋时，护套104在这些特征之间自由地从核心表面109分离。核心103包括O型槽107a，以改善尖端107的黏附性。出自同样原因，锚108包括脊或凹槽。在优选的实施例中，这种黏附性是通过硅胶对硅胶的结合，同时将护套104包覆成型在核心103上来实现，或者如果用其它方式组装，则通过粘合剂来实现。

核心103由具有中等硬度计硬度的硅胶制成，从而赋予插入时的灵活性，但又有足够的硬度以抵抗膨胀和动态压力造成的扩张，并在耳塞膨胀时抵抗声学通道的塌陷。在各种优选的实施例中，核心103由具有邵氏A级硬度计硬度为40的硅胶橡胶构成。

护套104的材料应具有非常低的硬度计硬度以及高伸长率，使其能像气球一样膨胀，并在低压下，优选地低于每平方英寸(PSI)2磅，拉伸数百个百分比。在优选实施例中，护套104由硬度为邵氏A级硬度计硬度为10的硅胶橡胶构成，且断裂伸长率超过400％。

球状物101作用于密封预定的流体体积，并提供用于转移流体以膨胀护套104的机构。在各种优选实施例中，球状物101包含用于后一种功能的双稳态半球形帽105，并在耳塞100膨胀前呈现凸形。球状物101通过将双稳态帽105贴附至护套的凸缘110的外表面形成。由帽105和护套104形成的球状物101中的密封体积填充有未加压流体111，其可能为空气、水、油或其他流体。本领域的技术人员可以理解，各种其他设计、材料以及结构可以达成与本文所提供的内容一致相同的目标。球状物101或帽105可包括膜片、一个或多个波纹管、阀或是泵，以促进流体排放。

在使用时，已回缩的耳塞的窄柄102被插入用户的耳朵中，直到凸缘110抵住耳道口，提供固定和可重复的插入深度。然后用户按压双稳态帽105，强迫流体111从球状物101进入护套104，直到帽105翻转或以其它方式定义一凹形(或是接近一翻转或凹形)，且护套104膨胀。

参照图4A-4B，示出耳塞100膨胀状态下的剖视图。护套104的厚度从在耳塞尖端或末端部份112处最薄到在凸缘110处最厚的变化。加压流体111从球状物101挤出，将通过护套104和核心103之间的通道或未密封的传输路径，或以其它方式从核心103分离护套104，产生间隙空间113，流体111将通过其流动，直到抵达尖端112，护套104在此是最薄的且将首先膨胀。这一设计的重要方面在于确保耳塞100会首先在尖端112产生密封，即是于耳道最深处产生密封。

当护套104在尖端112在径向上扩张时，进一步扩张所需的增加的压力将开始使护套104在逐渐变厚的部份膨胀远离尖端112，并且膨胀区域将沿轴向方向朝向凸缘110增长。因此，当耳塞护套104膨胀时空气从耳道中被逼出，而不是逼入。此动作避免耳道密封部份的增压，否则可能对耳膜施加不平衡的压力，造成疼痛。

当耳塞100在耳道内膨胀时，尖端112上的径向扩张受到耳道壁的限制并形成密封。进一步膨胀将增加密封的接触面积。因此，护套104逐渐减少的厚度确保耳塞100会在不同直径的耳道中形成有效的密封。在宽耳道中，膨胀的护套104在尖端112的半径会较大，且膨胀区域的轴向长度会比在狭窄耳道中来的小，狭窄耳道会有较小的膨胀半径和较长的膨胀轴向区域，以容纳相同体积的膨胀流体。为了保持低膨胀压力并向耳道提供良好的贴合性，靠近尖端112的护套104的壁厚度必须非常的薄，优选地在0.002-0.006英寸的范围内。护套104的厚度在凸缘110处应该更大，优选地在0.010-0.050英寸的范围内。

