CN102440000B - 防溅声阻盖组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种外壳开口的声阻保护盖组件，所述外壳将封闭空间与周围空间隔开，具有朝向周围空间的外露面和朝向内部空间的内向面。所述盖组件包含设置在外壳外露面上的声阻多孔材料和设置在外壳内向面上的声阻斥水材料。

Description

防溅声阻盖组件
背景技术
电子器件，如移动电话、传呼机、收音机、助听器、头戴式耳机、条形码扫描仪、数字照相机等，都在声换能器(如铃、扬声器、麦克风、蜂鸣器、扩音器等)上面的位置设计了具有用于传声的小型开口的封闭物(或外壳)。
声盖位于开口上方，以防止换能器受灰尘和喷雾的损害。已知包含微孔膜和无孔薄膜的声盖提供了防雾、防尘保护；但是，这些材料具有高声阻率，从而降低了某些应用中传声的质量。虽然用多孔织物、纺织材料和无纺材料制成的已知保护盖具有较低的声阻率，因而传声质量较高，但这些材料不能充分防范液体喷雾。因此，需要一种具有低声阻率、能够充分防范喷雾和灰尘的声盖。
发明内容
一方面，本发明提供了一种声阻盖，其具有包含多孔材料的第一层和包含多孔材料的第二斥水层，其中第一层与第二斥水层之间存在空间。
另一方面，本发明为封闭物开口提供了一种声阻盖，所述封闭物将封闭空间与周围空间隔开，所述声阻盖包括靠近周围空间的具有声阻多孔材料的扩散层，以及靠近封闭空间的具有声阻多孔材料的斥水层。
又一方面，本发明为外壳开口提供了一种声阻盖，所述外壳将封闭空间与周围空间隔开，具有朝向周围空间的外露面和朝向内部空间的内向面，所述声阻盖包含位于外壳外露面上的声阻多孔材料和位于外壳内向面上的声阻斥水材料。
再一方面，本发明提供了一种防水封闭物，其包括限定出封闭物内的内空间和封闭物外的周围空间的外壳、外壳内的开口以及声阻盖组件，所述声阻盖组件包括靠近周围空间的具有多孔材料的扩散层和靠近内空间的具有声阻材料的斥水层，其中扩散层与斥水层之间存在空间。
附图说明
图1是移动电话前壳的外部视图，它具有覆盖开口的防溅声阻盖组件。
图2表示声阻盖组件的一个实施方式的剖面图。
图3是声阻盖组件的另一个实施方式的剖面图。
图4是声阻盖组件的另一个实施方式的剖面图。
图5表示溅水测试中使用的测试装置。
具体实施方式
本发明涉及用于声换能器的声阻盖组件。更具体地，本发明能够利用具有低声阻率的高孔材料可靠地防范水雾和灰尘。本文所述的声阻盖组件提供了溅水防护和低声阻率的新型组合。
图1显示了具有小型开口11的移动电话前壳10的外部视图。所述开口在电子换能器与环境之间提供了声音通道。开口的数量、大小和形状可以变化。其他开口设计包括狭缝或不同数量的圆形开口。声阻盖组件14安装在开口上，盖住整个开口。盖组件可装在外壳内侧或外侧。
图2示出声阻盖组件的一个实施方式。该组件包括靠近封闭物的声阻多孔斥水层32和靠近周围空间的声阻扩散层34。封闭物壁22的开口20用声阻盖组件24覆盖。盖组件24将封闭物28内部空间与周围空间30隔开。用双面粘合剂26使盖沿其周边固定。虽然图中显示的是粘合环，但盖组件也可通过其他各种途径附着到外壳上。例如，包含两个声阻层的盖组件可用已知的热压附着方法组装，包括但不限于热焊接、超声焊接、RF焊接等。该组件可直接焊接在封闭物壁的开口上。盖组件也可注射模塑到塑料包封帽上，然后将塑料包封帽附着到封闭物壁的开口上。组件也可设计成“系留形式”，其中组件沿其周边保持系留在两个粘性支持系统之间。
盖组件的各层均是声阻材料。声阻材料是高孔性开孔材料，具有低气流阻力。较佳的是，声阻材料的气流阻力小于500瑞利。更佳的是，所述材料的气流阻力小于250瑞利，最优选小于150瑞利。合适的声阻材料的例子包括但不限于泡沫材料、无纺材料、纺织材料、针织材料、平纹织物材料(scrim)和网状材料。这样的材料的标称孔径一般大于5微米。这些材料可用许多聚合物制成，所述聚合物包括但不限于聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯)、聚酰胺、聚氨酯、聚酯或含氟聚合物(如PTFE、PFA、FEP、PVDF)。也可采用US6,932,187中所述的带孔声阻金属箔。
