CN103283263A - 通过粉末注射成型制成的助听器壳体 - Google Patents

Abstract

在用于制造助听器的方法中，该助听器包括一个壳体，该壳体使用粉末注射成型技术（PIM）至少部分地由金属或陶瓷部件制成，在壳体（1）内，至少一个聚合物材料制成的附加元件（3）被布置用于将功能部件（5,7,13）安装在壳体（1）内或壳体处，以降低PIM部件的复杂度和/或补偿由PIM工艺造成的任何容限。

Description

通过粉末注射成型制成的助听器壳体

本发明涉及一种根据权利要求1所述的制造包括一个至少部分由金属或陶瓷部件制成的壳体的助听器的方法，更进一步，涉及一种包括至少两个使用PIM技术制成的金属或陶瓷部件的助听器。

目前，助听器壳体几乎唯一地由塑料材料制成。为了获得产品差异化和高价值吸引力，使用了各种方法和技术。

借助于颜料对塑料树脂着色或将彩漆应用于塑料壳体是最常采用的方法。

例如，以下技术可被用于产品差异化，诸如水转印、热压印、镀锌（可针对塑料制品的限定选择）、激光构造表面、移印、模内装饰、膜嵌入成型（FIM）、粘性箔或粘性胶、3D升华印刷（3D-sublimationprinting）的应用。

为了获得具有高科技外观和有特色的真正的金属表面修饰，可施加等离子气相沉积（PVD）涂层。但是，这些层非常薄，且为了耐环境，通常需要用面漆进行保护。由于金属层的厚度有限，因此与皮肤接触，所述部件也不会感觉像金属。塑料的低热导率将一直占主导地位。

获得真正的金属表面的另一个方法是相对厚的金属箔（>50μm）的膜后注射成型，产生了聚合物金属复合物。这在WO2008/015296A2中描述。采用这种方法，可获得类似于全金属部件的“凉的触摸效果”。但是，金属箔的可实现的变形被限制于相对大的半径，且复杂的形状是不可能的。

通过使用基于碳氢化合物的涂层，例如，可在适度温度下施加在某些塑料制品上的等离子辅助的类金刚石DLC沉积物，可获得陶瓷状外观。但是由于厚度仅在几微米范围内，因此这种涂层也会有塑料触感。

除了那些，在助听器工业中，功能性金属涂层也是公知的。它们主要被用于高频辐射屏蔽且通常被施加在壳体部件的内侧，这就意味着这种涂层明显不是用于装饰性目的。

为了获得比以上提及的实施例远远更高和更多的独有价值，助听器壳体应完全由金属或陶瓷材料(固体金属或陶瓷部件)制成。另外，助听器的整体外观应主要是金属或陶瓷材料，这就意味着不是仅壳体的一小部分由相应的材料制成，而是壳体大部分由金属或陶瓷制成。

三维金属或陶瓷部件常规地通过机械加工制造。这允许非常紧密的容限，但是对于内表面有复杂结构的小部件，在部件复杂度方面非常受限。另外，对于大量制造的助听器壳体，该制造方法的高成本常常是不可接受的。

例如，在WO0045617A2中描述了一种完全由金属（钛）制成的助听器的壳体实例。该壳体包括线（thread）和O形环，且明显通过机械加工制造。由于用于金属壳体的使用，给出了高机械强度和屏蔽特性。

制造复杂金属或陶瓷部件的另一个可能是粉末注射成型（PIM）技术。对于较大数量和更复杂的三维形状，这种技术比机械加工可实现的更具有成本效益。

金属注射成型（MIM）和陶瓷注射成型（CIM）——通常被称作PIM——基本包括以下工艺步骤：

-原料（高度填充有完好的金属或陶瓷粉末的塑料树脂）的制备。

-注射成型工艺。这与塑料注射成型非常相似。但是，由于原料的高耐磨性，必须使用不同的工具材料。这种成型的部件被称作“绿色部件（green part）”且非常易碎。在某些情况下，在该阶段已经完成后续的机械加工。