通过核心103和凸缘110的声学通道106提供通道(pass-through)，藉此声音可以经过耳塞的密封被引入。各种过滤器可被插入进所述通道中，以影响耳塞的频率相关和水平相关的衰减。

为收回耳塞100，用户拉动释放拉环114以将帽105弹至其原来的凸形或非翻转状态。此动作会将流体111吸回球状物101中并使护套104回缩。接着耳塞100可从用户的耳道中拉出。

参照图5，双稳态帽105为用户提供简单且容易使用的机构和方法以使护套104膨胀，并确保其在使用过程中保持膨胀。帽105由各种优选实施例的几何特征来定义，包括平地115，用于黏附至凸缘110；薄弹性铰链区域，以实现翻转，以及厚度一致的半球形区域117。帽105优选地，其外部凸起配置被模制成单一部件，并包含释放拉环。拉环114和半球形区域117的末端部份之间的角度T对帽105的双稳态功能和操作很重要，且适当地预先定义，具有优选值在20-30度的范围内。

帽105的几何形状经过仔细地调整，以达到凹形和凸形两者拓朴结构的弹性稳定性，优选地在凹形的情况下具有最大的稳定性，以抵抗膨胀压力并避免在使用过程中无意释放。在优选的实施例中，帽105在所述位置抵抗2至3PSI。为了达到此表现，帽105优选地由相对硬的硅胶构成，其具有邵氏A级硬度计硬度为60。这种硅胶还应该具有高伸长能力，以使弹性铰链区域116具有弹性和耐久性。帽105的翻转排量与在耳道内达成良好密封所需的护套膨胀体积相匹配。在各种优选的实施例中，帽105的翻转排量在0.025-0.050立方英寸的范围内。在某些实施例中，提供多个(例如两个或三个)具有不同排量的不同标准尺寸耳塞100，以适应各种耳朵尺寸，可能是有利的。

对于高度衰减的耳塞100来说，耳塞膨胀流体111的声学阻抗(密度与声速的乘积)与空气的声学阻抗有显著差异是理想的。多数常规液体满足此要求。

选择蒸汽压低的液体也是有益的。所有的硅胶都具有高渗透性，且液体倾向通过硅胶护套104扩散。蒸汽压较高的液体(如水)倾向从护套104的外表面蒸发。此蒸发维持了整个护套104的浓度梯度，推动进一步的扩散以及最终随着时间耗尽耳塞100中包含的液体体积。蒸汽压低的液体仍会扩散通过护套104，但到达外表面时不会蒸发。这会使扩散停止，防止液体体积的显著耗尽。这种扩散过程还在护套104的外部保持一层薄的液体，提供轻微的润滑效果，可以有益于耳塞的功能和舒适度。

此外，流体111是惰性和生物相容性是重要的。由于扩散的结果，或者在护套104泄露或破裂的情况下，与耳道接触应是安全的。在某些优选的实施例中，这些要求可以用例如甘油、矿物油或硅油的液体满足。在替代实施例中，其他液体也可被使用。

在另一实施例中，耳塞流体111可为气体而不是液体。实验数据显示，此种填充气体的耳塞提供适度的声衰减，但频率响应非常平坦。这对某些应用是有益的。例如，音乐家在表演时长期曝露在高声量下，在不牺牲声音保真度的情况下能从某些程度上的听力保护中受益。

在根据本发明概念的各种优选实施例中，耳塞100的三个弹性部件，例如核心103、护套104以及双稳态帽105，是通过使用双组分液态胶、热固化液体硅胶或热固化高浓度硅橡胶进行塑模来有效制造。核心103最先塑模，然后护套104包覆成型在核心103上。此包覆成型加工自然地在护套104的顶端107和锚点108形成所需的机械附接和密封。在包覆成型加工之前，通过在柄102的表面施加脱模剂，可以实现护套104和核心103之间在锥形界面109处所需的脱模。塑模领域的技术人员能轻易地理解这些步骤。