最外层是扩散层。扩散层的作用是减小雾水撞击斥水层的速度。为扩散层选择合适的材料时，需要考虑空气渗透率、孔隙率、模量和层厚度。扩散层可参考斥水层和喷雾刺激(challenge spray)来选择。当具有低进水压力的斥水层处于高速喷雾下时，可能要求扩散层大幅度减小水速。具有高进水压力的斥水层对扩散层的要求可能较低，但这种材料通常具有高声阻。因此，扩散层应具有合适的弯曲率、模量和厚度，以充分减小喷雾速度，从而防止雾水在溅水测试中渗透斥水层。
可将该层置于具有考验性压力和速度的水雾流中，根据经验手段选择扩散层。合适的扩散层应充分减小水速，以应对给定的考验。在多数应用中，若从扩散层出来的水呈水滴形式，则扩散层充分降低了水速。这种水滴在斥水层中应具有足够低的速度，以免水渗透。
扩散层可用弯曲材料制造，如网状泡沫材料、纺织材料、无纺材料、平纹织物材料、针织材料和织物材料。可采用具有开孔的材料，这些开孔相互连接成网络或孔道。本领域已知的间隔织物也可用作扩散层。间隔织物包含利用多种间隔纤维彼此隔开的上下织物层，所述间隔纤维作为层间的小支柱。较佳的是，扩散层用适应性材料制造，以利于安装到封闭物中。扩散层可用聚合材料制造，如聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯或含氟聚合物如PTFE、PFA、FEP、PVDF，或者也可采用无机氧化物、金属、熔融氧化硅和金属化泡沫层。扩散层可包含类似材料或不同材料的叠层或层。
扩散层可提供额外的益处，如防风噪声，从而进一步改善换能器的声性能。
斥水层用作水滴或低速水的屏障，防止低速水渗透盖组件。因为扩散层降低了雾水速度，所以斥水层可具有更开放的结构，该结构的声阻低。
然而，多孔斥水层的进水压力至少为0.1psi。斥水层可用聚合物材料制造，如聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯或含氟聚合物如PTFE、PFA、FEP、PVDF，或者用无机氧化物如二氧化硅制造。斥水层也可包含类似材料或不同材料的叠层或层。
斥水层具有疏水表面。也可使此层疏油(斥油)，以提高其对表面张力较低的液体的排斥性。已知的斥水材料和斥油材料以及相关方法是本领域熟知的，其中一些见述于美国专利第5,116,650号、第5,462,586号、第5,286,279号和第5,342,434号。
在一些方面，在扩散层与斥水层之间提供间隙可能是有利的。所述间隙能提供减小斥水层表面上携带的水的速度的另一手段，能帮助排水，或者改善水的入射角度。不受限于理论，研究发现，以相互接触的方式层合起来时不能作为良好的阻水层的材料，当在这些层之间提供间隙时，事实上就能阻止水雾进入。较佳的是，所述间隙不能影响声性能。
图3呈现了本发明的另一实施方式。声盖组件54借助双面粘合剂56盖住封闭物壁52的开口50。组件54将封闭物58内部空间与周围空间60隔开。
该组件包括被间隙62隔开的两个声阻多孔层。第一层66是扩散层，包含声阻多孔材料。可任选使此层斥水或斥油。第二层68包含声阻斥水多孔材料。间隙可通过在两个多孔层66与68周边提供间隔物64来产生。在选择间隔物的合适厚度时，不仅要考虑所需间隙，而且要考虑多孔层66的硬度、孔隙率、厚度和弯曲率以及多孔层66未受支撑的面积。较佳的是，为间隔物选择合适的厚度和材料，以在扩散层与斥水层之间提供大于1毫米的最小间隙；更佳的是，选择的间隔物，以提供大于1.5毫米的最小间隙。
能在斥水层与扩散层之间保持间隙的任何材料或设计均可选作间隔物。间隔物可成形为环状，或者成形为其他形式，当其置于两个声阻多孔层之间时能维持间隔。合适的间隔物包括无孔材料，如软质弹性材料、粘合剂或发泡弹性体(如硅橡胶和硅橡胶泡沫材料)。也可采用其他聚合物泡沫材料。闭孔聚氨酯泡沫材料是优选的间隔物。粘性间隔物可以是热固性塑料或热塑性塑料，包括丙烯酸类、硅酮、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚氨酯聚合物。可以采用双面粘合剂间隔物。