-去粘合剂工艺（热方法或化学方法）。在该步骤中，塑料粘合剂被从部件中除去。部件现在被称作“棕色部件”(“brown part”)。

-烧结工艺。部件在烧结炉中以低于其熔点的温度被加热，直到粉末颗粒彼此粘结。在该工艺中，部件收缩了约20%至30%。

-精整工艺，诸如机械加工、抛光和加标签（激光雕刻）都在烧结状态中完成。

采用PIM工艺制造的部件已经在关于助听器的背景技术下被公开:例如，DE102006062423A1公开了一种听力仪器，该听力仪器具有一个壳体以及一个在该壳体内或附接至该壳体的声音传导部件。所述壳体和/或所述声音传导部件的至少一部分由注射成型陶瓷材料制成。但是，没有涉及如何采用解决材料特性和制造工艺限制的PIM技术设计助听器壳体。

EP1988744A1描述了一种将声音钩（sound hook）连接至助听器的连接元件。所述连接元件是一种粉末注射成型部件（金属或陶瓷）。粉末注射成型的使用明显是由金属或陶瓷材料的高机械强度促成的。没有给出如何设计使用粉末注射成型制造的助听器壳体的详细信息。

根据WO05/062668A1，可由金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、或这些材料的一些组合来制成一种BTE壳体。仅在说明中给出了关于不同材料的综述，所述材料可被用于助听器壳体。没有给出如何机械设计金属或陶瓷壳体的详细信息。

金属或陶瓷壳体也被用在其它工业中，诸如通信设备和计算机设备。在US07724532中描述了一个实例，其中带有透放射线壳体的便携式计算设备由陶瓷制成。

针对对于诸如与传统聚合物材料（例如ABS、ABS-PC或尼龙）相比在其各种色彩和表面装饰中具有优越的生物相容性和高耐环境的价值差异和客观益处具有高科技诉求的材料的探究，促成用于助听器壳体的金属（例如钢或钛）或陶瓷（氧化锆、氧化铝、氮化硅）材料的使用。

为了保持高价值吸引力，助听器壳体优选地大部分由相应的金属或陶瓷材料制成。如果壳体只有一小部分由金属或陶瓷制成，则这这会极大地降低设备的主观价值外观。

助听器有非常特定的要求。微型化、功能性和可靠性都对助听器部件和材料提出高的要求。对于已知的典型助听器设计，壳体部件需要满足非常紧密的容限，以确保设备的高度集成的功能性、可靠性能、声稳定性和耐环境性。此外，壳体部件必须对于长时间皮肤接触是可生物相容的。对于带有无线通信接口的助听器，壳体也必须是透放射线的。

因此，设计大部分由陶瓷或金属材料制成的助听器壳体是非常有挑战性的，且必须找到特定的设计方案。由于经济原因，制造这些部件的唯一方法是采用粉末注射成型（PIM）工艺。与机械加工或压制法相比，这种制造工艺允许较高的设计自由度。但是，与塑料注射成型相比，设计自由度极大地降低。例如，限制了最小壁厚、壁厚转变必须平滑、不可强制脱模、限制了纵横比。

在烧结工序期间部件的高收缩(20%至30%)导致关于尺寸精度的大的限制。用塑料注射成型制造的助听器壳体的尺寸容限范围通常比用PIM工艺制造的相同部件精确3到10倍。因此，在烧结之后没有耗时和昂贵的机械再加工的情况下，壳体部件之间较大的间隙是不可避免的，因此是不被考虑的。

陶瓷/金属和塑料材料之间的另一个重要不同是更高的刚度和更低的可变形性。塑料部件总是表现了一定程度的张弛，允许在组装设备中带有预应力部件的机械设计。这对于彼此相邻的陶瓷或金属组件是不可能的。

采用PIM工艺制造的助听器壳体部件的受限的设计自由度、更宽的容限和非张弛特性使得不同的机械设计方法考虑到这些缺点。

因此，本发明的一个目的是描述一种如何设计具有高价值吸引力且其外观以真正的金属和/或陶瓷材料为主的助听器壳体的设计方案，所述助听器壳体是由粉末注射成型（PIM）工艺制造的。