或著，护套104可通过如注射成型或浸渍模塑成型等加工与核心103分别形成，然后可藉由施加的黏合剂组装到核心103上，以密封尖端107和锚定底座108。

帽105可以通过简单的注射成型单独形成。然后，使用适当的粘合剂将其永久性地粘合到护套104的开口端。

在帽105被黏附后，流体111可通过用注射针穿过护套104的厚球型部份，被引入密封体积之中。在注入正确体积的流体后，任何留存在密封体积中的气泡可用同一根注射针抽出。当护套104是由柔软的硅胶材料制成，且注射针是小型且锋利的，注射部位基本上是自动密封且在移除针头后不会导致泄露。或者，流体111可在帽105被黏附前，通过使用外部真空使在柄102处护套104膨胀来引入。流体111将填满膨胀区域104，且帽105可以以其凹形被黏附。其它方法也是可能的。

本发明可以采用其他具体形式实施，而不违背其精神或基本性质，并且因此希望在所有方面都将现有实施例视为示例性的而不是限制性的。相同地，上述描述的用于提供和使用本发明的方法和技术仅为示例性过程，并非将制造本发明的方法限定于在此具体定义的方法。此外，本文所描述的各种实施例的特征和概念可以组合成在本发明范围内额外的实施例，即使此类组合在此没有具体描述。

Claims (23)

1.一种可膨胀的听力保护装置，其特征在于包括：

纵向中央核心部件；

可扩张护套，覆盖并锚定至所述中央核心部件，其中所述可扩张护套包括近端部份和远端部份；以及

帽部件，与所述可扩张护套的所述近端部份操作性流体联通，其中所述帽部件包含一定体积的流体，并被配置为从大致上呈凸形翻转为大致上呈凹形，以可调整地转移所述流体使所述可扩张护套的所述远端部份膨胀，以利声学耳道密封。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可扩张护套至少部份由弹性体构成以利膨胀扩张。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弹性体在低于每平方英吋两磅(PSI)的压力下扩张。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可扩张护套包括具有锥形厚度的壁。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述壁的所述锥形厚度从所述可扩张护套的所述远端部份到所述近端部份增加。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纵向中央核心部件被锚定至所述可扩张护套的所述远端部份，以利所述可扩张护套的可控膨胀。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纵向中央核心部件包括一个或多个独立空气通道，以利传递声音。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体具有不同于空气的声阻抗。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体包括甘油、矿物油或硅油。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体包括气体。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可扩张护套包括凸缘，以利就位。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帽部件被手动地操作以排放所述流体。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帽部件包括膜片、一个或多个波纹管、阀或是泵。

14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帽部件是双稳态半球形球状部件。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帽部件的几何形状被配置成能抵抗至少2PSI的膨胀压力。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帽部件包括释放拉环，以释放膨胀压力。

17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可扩张护套由低硬度弹性体构成，且所述帽部件由高硬度弹性体构成。

18.一种可膨胀的听力保护装置，其特征在于包括：

中央核心部件；

可扩张护套，由弹性体构成，覆盖并锚定至所述中央核心部件，其中所述可扩张护套包括近端部份和远端部份，使得所述可扩张护套的锥形壁厚度从所述远端部份到所述近端部份增加；以及

双稳态半球形帽，与所述可扩张护套的所述近端部份操作性流体联通，其中所述双稳态半球形帽包含一定体积的流体，并被配置为从大致上呈凸形翻转为大致上呈凹形，以可调整地转移所述流体使所述可扩张护套膨胀，以利声学耳道密封。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述中央核心部件在所述远端部份被锚定至所述可扩张护套，以利所述可扩张护套的可控膨胀。

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述中央核心部件包括一个或多个独立空气通道，以利传递声音排量。

21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述双稳态半球形帽包括弹性铰链区域，以利所述双稳态半球形帽的翻转。

22.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述双稳态半球形帽包括膜片、一个或多个波纹管、阀或是泵。

23.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述双稳态半球形帽包括释放拉环，以释放膨胀压力。