CN101102732A

CN101102732A - 具有阻尼材料的听力保护装置

Info

Publication number: CN101102732A
Application number: CNA2006800019020A
Authority: CN
Inventors: 艾伦·塞维尔
Original assignee: Cabot Safety Intermediate LLC
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: EP2263623B1; EP2263623A1; EP1843726B1; AU2006206471A1; AU2006206471B2; WO2006078767A1; EP1843726A1; PL2263623T3; NO20073168L; CN101102732B; BRPI0607220A2; BRPI0607220B8; US8118031B2; AU2006206471B9; PL1843726T3; EP2263622A1; US20060162992A1; BRPI0607220B1; CA2594960A1

Abstract

本发明提供一种具有一个衰减主体的听力保护装置，所述衰减主体由弹性体构成，所述弹性体具有增高的玻璃态转变温度和减低的玻璃至橡胶的转变温度，从而使得材料的阻尼系数在一较高的温度下达到顶点，因而，阻尼系数在装置使用期间通常所经历的温度和频率范围中变大。所述增大的阻尼值使得由听力保护装置所提供的声音衰减度变大。

Description

具有阻尼材料的听力保护装置

技术领域

本发明总体上涉及听力保护装置，更加具体地，涉及至少部分地由阻尼材料构成以提供增强的声音衰减度的听力保护装置。

背景技术

在工业以及其他职业和娱乐场所对个人进行听力保护的需求已经充分形成。现有技术中充斥着各种听力保护装置，包括耳塞、耳罩、半插入式装置、全头式头盔等等。这些装置旨在佩戴在使用者的耳朵上，或者至少部分地插入到耳道内，从而防止声音以不合要求的大级别到达内耳。

耳塞包括设计成可插入到耳道内的一系列装置中的任何种类，并且通常由于具有高衰减度，同时佩戴时又具隐蔽性和舒适度而得以优选。耳塞一般可划分为“卷缩式(roll-down)”或“按入式”。

卷缩式耳塞通常为可压缩的复原慢的泡沫耳塞，该耳塞在插入到耳道内之前必须通过使用者使其压缩或“卷缩”。授予给Knauer的美国专利第6,105,715号揭露了典型的卷缩式耳塞，该专利的全部内容通过引用而结合在本申请中。此类卷缩式耳塞通常由同质的复原慢的聚氯乙烯(PVC)或聚氨酯(PU)材料构成，并且包括一大体上为圆形的大于平均耳道横截面的横截面。卷缩式耳塞在插入之前受到压缩，以使横截面减小，使得能够将其插入到耳道内。一旦插入之后，压缩的卷缩式耳塞膨胀而阻塞耳道，从而阻塞声音进入内耳的通道。

“按入”式耳塞一般包括一衰减部分和一通常从所述衰减部分上延伸或嵌置在所述衰减部分中的刚性或半刚性部分。声音衰减部分通常由柔软的适应性的材料形成；刚性或半刚性部分则可由具有符合要求的足够刚性的任何材料构成，比如塑料或橡胶。按入式耳塞通常由于其易于插入而得以优选。与卷缩式耳塞不同，按入式耳塞在插入之前不必压缩。使用者简单地抓住刚性或半刚性部分并且将衰减部分插入到耳道内。这里，刚性和半刚性部分被用来将声音衰减部分按入到耳道内的位置。一旦插入之后，声音衰减部分将适应耳道的轮廓而堵塞耳道，从而阻塞穿过耳道的声音通道。因而，按入式耳塞具有比卷缩式耳塞更加便利的插入过程。此外，相对于卷缩式耳塞，按入式耳塞通常由于其卫生学特性而得以优选。亦即，在插入期间按入式耳塞仅需操作刚性或半刚性部分。这使得物质(如灰尘、油污等)从手指转移到衰减部分达到最小，因而减小此类物质暴露到耳道的可能性。