另一个目的是公开了考虑到金属和陶瓷的材料特性以及考虑到由粉末注射成型工艺产生的限制而如何满足助听设备的特定要求。

因此，提出了一种根据权利要求1的制造助听器的方法，所述助听器包括一个壳体，所述壳体使用粉末注射成型技术至少部分由金属或陶瓷的部件制成。

通过制造助听器的壳体，提出了在壳体内部，至少一个由聚合物材料制成的附加元件被布置用于在助听器壳体内部或壳体处安置任意功能部件，以降低PIM部件复杂度和/或补偿由PIM工艺造成的任何容限。例如，这些功能部件可以是电子部件，诸如接收器、集成电路、传声器、用户控制元件等。

为将PIM工艺制成的陶瓷或金属壳体部件的特性与助听器的要求结合，在发明方法的其他实施方案中提出了例如其他特定解决方案。

根据一个实施方案，提出了壳体设计的至少主要部分具有管状横截面。

此外，根据另一实施方案，提出了使用由聚合物材料制成的分立框架将电子部件安置在壳体内部。

此外，另一个实施方案提出由所述附加元件/或另一个由聚合物材料制成的附加元件承载辅助部件，诸如传声器保护部和/或声音端口、用户控制元件等。

至于聚合物材料，通常在助听器工业中使用的任何类型的合适聚合物材料都是适当的,优选地使用热塑性聚合物和/或弹性体聚合物，这些例如是耐汗的。

根据本发明方法的另一个实施方案，提出了为组装助听器或助听器壳体，紧固元件（例如销、椎体、扣合元件等）和相应的配对件一起使用，以固定所述紧固元件，所述紧固元件优选地由聚合物材料制成。

此外，提出至少两个陶瓷或金属部件被用于助听器的壳体，其中由聚合物材料（例如橡胶等的弹性材料）制成的中间部件被用于确保所述至少两个部件之间的无应力连接。此外，在从属的权利要求中描述了本发明方法的实施方案。

此外，根据权利要求13，提出了包括至少两个金属或陶瓷部件的助听器。所述至少两个金属或陶瓷部件是使用PIM技术制成的，其中至少一个附加元件被布置在壳体内，用于安置功能部件，以降低PIM部件的复杂度和/或补偿由PIM工艺造成的任何容限。

根据一个实施方案，PIM部件彼此相对可移动。

此外，在其他从属权利要求中描述了本发明助听器壳体的其他实施方案。

通过实施例以及参考附图，进一步描述了本发明。

附图说明

图1示出了助听器壳体的管状设计的立体图和横截面图，

图2是根据本发明的具有被安置在壳体内部的功能元件的助听器壳体的立体图，

图3是具有连接至聚合物部件的PIM制得的部件的电池门的立体图，

图4是与所谓的抗压肋组装的助听器的一部分的横截面图，

图5示出了粘结剂结合的电池门的俯视图，

图6根据本发明带有一个集成弹簧的聚合物元件的横截面图，以及

图7带有集成的传声器保护部和声音端口的助听器壳体的俯视图。

由于助听器通常尺寸小，因此壳体壁的厚度必须尽可能薄。当使用具有相对低的断裂伸长率的材料（例如烧结陶瓷或金属）时，部件自身的结构必须是刚性的，这是因为由于空间和尺寸的限制，增加壁的厚度通常是不可能的。因此，如图1示出的，带有管状横截面的壳体设计1是为得到刚性结构的一个合适的解决方案。

当与塑料注射成型制造的部件相比时，PIM技术制造的部件经受了相对大的容限。此外，可获得的PIM部件的复杂度相当地受限。具体而言，因为材料开裂的风险，陶瓷部件不允许采用易碎的结构。克服这些限制的方法是特定设计的塑料部件与金属或陶瓷部件的结合使用。

如图2示出的，在助听器壳体1中，有必要将电子部件安置在精确限定的位置。由于以上提到的限制，PIM部件是不可能的。这可通过将电子部件安置在分立框架7中来解决，分立框架7优选地由塑料材料制成以更精确地定位。所述框架也可补偿容限和在用户意外将设备掉下的情况下允许加速力的某些吸收。在PIM壳体部件内或安装至PIM壳体部件的附加塑料部件3可被用于支承诸如传声器保护部和/或声音端口5/13或用户控制元件（诸如程序开关或音量控制）的辅助部件。

