耳塞及其成形方法

專利名稱：耳塞及其成形方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的耳塞，具體涉及一種由泡沫化的熱塑性塑料制造的改進的擠壓耳塞。
背景技術：
耳塞是保護耳朵及其靈敏結構避免過大的噪音及防止碎片或其它的物質進入耳朵的一種普通手段。最近，耳塞的設計使用塑膠。例如，美國專利第4,774,938及3,872,559號對模制塑膠耳塞作了揭示。美國專利第5,811,742號、第5,573,015號、第5,203,352號、第5,188,123號及第4,434,794號闡述了其它的耳塞設計。美國專利第6,408,981號揭示了最近在另外一種制造泡沫化塑膠耳塞方面的努力。上面提及的所有專利結合于此作為參考。
本領域仍然需要一種低成本高效率的耳塞制造方法，尤其是泡沫化的擠壓的熱塑性塑料的耳塞的制造方法。本領域還需要改善耳塞的結構，以增加使用者的舒適感、操作及整個耳塞性能。

發明內容
本發明通過提供一種改進的耳塞滿足上面的需要，該耳塞的制造方法包括以下步驟a)擠壓熱塑性材料的泡沫化主體；b)成形泡沫化的熱塑性材料；及c)分離已經成形的材料，以形成單個的耳塞。
在具體的較佳實施例中，耳塞是水泡沫化的熱塑性人造橡膠材料，且泡沫化的主體擠壓成管的形式。
附圖簡單說明附圖中的材料及尺寸是為了說明的目的，它們并不限制其它可能的材料及尺寸。
附

圖1A及1B示出本發明耳塞實施例的橫剖視圖；附圖2示出用于擠壓及成形本發明耳塞的生產線的概略圖；附圖3示出耳塞預制品的剖視圖；附圖4示出本發明耳塞另一結構。
較佳實施例的具體說明本發明描述一種改進耳塞10(10’)制造方法的發明，耳塞10(10’)如圖1A及1B所示，該方法包括擠壓成形熱塑性材料的泡沫主體；成形(例如通過塑性變形樹脂)至少一部分熱塑性材料；及分離(例如，通過至少部分切割)成形的材料以形成單個的耳塞。在具體的較佳實施例中，耳塞為水泡沫的熱塑性人造橡膠材料。
如下面將要討論的，本發明獨特方面中的一個是可以使用泡沫塑料制造新穎的耳塞結構，具體來說是由一熱塑性材料的擠壓泡沫管制造。例如，本發明可以用于制造實心的耳塞。然而，如圖1A及1B中所看到的，耳塞10的一種獨特結構是由管狀輪廓的擠壓精制而成并包括一個中空的核心12(12’)。另外，本發明的方法允許成形一個基本上覆蓋整個耳塞外表面的表皮。參看圖1A，耳塞10還可以包括桿部14，該桿部14毗連初始球根部16(后者用虛線表示以描述其初始狀態并包括中空的核心)。定義各個部分的壁的厚度及結構使這些部分之間的連接處形成鉸鏈點。如此，桿可以用作將耳塞10插入耳朵的抓取表面。球根部16本身將變形(如虛線所示)并有效地坍陷，在桿的周圍形成一個類似蘑菇的頭18。所產生的坍陷結構可以保持在耳道內。在所有的實施例中，還可以通過受壓縮的泡沫在置入耳道后的擴張增強耳道保持力。
較佳的途徑是在擠壓耳塞時或在耳塞成形時或同時在這兩個時候泡沫化耳塞。在具體的較佳實施例中，耳塞是使用水泡沫技術泡沫化的，水泡沫技術是釋放水中的氣體，所述的水是在擠壓前與進料混合的。作為例子，美國專利第6,398997號及第6,110,404號的技術說明了一種較佳的水泡沫途徑，在此作為參考。那些專利揭示了擠壓塑料樹脂材料泡沫的方法，塑料樹脂材料如熱塑性的人造橡膠(在此作為描述目的的使用，并不構成限制)，該方法包括混合樹脂(例如熱塑性人造橡膠)與水的步驟、將混合物引到一擠壓裝置、融化并壓縮樹脂(例如熱塑性人造橡膠)與水的步驟、及擠壓作為泡沫的合成混合物。更具體地，第一數量小球形式的樹脂(例如熱塑性人造橡膠)與第二數量的水混合，并在混合后隨意地浸泡一預定的時間。依照這種技術，由于在擠壓裝置模具內遭遇高的壓力，樹脂(例如熱塑性人造橡膠)內過熱的水是通常的液體狀態。當樹脂離開模具時，其上的壓力減小(例如到大氣)，壓力的減小導致液體瞬間轉變成氣體狀態，因此在熔融的或半熔融的塑料內形成氣孔。隨著氣孔及塑料的增長，如果不加抑制，泡沫的體積增加而密度減小。一層稠密的或非泡沫化的塑料實際上是一層表皮，可以形成在泡沫的外表面，例如在泡沫在外表面上膨脹之前通過冷卻以凝固。