在图4所示的一个实施方式中，一对带孔元件75被间隙62隔开。暴露于喷雾环境的第一层是用作扩散层的带孔元件，其作用是减小水雾速度。第二层也可以是带孔元件。第一层可用非渗透性材料制造，如金属箔或聚合物片。穿孔的尺寸和分布可以变化，并且可通过本文所述方法根据给定的喷雾刺激凭经验确定。第二个带孔元件必须具有斥水表面。这样，从第一层出来的水具有足够低的速度，形成珠子，从第二斥水层表面流走。在此实施方式中，必须有间隙保证良好的声性能。若消除间隙，则穿孔对不齐时会降低声性能，而穿孔对齐时又可能减小对雾水的水阻力。
测试方法
气流阻力
瑞利是样品阻碍气流的量度单位。在空气流速固定为10scfh(标准立方英尺/小时)的条件下测量通过样品(直径为4厘米)的压降(ΔP)。利用以下方程式将压降转换为瑞利单位：
对于声阻材料，气流阻力与声阻率直接相关。
进水压力
进水压力是测量水侵入材料的测试方法。将测试样夹在一对测试夹具之间，下面的夹具能够对含水样品的一部分施加压力。在样品顶部放一张pH试纸，用作证明水进入的指示物。然后以较小的压力增量对样品加压，直至观察到pH试纸改变颜色。记录相应的突破压力或进入压力，作为进水压力。
防尘测试
采用国际电工委员会(IEC)的出版参考物60529，2.1版，(2001-02)中第5.2节所列程序。
溅水测试
此项测试是参考国际电工委员会(IEC)为说明IPX4防水标准而开发的测试方法建立的。IEC从属于国际标准化组织(ISO)，出版了题为“封闭物保护等级”(Degrees of Protection Provided by Enclosures)的IP代码，用来描述封闭物对电学设备保护等级的分类体系。该标准所列举的目标之一是保护封闭物内的设备，防止其因水侵入而受到有害影响。IPX4标准见述于IEC出版参考物60529，2.1版，(2001-02)。本文所用测试系从IEC测试延续而来，但经过修改，以便更明确地测试不同材料的溅水防护效果。
如图5所示，测试装置由圆柱形封闭物(40)组成，该封闭物用透明丙烯酸塑料制成。该封闭物的直径为8英寸，高12英寸，壁厚0.25英寸。该封闭物在底部配有样品固定器。该样品固定器由顶板(42)和底板(44)组成，其间用O形环固定样品。采用直径超过一英寸的圆形样品。用夹具(46)密封顶板和底板。该封闭物坐落在铝框(48)上。
打开阀开关(70)，来自高压水罐(72)的去离子水喷射样品，所述高压水罐与压缩空气源(74)相连。水穿过直径为0.38毫米的喷嘴(76)，直接溅射覆盖了直径为一英寸的面积的样品表面。喷嘴位于样品上方20厘米处。
水以70毫升/分钟的流速作用于每个样品一分钟。在测试期间，用量筒(78)收集通过样品的水。测量每次测试期间收集的水的体积，记录水通过样品的流速(毫升/分钟)。
如下面的实施例所述，测试各声阻保护盖组件。表1反映溅射测试结果，说明扩散层和间隔物对溅水防护的影响。比较例4和比较例1中所述的数据分别说明单层斥水多孔材料或者双层彼此接触的相同材料可能无法防止水进入；然而，如实施例3所示，其间具有间隙且至少内层具有斥水性的两个多孔层经证实对防止水进入有效。
表1
  水的流速(毫升/分钟)   气流阻力(瑞利)
  实施例1   1   90
  实施例2   0   100
  实施例3   0   145
  实施例4   4   25
  实施例5   0   165
  比较例1   10   165
  比较例2   53   13
  比较例3   25   90
  比较例4   40   80
  比较例5   25   25
实施例1