需要像销9、椎体、扣合元件的紧固元件来组装助听器。除了某些金属，PIM材料的大容限和低延展性不允许实现压合或扣合连接。因此，需要一种用于固定紧固元件的聚合物配对件。

在助听器壳体由两个以上的陶瓷部件构成的情况下，例如，包括两个半球壳（half-shell）的壳体，由于材料的非张弛性导致的预应力组装的可能性，两部件之间的直接接触是关键的。在设备的使用过程中这可能导致裂纹形成。此外，陶瓷壳体部件之间接触面的紧密密封几乎没有可行性。由塑料或橡胶制成的中间部件可确保两个陶瓷壳体部件之间紧密且无应力的连接。

金属注射成型部件是导电的，因此需要通过使用漆、涂层或其他非导电封装与电子部件、线和电池触点以及电池自身隔离开。

通过在电池门内设计一个能接合助听器的主壳体内的配对件或内部电子模块的扣合元件，实现了用于助听器的锁住电池门的典型机械方案。由于陶瓷或金属材料的明显较高的刚度和低的延展性，不能用陶瓷或金属部件实现该功能。为了仍实现包括一个陶瓷或金属部件的扣合电池门，如图3示出的，由塑料制成、带有集成的扣合元件21的配对件17可集成到电池门和/或壳体部件和/或内部电子模块。该配对件17可通过紧固元件、扣合、粘结剂结合、焊接或压合连接至PIM部件19。

由于与注射成型塑料部件相比PIM部件的大的容限范围，如图4示出的，在壳体部件1和19之间可产生宽间隙20。在大多数情况下，处于技术原因，为了避免出现诸如听觉不稳定性、可靠性或组装问题，有必要一定程度地减小或补偿这些间隙。

为了确保一个PIM部件1和一个塑料部件3无浮动连接，可向塑料部件3添加抗压肋23。这些抗压肋允许在用较小的力组装过程中变形。如图4示出的，变形的抗压肋会调整并固定被组装的部件之间的距离。

如图5示出的，为了填充与间隙有关的容限并将PIM部件连接至一个塑料部件或一个第二PIM部件，原理上可使用粘结剂结合。粘结剂连接可被设计用可变的粘结剂间隙27补偿产生的尺寸差。也可使用粘结剂密封已经连接的部件。

如果使用粘结剂结合将PIM部件连接至其他PIM或聚合物部件，则所述PIM部件在结合前受到激光处理，以增加表面粗糙度，且因此提高粘结剂结合的强度。

用PIM部件补偿更大的容限范围的另一方案是使用具有弹性结构31的塑料部件3。塑料部件3被设计成具有一体式铰链或弹簧31，且在没有不可逆变形的情况下适配于陶瓷或金属部件。

如图7示出的，通过将传声器保护部和/或声音端口直接集成在陶瓷或金属壳体部件中，能减少部件数目。典型的传声器开口非常小，且分成数个孔或槽。在PIM成型过程中，仅简单的开口能直接集成进部件。在PIM过程之后，通过激光或常规铣削和钻孔能集成更复杂且非常细小的开口。

助听设备的另一个要求是长时间的耐环境性。特别是已知强腐蚀性的人类汗液一旦进入壳体内部与敏感的电子部件接触就会严重影响助听器功能。并且，汗液会侵害助听器电池，导致电池腐蚀和污染电池盒。与塑料相比，陶瓷和金属都是具有高表面能的材料。这导致不同的润湿行为：诸如水或汗液的高能液体会很快润湿金属和陶瓷。通过沉积疏水性涂层可解决这个问题。这种处理将极大地改变表面能，由此完全改变下面的金属或陶瓷的润湿特性。一般的涂层要求是与水的接触角大于90°（优选地大于95°）、抗机械磨损、抗环境影响（诸如低pH（汗液）、脂肪物质（皮肤、防晒霜）、紫外线照射及酒精清洁剂。对于高度抛光的金属或陶瓷部件，所述涂层必须非常薄（<50nm，优选地<30nm）。

基于硅或氟的化学物质可用作金属或陶瓷部件上的疏水性涂层。涂覆工艺可以是气相工艺（具有或不具有等离子），或基于液体的涂覆（喷涂、浸渍、刷涂）。如果陶瓷或金属部件预先接合至需要涂覆的塑料部件，则工艺温度应不应超过相应聚合物材料的玻璃转化点。