如圖2所示，混合的水及熱塑性的人造橡膠被引到擠壓裝置20。熱塑性的人造橡膠是熔融的、受壓縮的、并與水混合成熱塑性的人造橡膠與水的均勻混合物。混合物通過具有期望形狀的模具22擠壓，其中，水以水蒸氣的形式膨脹以創造泡沫單元(可以是開放的單元、封閉的單元或二者的結合)，這些單元具有熱塑性的人造橡膠的壁，因此形成一個至少部分泡沫化的擠壓物24。此時可以選擇性地形成一個覆蓋擠壓物外部的一部分或全部的表皮。在另一個實施例中，可以通過將第一數量的小球形式的熱塑性人造橡膠蒸汽化增強水保持性，以增加熱塑性的人造橡膠保留的水的數量。例如，保留的水的數量最好在大約3％到6.75％的范圍之間。也可以使用其它的泡沫化技術，例如，使用現有的(art-disclosed)物理或化學起泡劑。
較佳地，擠壓裝置20的模具22排出的擠壓物24是基本完全泡沫化的材料，即使其可以僅僅部分泡沫化。從模具22排出后，將擠壓物按需要的形狀成形。
上面的方法可以與任何其它適合的方法結合或由其它適合的方法替代。例如，也可以使用由Trexel有限公司(Woburn，MA)許可的MuCell方法或它們的結合形成泡沫，該方法通過向基本樹脂添加微毫粘土提高水泡沫方法。這些方法中的任何一個或結合都可以提供泡沫表面的光滑度、張力強度及拉伸性能。
因此，一種替代的較佳實施例設想物理起泡劑(例如通常的惰性物，如二氧化碳、氮、二者的化合物及類似物)，例如提供一種超臨界狀態(例如作為一種超臨界流體)的起泡劑并將其分散(例如均勻地或選擇性地)到聚合物內。通過模具的擠壓，模具最好適合保持狀況(例如壓力、溫度或兩者)以保持至少部分起泡劑溶解，還提供即時地快速的壓力下降率、溶解變化率或兩者。因此制造出微細胞泡沫，例如包括相對大數量細胞的泡沫，這些細胞均勻分布且尺寸一致(例如，直徑大約從1到100微米)。
可以采用任何適合的方式完成成形步驟。例如，可能具有相對的表面，它們中的一個或兩者形成期望的構形，接觸擠壓物以使其塑性變形(例如，擠壓物的溫度仍然處于或接近擠壓物材料的熔點)。在較佳實施例中，擠壓物24的整個外圍幾乎同時成形。
成形可以使用任何適合的加工順序或使用期望的受控的冷卻方案。擠壓物的一部分或全部可能在成形之前均勻地或選擇性的冷卻，較佳地，因此，至少擠壓物的外部是可塑性變形的。例如，可以通過部分冷卻擠壓物及在一個低于熔點的冷卻前的預定溫度下變形來完成。可以通過基本上冷卻整個擠壓物，接著加熱擠壓物的一部分，例如僅僅加熱外部而使其重新交軟以變形來完成。
一個具體的較佳的成形方法是擠壓物依照一個適合的方法例如美國專利第4,789,322號及第4,504,206號中揭示的方法變形，在此特別引用作為參考。可以通過商業途徑從Corma有限公司(Corma，Inc.)獲得用于本發明中的適合的如模具號VO52的機器的一個例子。較佳地，該機器將具有至少大約1米每分鐘的線速度，較佳為至少大約5米/分鐘，更好地為至少大約12米/分鐘，最好為至少大約20米/分鐘。如此，期望產品的數量從大約5到大約30千克/小時或更高，較佳地，可能為大約15到大約25千克/小時。