对卷缩式耳塞和按入式耳塞进行常规测试，以获得其在人类耳道内阻塞声音的能力。这种阻塞声音或衰减的能力是根据已经确定的测试程序来测量的，例如美国国家标准协会所提出的测试程序，“听力保护器的真耳保护和耳罩的物理衰减的测量方法”，ANSIS3.19-1974方法。在这种测试中，在一个实验测试室内实施真耳听阈衰减(Real-earAttenuation at Threshold)测试，该实验测试室是一个半混响的(semi-reverberant)、双壁的、使用作为测试信号的噪音的1/3倍频程(third-octave bands)的结构上单独的房间。在敞开(耳朵内或周围没有物体)和阻塞(耳朵内有听力保护器)的情况下，测试的主体均在她/他的阈值响应测试信号，即只要主体能够察觉到信号。这两种情况下的声压级(SPL)的差值即是听力保护器所提供的衰减度。这种差值以指定频率下听力保护器所提供的衰减度的分贝数记录。从这种测试方法获得的数据被用来计算一单项额定值(NRR)，该单项额定值提供用来标记产品的数字。因此，在大多数情况下，希望能够生产出具有较高NRR值的产品。

卷缩式耳塞通常比对等的按入式耳塞显示出更高的NNR。然而，该更高的NNR取决于耳塞正确插入到耳道内。如上所提及，卷缩式耳塞的插入会比按入式耳塞的插入更加复杂并且有可能更加耗时。此外，由于由泡沫材料构造而成，卷缩式耳塞通常比按入式耳塞具有更短的使用寿命。相反，按入式耳塞可容易插入并且具有更长的使用寿命，但与对等的卷缩式耳塞比较时，则通常与较低的NNR相关联。

已经尝试增大按入式耳塞所提供的NRR。这些尝试集中于变化按入式耳塞的设计或构造，以在耳道内获得更好的配合和密封性。然而，这些新的构造仅使得NRR适量增大并且是在牺牲使用者舒适度的前提下。

因而，需要一种听力保护装置，具体地，一种按入式耳塞，该按入式耳塞提供高度的声音衰减、使用简单、使用者感到舒适并且具有长的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种具有新颖性和非显而易见性的听力保护装置，以克服或减轻现有技术的如上论述的以及其他问题和缺点。

一般地，本发明包括一种至少部分地由高阻尼材料构成的声音衰减装置。更加具体地，本发明提供一种听力保护装置，该听力保护装置具有一个由弹性体构成的衰减主体，该弹性体具有增高的玻璃态转变温度和减低的玻璃至橡胶的转变温度，使得材料的阻尼系数在一较高的温度下达到顶点，因而，阻尼系数在装置使用期间通常所经历的温度和频率范围中变大。该增大的阻尼值使得由听力保护装置所提供的声音衰减度变大。

附图说明

现参看几幅附图：

图1所示为依据本发明的一示例性听力保护装置；

图2为本发明另一实施方式中的听力保护装置的侧视图；

图3为其俯视图；

图4为其仰视图；

图5为如图2所示的听力保护装置的杆部的侧视图。

具体实施方式

图1所示为依据本发明的一个实施方式的按入式耳塞10。耳塞10包括一个大体上布置在耳塞10的一个端部处的声音衰减部分12以及一个布置在耳塞10的相对端部并沿着远离声音衰减部分12的方向延伸的杆部14。声音衰减部分通常包括数个方向朝后的半球形或半半球形(semi-hemispherical)凸缘元件16。在该实施方式中，声音衰减部分12包括三个径向尺寸逐渐增大的、大体为半球形的凸缘元件16，如图所示。耳塞10大体为1989年9月19日授予给Falco的美国专利第4,867,149号中所披露的耳塞类型，该专利通过引用而全部结合于本申请中。

耳塞10由回弹性低的适应性的(conformable)模塑材料制成。优选地，声音衰减部分12和杆部14由相同的模塑材料一体形成。亦即耳塞10在单一的模塑操作中形成。然而，在本发明的另一个实施方式中，耳塞10可按非一体的方式形成，即可以首先形成杆部14，接着再在所述杆部14上形成声音衰减部分12或使所述声音衰减部分12附接到所述杆部14上，等等。此外，如需要，声音衰减部分12和杆部14可由不同材料形成。