此外，涂层应该是长时间皮肤接触生物相容的（无毒、无刺激、无致敏）。

此外，为了商标和产品名称的标识，要求助听器壳体有某种标记。可采用诸如移印和激光雕刻这些不同的技术标记陶瓷和金属壳体。为了强调高价值吸引力，激光构造是优选的方法。这种方法也可用于序列化的目的。

本发明不限于附图中示出的实施例以及上文相应的描述。附图的基本思想是给予本发明更好的理解。根据本发明，可通过使用PIM技术以简单且成本低的方式制造助听器，具体地制造具有金属和/或陶瓷外观的助听器壳体，但仍考虑了助听器的高质量要求。

Claims (19)

1.用于制造助听器的方法，该助听器包括一个壳体，所述壳体使用粉末注射成型技术（PIM）至少部分地由金属或陶瓷部件制成，其特征在于，在所述壳体内，至少一个由聚合物材料制成的附加元件被布置用于在所述壳体内或在所述壳体处安置功能部件，以降低PIM部件的复杂度和/或补偿由PIM工艺造成的任意容限。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，壳体设计的至少主要部分具有管状横截面。

3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，使用由聚合物材料制成的分立框架，将所述电子部件安置在所述壳体内。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特点在于，所述附加元件和/或由聚合物材料制成的另一附加元件支承辅助元件，诸如传声器保护部和/或声音接口、用户控制元件等。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，为了组装助听器，紧固元件，诸如销、椎体、扣合元件，与相应的配对件一起使用，以固定所述紧固元件，其中所述配对件优选地由聚合物材料制成。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，至少两个陶瓷或金属部件被用于助听器的壳体，至少一个由聚合物材料制成的中间部件用以确保所述至少两个部件之间的无应力连接。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特点在于，在使用金属注射成型部件的情形中，非导电漆（涂层或另一非导电封装部件）被施加至该金属部件，以确保该金属部件与电子部件隔离。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，电池门包括一个陶瓷或金属盖和一个由聚合物材料制成的配对件，所述配对件集成在电池门中以支撑电池，所述配对件通过紧固元件、扣合、粘结剂结合、焊接或压合连接至通过PIM制成的所述陶瓷或金属盖。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，在两个或更多个金属或陶瓷壳体部件由PIM技术制成的情况下，壳体部件之间可产生宽的间隙，通过在所述至少一个附加元件处布置抗压肋可补偿所述宽的间隙，所述抗压肋可调整并紧固组装的金属或陶瓷部件之间的距离。

10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在聚合物部件被连接至金属或陶瓷部件的情况下，通过粘结剂结合实现所述连接，所述粘结剂结合也可被用于密封已连接的部件。

11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加元件被设计成具有一体式铰链或弹簧，该一体式铰链或弹簧被用作弹性结构且通过金属或陶瓷部件补偿更大的容限范围。

12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，所述金属或陶瓷部件被疏水性涂层涂覆，所述疏水性涂层诸如基于硅或氟的化学物质，所述涂层通过气相工艺、基于液体的涂覆等而被施加。

13.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，通过诸如激光或常规的铣削和钻孔，将所述传声器保护部和/或声音端口直接集成在陶瓷或金属壳体部件中。

14.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，通过激光雕刻工艺，所述壳体被标记或序列化。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，为了增加表面粗糙度，所述PIM部件在结合工艺前经受激光处理。

16.助听器，包括至少两个由粉末注射成型技术（PIM）制成的金属或陶瓷部件，其中至少一个附加元件（3）被布置在所述壳体（1）内部，用于安置功能部件（5,7）,以补偿由PIM工艺造成的任意容限。

17.根据权利要求16所述的助听器，其特征在于，所述至少两个金属或陶瓷部件彼此相对可移动。

18.根据权利要求16和17之一所述的助听器，其特征在于，所述附加元件由聚合物材料制成，例如热塑性聚合物。

19.根据权利要求16至18之一所述的助听器，其特征在于，电子部件被布置在一个由聚合物材料制成的分立框架（7）中。

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