通常，如圖2例子所示，適合的成形機器26將包括相對的連接板28、繞著鏈輪或其它適合的滾子30旋轉的鏈條或類似物，每一個鏈條包括多個連續移動的模具部32(其可以隨意加熱、可拆除、可與其它的模具部互換、或包括用于切割的鋒利邊緣)。在模具部32之間放置一個擠壓物(例如用一個適合的導引裝置或在位于模具部之間的槽內校直)，連接板28同步前進以傳送擠壓物通過相對的模具部32，于是，擠壓物成形成耳塞的期望形狀(相應于模具部的形狀)，并可例如使用一個適合的刀具34的刀片隨意地切割。一個較佳的方法是在模具部內成形一個腔，該腔基本上接近期望的耳塞的最終形狀。因此，如圖3所示，擠壓物24通過成形機器26即可成形一個耳塞預制品36，該耳塞預制品的尺寸及形狀對應于成形機器的各個模具部。供選擇地，模具部可以裝配適合的幫助成形耳塞的真空管線、用于產品成形時溫度控制的流體管線(例如空氣或水)、或它們的結合。還需要指出的是擠壓物的受控冷卻具有成形表皮的效果，該表皮反過來有助于提高該部分的剛性，使其具有足夠的強度以適于后續的搬運而沒有意外的變形。
成形機器可以緊臨擠壓模具或與擠壓模具間隔開。因此，在成形的過程中可能會產生一些泡沫。如此，在成形過程中，擠壓物的溫度可以通過沿著其管線加熱或冷卻來控制。也可以使用其它類似的連續進料成形機器及技術，因此，本發明不僅僅限于上面的實施例。
如前面所述，將擠壓物分節即可形成單個的耳塞。因此，在成形之前、成形的過程中或成形之后，在各自的端部38至少部分切割耳塞預制品。切割可以使用任何適合的工具實施。例如，模具部的邊緣可以用于切割或合攏耳塞預制品的末端。擠壓裝置可以在成形機器的上游或下游裝一刀片。使用在本發明中的適合的切割機器的一個例子是一個可以通過商業途徑從Harrel公司獲得的拉出器/刀具(例如，一個使用滾子拉出器(ROLLERPULLER)或無爪刀具(NOCLUTCH CUTTER)或兩者結合的機器)。另一種選擇是使用一種適合的模具切割機器(例如，一種如可以從Delta Industrial獲得的旋轉的切割機器)。該切割機器可以選擇使用一種適合的傳感器(例如一種光傳感器)去感應工件預定特征的位置，以觸發刀具切割工件。
也可以按需要采用其它加工步驟，例如，在擠壓過程中，在成形過程中或在這兩個過程中，擠壓物24或耳塞預制品34可以拉長，用熱刀片切割，或兩者以在耳塞的一端或兩端形成表皮。美國專利第4,708,624號及第4,617,849號揭示了可以使用的適合的拉伸切割技術的例子，引用于此以供參照。因此，擠壓物24或耳塞預制品34可以縱向拉伸并在拉伸時橫向切割。在加工的過程中還可能產生火花，當控制整個加工過程及在第一個例子中設備不能避免火花形成的情況，本發明還設計一個排除火花的步驟。
本發明耳塞外表面可以是任何適合的表面結構、輪廓或它們的結合，包括在上面的實施例中所描述的光滑的表面。另外，如圖4所示，耳塞40可以包括形成一個或多個個縱向分布的密封環44的波狀外表面42或其它有效的形狀。盡管為示意目的所示通常為蛋狀，耳塞40可以具有其它適合的形狀。
擠壓物及耳塞預制品主體的部分或全部可以覆蓋一種適合的涂層，例如膠粘層、粉末層、減小摩擦的材料、藥劑(例如殺真菌劑、殺菌劑、或另一種藥)、防腐劑、或它們的結合。它們可以是印在表面上的圖案或文字(例如絲網印刷、激光印刷、熱印或類似技術)。盡管本發明可以適合于更小的耳塞，但較佳的耳塞長度至少大約25毫米。
在一種更佳的實施例中，雖然不是本發明所必須的，一種較佳的耳塞應該具有至少大約10dB的平均衰減水平(符合ANSIS3.19-1974)，且在大約125Hz到大約250Hz的頻率范圍內最好至少達到20db，且在頻率大于500Hz時至少達到20db，最好至少達到35db。本發明更佳的耳塞在頻率大約為3000Hz時至少達到40db的NRR平均衰減水平。因此，雖然也不是本發明所必須的，本發明較佳耳塞的噪聲降低率(NRR)至少大約為5，最好至少大約為15或20，在一個較佳實施例中，耳塞可以具有大約15到40的NRR，最好在大約20到35之間。