重要地，形成耳塞10的材料包括这样的化合物，该化合物在一定的温度范围内和一定的频率范围内显示出明显的阻尼特性，所述一定的温度范围和一定的频率范围分别对应于耳塞在典型使用期间所经历的温度和频率。例如，在温度为-20℃到50℃和在频率为125-8000Hz的范围中，显示出明显的阻尼特性。

在一优选实施方式中，构成耳塞的材料为一种弹性体，其阻尼系数(tanδ)在频率大概为1Hz、温度范围大概为10-50℃时大概为1.0-0.05，其中，tanδ等于损耗模量与储能模量的比率。更为优选地，弹性体的阻尼系数在频率大概为1Hz、温度范围大概为20-40℃时为大概0.10-0.30。具体地，阻尼系数在大约40℃时可以是大约0.10，而在大概20℃时则大于大约0.30。此外，弹性体材料的阻尼系数随着频率的增大而增大。一般地，对于频率每增大一个量级(magnitude)的情形，阻尼值增大到与温度下降10℃时相关的阻尼值。例如，10Hz、20℃时材料的阻尼系数大概等于1Hz、10℃时的阻尼系数。

当然，这些说明性的近似值是以示例的方式提供，并无限制本发明范围之意。从更加广泛的意义上来说，组成耳塞10的材料包括这么一种弹性体，该弹性体具有增高的玻璃态转变温度以及降低的玻璃至橡胶的转变温度，使得材料的阻尼系数在较高的温度下达到顶点，因而阻尼系数在耳塞使用期间通常所经历的温度和频率范围中变大。

所述材料可以是包括文中所论述的阻尼特性的任何弹性体材料。文中所论述的弹性体一般指的是具有在力的影响下发生变形而一旦所述力去除后大体恢复其原始形状的能力的任何材料。在一优选实施方式中，所述材料为热塑性树脂，比如聚氯乙烯(PVC)组合物(formulation)，其包括高分子量树脂和高分子型增塑剂，用来如上所论述地改变玻璃态转变温度和玻璃至橡胶的转变温度，以提供增强的阻尼性。举例说明，所述高分子量树脂可以是具有大于大概2.5的相对粘度的高分子树脂。举例说明，所述高分子量树脂是例如以商品名FORMALON NV供销的树脂。举例说明，所述增塑剂可以是包括大于大概800的平均分子量的增塑剂。举例说明，所述增塑剂是以商标名ADMEX^523供销的增塑剂。

当然，该优选的PVC材料是示例性的。树脂和增塑剂和/或类似组分可以添加到许多基底材料中以提供本发明的阻尼效果。例如，用来构成耳塞10的材料可以包括以下阻尼材料类型中的一种或多种：天然橡胶、氯丁橡胶、SBR橡胶、硅橡胶、EPDM橡胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯弹性体、乙烯醋酸乙烯酯弹性体(ethylene vinyl acetate elastomers)、基于丙烯酸前体的弹性体、卤乙烯聚合物、热塑性硅橡胶合成物、热塑性SBR嵌段共聚物、SEBS嵌段聚合物等等。

有利地，当插入到使用者的耳道内时，在宽的频率范围上，阻尼耳塞10提供增大的声音衰减。由耳塞10所提供的增大的声音衰减为大概3dB的设计NRR值(projected NRR)。该较高的衰减的获得主要是由于耳塞10增大的阻尼特性倾向于抑制耳塞在耳道内的振动，从而阻止声音传送到使用者的内耳。