声保护盖组件由两个层构成。第一层由气流阻力为5瑞利的完全网状聚氨酯泡沫材料[SIF泡沫材料，雷利泡沫材料公司(Reilly Foam Corporation)，75孔/英寸，厚1.6毫米]制成。第一层堆叠在第二层顶部。根据防尘测试结果，第二层的保护等级为5，即IP5。第二层是市售的斥水性无纺聚酯材料，由W.L.戈尔联合公司(W.L.Gore & Associates，Inc.)生产，以商品名GORETMPROTECTIVE COVER GAW 102销售。测试此组件的溅水防护效果和气流阻力。设置样品取向，使第一层直接受到水的溅射。此双层组件具有优异的声学性质，这从以下结果可得到证实：其气流阻力为90瑞利，但在溅射测试中仅允许1毫升/分钟的水穿过样品，从而提供了足够的防溅保护。
实施例2
声保护盖组件由两个层组成。第一层由镀镍开孔聚氨酯泡沫材料制成，该材料作为可购自W.L.戈尔联合公司的产品GORE-SHIELDGS8000中的一个组分销售。该泡沫材料约100孔/英寸，厚1.6毫米，气流阻力为15瑞利。第一层堆叠在第二层顶部，所述第二层由市售的斥水性无纺聚酯材料制成，该材料由W.L.戈尔联合公司生产，以商品名GORETM PROTECTIVE COVER GAW102销售。根据防尘测试结果，第二层的保护等级为5，即IP5。测试此组件的溅水防护效果和气流阻力。设置样品取向，使第一层直接受到水的溅射。此双层组件具有优异的声学性质，这从以下结果可得到证实：其气流阻力为100瑞利，但在溅射测试中不允许一点水穿过样品，从而提供了足够的防溅保护。
实施例3
声保护盖组件由两个层组成。第一层由聚酯纺织材料制成，该材料是萨蒂集团公司(Saati Group，Inc.)下属萨蒂技术(SaatiTech)子公司以商品名SAATIFIL销售的产品，产品编号：PES 51/18。该产品具有以下标称性质：厚0.1毫米；开放区域占18％。第二层由市售的斥水性无纺聚酯材料制成，该材料由W.L.戈尔联合公司生产，以商品名GORETM PROTECTIVE COVERGAW 102销售。根据防尘测试结果，第二层的保护等级为5，即IP5。利用间隔物材料环在两层之间形成1.6毫米间隙。间隔物环由闭孔聚氨酯泡沫材料[部件编号4701-30-20031-04，PORON，美国康涅狄格州罗杰斯公司(RogersCorporation，CT.)]组成，厚1.6毫米，环宽11毫米。测试此堆叠组件的溅水防护效果和气流阻力。此双层组件在溅射测试中不允许一点水穿过样品，从而提供了足够的防溅保护。
实施例4
声保护盖组件由两层市售的斥水性带孔金属箔材料组成，该材料由W.L.戈尔联合公司生产，以商品名GORETM PROTECTIVE COVER GAW 401销售。该金属箔由镍制成，具有以下标称性质：气流阻力为11瑞利；进水压力为20厘米水柱；开放区域占45％。利用两个间隔物材料环在两个箔层之间形成3.6毫米的间隙。所述间隔物环由硅橡胶密封圈组成，厚1.8毫米，环宽11毫米。测试此堆叠组件的溅水防护效果和气流阻力。此双层组件具有优异的声学性质，这从以下结果可得到证实：其气流阻力为25瑞利，在溅射测试中允许4毫升/分钟的水流过样品，从而提供了防溅保护。
实施例5
声保护盖组件由两层市售的无纺聚酯斥水性材料组成，所述材料由W.L.戈尔联合公司生产，以商品名GORETM PROTECTIVE COVER GAW 102销售。用间隔物材料环在两个多孔斥水层之间形成1.6毫米的间隙。间隔物环由闭孔聚氨酯泡沫材料(部件编号4701-30-20031-04，PORON，美国康涅狄格州罗杰斯公司)组成，厚1.6毫米，环宽11毫米。测试此堆叠组件的溅水防护效果和气流阻力。此双层组件具有优异的声学性质，这从以下结果可得到证实：其气流阻力为165瑞利，但在溅射测试中不允许一点水流过样品，从而提供了足够的防溅保护。
比较例1
声盖由两层实施例1所述的斥水性聚酯无纺材料组成。这两层彼此紧接着堆叠在一起。测试此组件的溅水防护效果和气流阻力。如表1所示，该盖组件允许水以10毫升/分钟的速度流过，表明溅水防护效果差。
比较例2
声盖由两层实施例1所述的开孔聚氨酯泡沫材料组成。这两层彼此紧接着堆叠在一起。测试此组件的溅水防护效果和气流阻力。如表1所示，该盖组件允许水以53毫升/分钟的速度流过，表明溅水防护效果差。