選擇的材料的密度足夠使制造出來的耳塞的密度范圍為大約12磅/立方英尺(pcf)到31磅/立方英尺(大約0.2到0.5g/cc)，最好在大約20到25磅/立方英尺(大約0.3到0.4g/cc)的范圍內。另外，在一種較佳的實施例中，耳塞的材料(在未泡沫化狀態)的肖氏硬度(Shore A durometer hardness)在大約60到80之間。
這里的泡沫化材料可以是打開的或封閉的單元材料。在一個較佳實施例中，平均單元的直徑可以從大約0.5微米到大約1微米。例如，平均的單元直徑可以從大約5到大約50微米。當然，也可以更高或更低。在一個較佳實施例中，全部單元中體積的至少大約50％，最好至少大約體積的65％是封閉的單元。泡沫化的耳塞可以有表皮或沒有表皮。它們可以具有連續的或均勻的密度，或密度梯度。較佳地，使用的材料具有足夠的柔韌性及彈性，使使用者能夠壓縮該材料以插入耳朵內并在插入后膨脹，從而將耳塞保持在耳朵內。因此，耳塞的材料具有相對低的壓縮應變及相對低的負荷/變形。
成形耳塞的較佳材料是低密度的熱塑性人造橡膠材料，例如熱塑性聚烯烴/乙烯-丙稀(PEP或EPDM)、熱塑性塊共聚物/苯乙烯-丁二烯(SBS)及苯乙烯-異戊二烯(SIS)、熱塑性聚酯、熱塑性聚亞安酯(PU)/聚酯/聚醚、熱塑性硫化橡膠(例如包括硫化石蠟橡膠與熱塑性石蠟樹脂的混合物)、聚乙烯(乙烯基酯)(例如化學膨脹的)、熔化的適合加工的橡膠、聚酰胺塊、熱塑橡膠、及黏彈性的聚亞安酯。也可以使用Santoprene熱塑橡膠(例如，由Advanced Elastomer Systems所銷售的123-52W242或X123-48W242標號)。另外，可以使用其它的熱塑性的泡沫(例如，包括聚苯乙烯、乙烯-乙烯基-醋酸鹽、聚烯烴、交聯的聚烯烴如交聯的聚乙烯、聚氯乙烯及類似物)。也可以使用添加劑來控制單元的尺寸。例如，毫微粘土顆粒可以與塑膠(例如，熱塑人造橡膠如熱塑性的硫化橡膠)結合。同樣地，也可以使用上述塑膠材料的混合物。
在一個希望低摩擦表面的實施例中，耳塞的至少一部分外表面覆蓋有低摩擦涂層，該涂層可以是粉末、打蠟、涂油、或平滑的聚合體(例如含氟聚合物、高密度聚烯烴(例如，HDPE)、含硅化合物(例如，有機硅化合物)及類似物。涂層材料可以乳化或散布在液體中以方便涂層工藝。替代性地，例如，當使用聚合體涂層時，其可以與泡沫化的熱塑性塑料一起擠壓。也可以使用其它適合的涂層技術如浸漬、刷光、幕式淋涂、噴涂、刷涂料、或類似的方法。也可以使用其它有機的或無機涂層。也可以使用添加劑或強化物與耳塞的表面結合，如著色劑、穩定劑、填料、或其它現有的添加劑。
本發明的耳塞可以在制造點(例如制造車間)或遠離制造點的包裝地點(例如批發或零售場合)包裝。因此，本發明的一個實施例的多個耳塞的制造方便耳塞從制造點到銷售點的運輸。因此，在本實施例中，耳塞(例如，至少部分地在它們的末端連接)擠壓形成直的或盤繞的(例如繞著一個核心盤繞)材料的連續長度，其隨后可以切割成單個的耳塞或成對的耳塞(例如，部分切割以方便將成對的耳塞分離成單個的耳塞)，所述成對的耳塞可以由最終的用戶分離開。在這些操作中，可以使用適合的搬運設備，例如堆疊的冷卻搬運機以允許冷卻，而沒有不受控制的塑膠變形。擠壓物可在搬運機的末端置于一個核心上并盤繞。