例子

使两个材料样品接受动态力学分析、扭转性(torsional-type)测试。第一样品(样品1)由惯常用于预模塑的、按入式耳塞的弹性体树脂构成。第二样品(样品2)由依据本发明的阻尼材料构成。将两个样品构造成条状物，其尺寸大概为两英寸×二分之一英寸×八分之一英寸。样品的一端被固定，而另一端则在规定的温度范围(样品1为-60℃到50℃，样品2为-30℃到50℃)、频率为1Hz的情况下进行扭转振荡，其中最大应变是0.3％。记录扭弯每一样品所需的力，其与储能模量有关(inrelation to)，并记录使样品返回到非扭弯状态所需的力，其与损耗模量有关。然后计算出每一样品的阻尼系数(tanδ)。

通过所述测试方法确定的样品1的储能模量以图表显示如下：

频率为1Hz时，样品1的模量与温度的关系

在此，样品1的玻璃区域只在-60℃以下，而橡胶区域则开始于20-30℃左右。

样品1的阻尼系数连同上图的储能模量以图表显示如下。

频率为1Hz时，样品1的模量和阻尼系数与温度的关系

样品1的阻尼系数在一非常低的温度下达到顶点，因而，在与典型使用温度相对应的温度范围(20-40℃)中其阻尼系数非常低。

通过所述测试方法确定的样品2的储能模量以图表显示如下：

频率为1Hz时，样品2的模量与温度的关系

下面的图表显示出两个样品1和2的储能模量，并且示出了样品2相对于样品1的增大玻璃态转变温度和玻璃至橡胶的转变温度。

频率为1Hz时，样品1的模量和样品2的模量与温度的关系

下一图表为样品2的储能模量和阻尼系数图，并且示出了在可用的温度范围(20-40℃)内升高的阻尼系数。

频率为1Hz时，样品2的模量和阻尼系数与温度的关系

最后一图显示出样品1和2的阻尼系数的比较。

频率为1Hz时，样品1的阻尼系数和样品2的阻尼系数与温度的关系

显然，相对于样品1，样品2显示出增大的阻尼特性。由于以上所论述的原因，因此由样品2的材料形成的听力保护装置所提供的声音衰减度变大。

至此，已根据图1所示的耳塞10对本发明进行了描述。然而，该描述仅仅出于示例作用。耳塞10可采用适于提供听力保护的任何形状。例如，耳塞10可包括一个、两个或多于三个的凸缘元件16，杆部14可以嵌置于或固定到一个或多个凸缘元件16上，耳塞10可以不包括杆部14，等等。可供选择地，听力保护器可包括半插入式装置，其中阻尼材料增强了装置的半插入部分的声音衰减度。

如本文以上部分所论述，在图1所示的实施方式中，耳塞10包括从声音衰减部分12向后延伸的杆部14。由此，杆部14用作插入、拔出耳塞10或者其它操作耳塞10时的手柄。有利地，为杆部14提供一定程度的刚性，以利于将相对较柔软的阻尼凸缘元件16插入到佩戴者的耳道内。亦即，使杆部14具有一定程度的刚性使得佩戴者能够在插入过程当中更加容易地以及连贯地(consistently)将阻尼凸缘元件16按入到耳道内。

如上所提及，杆部14可以与声音衰减部分12一体形成，或者，杆部14可以相对于声音衰减部分12单独形成，接着再通过各种方法中的一种附接到声音衰减部分上。在图1中，耳塞包括与声音衰减部分12一体形成的杆部14。在该实施方式中，杆部14可进一步包括一个提供所需增大刚性的加强元件。例如，加强元件可包括一个刚性或半刚性元件，该刚性或半刚性元件收容并被保持在形成于杆部14中的插孔内。可供选择地，可简单地使杆部围绕着刚性或半刚性元件形成，如模塑，使得所述元件被布置在杆部的中心。相对于用来模塑杆部12和凸缘元件16的较为柔软的阻尼材料，刚性或半刚性元件具有增大的刚性。因而，加强元件为耳塞10提供一定程度的刚性，从而有利于耳塞10的插入。

如所提及，可供选择地，杆部可相对于声音衰减部分单独形成，接着再附接到其上，以形成本发明的耳塞。同样地，杆部可包括布置在杆部内的加强元件，如上面刚刚论述，从而给耳塞提供一定的刚度。