比较例3
声保护盖由实施例1所述材料组成，并测试溅水防护效果。设置样品取向，使第二层直接受到水的溅射。如表1所示，该盖组件允许水以25毫升/分钟的速度穿过，因此提供的溅水防护效果差。
比较例4
声盖由市售的斥水性无纺聚酯材料制成，该材料由W.L.戈尔联合公司生产，以商品名GORETM PROTECTIVE COVER GAW 102销售，测试该声盖的溅水防护效果和气流阻力。如表1所示，此层本身允许水以40毫升/分钟的速度穿过样品，因此提供的溅水防护效果差。
比较例5
声盖由两层实施例4所述的斥水性带孔金属箔材料组成。这两层彼此紧接着堆叠在一起。测试此组件的溅水防护效果和气流阻力。如表1所示，虽然该盖组件具有低气流阻力，但它允许水以25毫升/分钟的速度流过，表明溅水防护效果差。

Claims (19)

1.一种声阻盖，其包括：
a.包含多孔聚合材料的第一扩散层；
b.包含多孔聚合材料的第二斥水层，
其中所述第一扩散层用来减小雾水通过的速度，
其中在所述第一扩散层与所述第二斥水层之间提供至少0.25mm的间隔，使得所述第一扩散层不接触所述第二斥水层，所述间隔用来减小雾水通过第二斥水层的速度，所述声阻盖的气流阻力小于500瑞利。
2.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，在所述第一扩散层和所述第二斥水层的周边提供间隔物，从而在所述第一扩散层和所述第二斥水层之间保持所述间隔。
3.如权利要求2所述的声阻盖，其特征在于，所述间隔物是泡沫材料。
4.如权利要求2所述的声阻盖，其特征在于，所述间隔物是闭孔泡沫材料。
5.如权利要求4所述的声阻盖，其特征在于，所述间隔物是双面粘合剂材料。
6.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，所述第一扩散层和所述第二斥水层之间的所述间隔至少为1毫米。
7.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，所述第二斥水层的进水压力至少为0.1psi。
8.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，所述第一扩散层和所述斥水层之间的所述间隔至少为0.50毫米。
9.如权利要求1所述的声阻盖，所述声阻盖用于封闭物开口，所述封闭物将封闭空间与周围空间隔开，其中：
a.所述第一扩散层靠近周围空间；以及
b.所述第二斥水层靠近封闭空间。
10.如权利要求9所述的声阻盖，其特征在于，所述第一扩散层是网状泡沫材料。
11.如权利要求9所述的声阻盖，其特征在于，所述第二斥水层是无纺聚酯。
12.如权利要求9所述的声阻盖，其特征在于，所述第一扩散层和所述第二斥水层之间的所述间隔至少为1毫米。
13.如权利要求9所述的声阻盖，其特征在于，所述声阻盖还包含设置在所述第一扩散层上的压敏粘合剂。
14.如权利要求1所述的声阻盖，其气流阻力小于300瑞利，溅水流量小于5毫升/分钟。
15.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，所述第一扩散层的多孔聚合材料和所述第二斥水层的多孔聚合材料的标称孔径大于5微米。
16.一种防水封闭物，其包括：
a.限定防水封闭物内侧的内部空间和防水封闭物外侧的周围空间的外壳；
b.外壳内的开口；以及
c.如权利要求1所述的声阻盖。
17.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，形成并提供至少一个间隔物以保持第一扩散层和第二斥水层之间的所述间隔。
18.如权利要求1所述的声阻盖，其特征在于，所述第一扩散层由所述多孔聚合材料构成。
19.如权利要求18所述的声阻盖，其特征在于，所述第二斥水层由所述多孔聚合材料构成。
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