依照本發明制造的耳塞可以單獨提供或作為成套產品中的一部分與其它的產品結合。例如，一套產品可能包括本發明的耳塞連同眼睛遮蓋物(例如，眼鏡、護目鏡、眼罩、或類似物)、一個或多個用于個人衛生的化妝品、頭部遮蓋物、攜帶式儀器箱、通氣管、面罩、防護服、安全帽、鋼趾靴、用于將耳塞連接到單一裝置的帶子、發光體、反射安全服、或這些產品中的至少兩個的結合。
因此，本發明的耳塞可以由建筑工人、音樂家、音樂會參加者、火器射擊場使用者、航空乘客、重設備操作者、工廠工作人員、汽車或汽艇賽手或觀眾、飛機場工作人員或類似的人使用。
在此教授的方法并不限于僅僅制造耳塞，而可以延伸到制造其它泡沫化的熱塑性產品，例如(不限于)帽子、插頭、鞋、夾子、吊鉤(例如用于線束或流體線路)接合件、管件固定器或其它的零部件(尤其是希望具有中空核心的零部件)，這些零部件可以通過移動模具或在擠壓裝置模具的下游的其它的模具部由一個擠壓的輪廓模塑。
本發明還提供可以用于制造成形的聯合擠壓物品的方法。因此，在一個實施例中，在擠壓模具下游的一個操作中成形一個聯合擠壓物。
附圖中確定的尺寸及材料是用于示意的目的，且可以根據本發明技術的應用而變化。盡管本發明包括附圖中的特定特征，但本發明并不限于這些特定的特征。
在上面的例子中所描述的實施例構成了本發明原理的實例。本領域的技術人員可容易地進行許多替代設計而不脫離本發明的權利要求的范圍。
權利要求
1.一種用于成形泡沫化的熱塑性的耳塞的方法，其特征在于，包括以下步驟a)擠壓熱塑性材料的泡沫化主體；b)成形泡沫化的熱塑性材料；及c)至少部分地分離已經成形的材料，以形成單個的耳塞。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述擠壓的步驟包括水泡沫擠壓，或在物理起泡劑的情況下擠壓，在毫微粘土的情況下擠壓，或在它們的共同作用下擠壓熱塑性材料的泡沫化主體，所述成形泡沫化的熱塑性材料的步驟包括將擠壓的泡沫化的熱塑性材料塑性變形。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的熱塑性材料是管狀的熱塑性人造橡膠；所述將擠壓的泡沫化的熱塑性材料塑性變形的步驟形成一連串的鄰接的耳塞預制品，每一個耳塞預制品具有一個中空的核心。
4.如權利要求1或2述的方法，其特征在于，所述熱塑性材料是熱塑性人造橡膠。
5.如權利要求1到4中的任何一項所述的方法，其特征在于，所產生的物品包括波狀的外表面。
6.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述泡沫化的主體是管狀的，且產生的耳塞具有一中空的核心。
7.如權利要求1到6中的任何一項所述的方法，其特征在于，所述泡沫化主體的單元直徑尺寸在大約5到50微米的范圍內，且產生的物品具有一中空的核心。
8.如權利要求1到7中的任何一項所述的方法，其特征在于，所述產生的物品是包括桿部及球根狀部的耳塞，球根狀部是可以自己坍塌的。
9.如如權利要求1到8中的任何一項所述的方法，其特征在于，所述成形的步驟包括在擠壓物的變形前選擇性地冷卻擠壓物。
10.如如權利要求1到9中的任何一項所述的方法，其特征在于，所述的物理起泡劑以超臨界的狀態混合到熱塑性的材料中。
11.按權利要求1到10中任何一項所述的方法制造的耳塞。
全文摘要
一種用于成形泡沫化的熱塑性的耳塞的方法，包括以下步驟擠壓熱塑性材料的泡沫化主體(10)以形成擠壓物(24)；在適合的成形機器(26)中成形泡沫化的熱塑性材料；及用適合的刀具(34)至少部分地分離已經成形的材料，以形成單個的耳塞。
文檔編號A61F11/08GK1684809SQ03822978
公開日2005年10月19日 申請日期2003年9月9日 優先權日2002年9月27日
發明者詹姆斯·T·利根一世, 杰弗里·C·劉易斯 申請人:利根兄弟制造