在另一实施方式中，杆部可简单地由一相对于用来形成声音衰减部分12的柔软阻尼材料具有较大刚度的材料形成。接着再将此坚硬的杆部附接到衰减部分，以形成一个具有柔软的阻尼性衰减部分和较为刚硬的杆部的耳塞。

举例说明，图2-5示出了具有声音衰减部分22和杆部24的耳塞20，其中所述声音衰减部分22和杆部24单独由具有不同刚度的材料形成，然后再接附在一起而形成耳塞20。衰减部分22由文中上面所论述的阻尼材料形成并且包括一个或多个半半球形凸缘元件26，其中凸缘元件26类似于以上针对图1所论述的凸缘元件16。衰减部分22进一步包括一套环(cuff)28，该套环有利于将声音衰减部分22接附到杆部24上。在这点上，衰减部分22包括一位于其中心处的插孔，该插孔从套环28朝着最靠前的凸缘元件16延伸。杆件24包括一插入部分30以及一相对的手柄部分32。插入部分30被构造成用于收容并保持在声音衰减部分22的插孔内。任选地，插入部分30可包括有助于将声音衰减部分22固定到插入部分30上的特征部件34。例如，特征部件34可包括构造成用于接收粘结剂的表面或者构造成当与衰减部分22接合时用于提供摩擦或卡扣的表面，等等。手柄部分32从插入部分30上延伸，从而为佩戴者提供一个用于抓握和操纵耳塞20的区域。这里，手柄部分32自插入部分30弯曲，如图所示。在一实施方式中，杆部24为2005年11月9日申请的转让给Falco的美国专利申请第11/270,053号中所披露的杆部类型，该专利申请的全部内容通过引用而结合在本申请中。

如所提及，耳塞20的衰减部分22由本发明的阻尼材料形成。耳塞20的杆部24则由塑料或橡胶材料形成并且可通过模塑工艺形成，具体地，通过注射模塑工艺而形成。重要地，杆部24由具有一定程度刚性的材料形成，以给耳塞20提供所需的刚度。由此，耳塞20包括由阻尼材料形成的较为柔软的声音衰减部分22，其中所述材料为佩戴者提供增强的舒适度和高衰减度。此外，耳塞20还包括相对更加刚硬的杆部24，该杆部有助于相对于佩戴者的耳道插入和拔出耳塞20。

显示在附图中的杆部24的说明性形状和尺寸仅仅出于示例目的。在另一实施方式中，杆部24包括一直的元件，该元件从衰减元件22上沿着其纵向轴线向后延伸。在又一实施方式中，如需要，杆部24包括直线的和/或曲线的特征部件，使得杆部24可沿着纵向轴线延伸或者从所述纵向轴线上分叉。

尽管已经针对一示例性实施方式对本发明进行了描述，但是所属领域的技术人员应可理解，在不偏离本发明范围的情况下，可进行各种改变以及可用等同物替代本发明元件。此外，在不偏离本发明实质范围的前提下，按照本发明的教示，可进行许多修改以适应具体情形或材料。因此，本发明并不限于作为实施本发明的最佳方式揭露的具体实施方式，相反，本发明将包括落入在权利要求书范围内的所有实施方式。

Claims

1、一种听力保护装置，包括：

一个声音衰减主体；

其中，所述主体至少部分地由这样一种材料构成，所述材料在频率大概为1Hz、温度范围大概为20-40℃时所具有的阻尼系数为大概0.10-0.30。

2、根据权利要求1所述的听力保护装置，其特征在于，所述材料包括弹性体，所述阻尼系数至少部分地通过使用高分子量树脂和高分子型增塑剂的弹性体提供。

3、根据权利要求1所述的听力保护装置，其特征在于，频率为1Hz时所述阻尼系数在40℃时大概为0.10而且在20℃时大于大约0.30。

4、根据权利要求1所述的听力保护装置，其特征在于，所述主体包括耳塞的声音衰减部分。

5、根据权利要求4所述的听力保护装置，其进一步包括一细长杆部，该杆部至少在一端接附到声音衰减部分上，所述杆部的刚度大于声音衰减部分的刚度。

6、根据权利要求5所述的听力保护装置，其特征在于，所述声音衰减部分包括数个半半球形凸缘，所述凸缘在向后的方向上自杆部径向延伸。

7、根据权利要求4所述的听力保护装置，其特征在于，所述声音衰减部分布置在一带件上，所述带件佩戴在接近使用者头部或颈部之处。

8、根据权利要求1所述的听力保护装置，其特征在于，构成所述主体的材料包括SBS或SEBS。

9、一种听力保护装置，包括：

一个由弹性体构成的衰减主体，所述弹性体具有增大的阻尼特性，所述阻尼特性是通过使用高分子量树脂和高分子型增塑剂来提供；

其中，所述树脂和增塑剂使弹性体的玻璃态转变温度增高并且使弹性体的玻璃至橡胶的转变温度减低，从而使得材料的阻尼系数在一增高的温度下达到顶点。

10、根据权利要求9所述的听力保护装置，其特征在于，所述阻尼特性在对应于当由使用者佩戴时耳塞所暴露到的温度的温度范围中增大。

11、根据权利要求10所述的听力保护装置，其特征在于，所述温度范围为大概20℃到40℃。

12、根据权利要求9所述的听力保护装置，其特征在于，频率为1Hz时，所述阻尼系数在大概0℃时达到顶点。

13、根据权利要求9所述的听力保护装置，其特征在于，频率1Hz时所述阻尼系数在40℃时大概为0.10并且在20℃时大于大约0.30。

14、根据权利要求9所述的听力保护装置，其特征在于，所述主体包括耳塞的声音衰减部分。

15、根据权利要求14所述的听力保护装置，其进一步包括一细长杆部，该杆部至少在一端接附到声音衰减部分上，所述杆部的刚度大于声音衰减部分的刚度。

16、根据权利要求15所述的听力保护装置，其特征在于，所述声音衰减部分包括数个半半球形凸缘，所述凸缘在向后的方向上自杆部径向延伸。

17、根据权利要求14所述的听力保护装置，其特征在于，所述声音衰减部分布置在一带件上，所述带件佩戴在接近使用者头部或颈部之处。

18、一种听力保护装置，包括：

一个由具有增大的阻尼特性的材料构成的衰减主体，所述增大的阻尼特性由通过使用阻尼SBS或SEBS来提供；

其中，所述SBS或SEBS材料具有增高的玻璃态转变温度以及减低的玻璃至橡胶的转变温度，从而使得材料的阻尼系数在一增高的温度下达到顶点。

19、根据权利要求18所述的听力保护装置，其特征在于，所述阻尼特性在对应于当使用者佩戴时耳塞所暴露到的温度的温度范围中增大。

20、根据权利要求19所述的听力保护装置，其特征在于，所述温度范围大概为20℃到40℃。

21、根据权利要求18所述的听力保护装置，其特征在于，频率为1Hz时，所述阻尼系数在大概0℃时达到顶点。

22、根据权利要求18所述的听力保护装置，其特征在于，频率为1Hz时所述阻尼系数在40℃时大概为0.10而且在20℃时大于大约0.30。

23、根据权利要求18所述的听力保护装置，其特征在于，所述主体包括耳塞的声音衰减部分。

24、根据权利要求23所述的听力保护装置，其进一步包括一细长杆部，该杆部至少在一端接附到声音衰减部分上，所述杆部的刚度大于声音衰减部分的刚度。

25、根据权利要求23所述的听力保护装置，其特征在于，所述声音衰减部分包括数个半半球形凸缘，所述凸缘在向后的方向上自杆部径向延伸。

26、根据权利要求23所述的听力保护装置，其特征在于，所述声音衰减部分布置在一带件上，所述带件佩戴在接近使用者头部或颈部之处。