CN104170108A - 可伸缩保护罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可伸缩保护罩，该保护罩用于主要保护动态物体，如换能器，免受在这些动态物体运行的环境中的颗粒的影响。该保护罩由复合材料形成，这些复合材料包括一个弹性材料膜和一个阻挡层，该弹性材料膜具有的一个表面具有凸起和凹陷的表面部分，该阻挡层按其中该阻挡层采取该膜表面的形式的方式定位到这个表面上。在一个具体实施例中，此类复合材料进一步用于形成可用作O形环的环状结构。

Description

可伸缩保护罩

本发明涉及一种可伸缩保护罩，该保护罩用于主要保护动态物体，如换能器，免受在这些动态物体运行的环境中的颗粒、分子、流体等的影响。该保护罩由复合材料形成，这些复合材料包括一个弹性材料膜和一个阻挡层，该弹性材料膜具有的一个表面具有凸起和凹陷的表面部分，该阻挡层按其中该阻挡层采取该膜表面的形式的方式定位到这个表面上。在一个具体实施例中，此类复合材料进一步用于形成可用作O形环的环状结构。

发明背景

在例如WO2008/052559的披露中，描述了DEAP类型的换能器、或致动器，其中一个电容元件是通过具有在两个相对电极之间的一种可变形的但不可压缩的介电材料形成的。存在许多策略确保电极是柔性的，如形成该介电材料的波形表面并且当附接显著薄于这些波纹的高度的电极时，因此它们采取为波状的表面的形式，并且因此能够在至少一个方向上伸展，尽管该电极由一种刚性材料形成。

本发明涉及特别适于保护一个动态物体的保护罩材料，以及这些保护罩材料可以被定位并且缠绕以保护该动态物体的方式。它们可以适合于WO2008/052559中披露的类型的换能器，但本发明绝不局限于此，它可以用于保护通常通过改变形状来运行的任何动态物体。

对于基于可以是一种弹性体或另一种具有类似特征的材料的介电材料的DEAP换能器或致动器，当小颗粒、水分、蒸汽、流体、分子等等扩散到这些材料中时，这些材料的特征受影响，改变例如介电常数以及分解水平。在以下为了简明性，这些将通常被称为一种‘颗粒’，因此这对于分子、流体、颗粒、气体、蒸汽等等采取处于流体或液体的任何物质的含义。因此，随时间的推移，这些换能器/致动器的运行特性将改变并且变得不可预测，并且因此它将必须被改变。

一个文献WO2011151885披露了一种斥水膜，该斥水膜包括一个第一层，该第一层具有形成在其表面上的多个细小突起，然而，该膜用于覆盖不具有动态特性的光学元件如透镜并且用于形成对抗更大分子如水的保护。

本发明通过引入一种简单和廉价的保护罩解决了这个问题，该保护罩防止此类颗粒事件如气体到达该动态物体-至少持续一段时间-并且因此延长其寿命。

发明概述

这是通过引入一种保护罩解决的，该保护罩由至少一种复合材料形成，该复合材料包括：

-一个膜，该膜由一种聚合物材料制成并且具有一个第一表面和一个第二表面，

-一个第一阻挡层，沉积在至少该第一(3)表面上。

其中该复合材料第一表面具备一个具有凸起和凹陷的表面部分的图案，并且其中该阻挡层根据该图案形成。

因为这些复合材料包括一种阻挡层材料，该阻挡层材料经常具有显著低的弹性，且当伸展时将倾向于开裂，因此引入该膜使得该阻挡层甚至可以具有比该膜的弹性模量更高的弹性模量。该阻挡层从该膜的表面图案形状成形，并且这个形状确保该阻挡层可以‘跟随(follow)’该膜的伸展而无开裂。

该阻挡层可以具有适合于形成对抗存在于其运行的环境中的颗粒等的屏障的任何材料，并且可以包括塑料、黏土、玻璃、陶瓷、金属材料、金属的合金和/或仅仅金属的混合物，并且可以甚至包括此类材料的混合物。

本发明的保护罩特别适合于形成动态物体的一个阻挡罩，这些动态物体是能够在至少一个方向上改变它们的尺寸和/或形状的动态物体，其中将至少一种复合材料围绕这个动态物体缠绕至少一次形成阻挡保护。

当将一种复合材料围绕此类动态物体缠绕时，这些复合材料的末端部分、或更具体地这些弹性元件可以暴露于它们周围的环境，由此形成供颗粒进入这些膜的内部的‘打开的门’，这是高度不希望的。因此，这些复合材料的至少一个末端部分延伸到该动态物体的末端之外，并且这个末端部分的至少一个区域在朝向该动态物体的方向上滚卷。

该保护罩有利地可以包括多种单独的复合材料并且其中一些可以具有一个第一组，该第一组使它们的末端部分的至少一个区域在朝向该动态物体的方向上以一个第一角方向滚卷。替代地或附加地，其他复合材料可以形成一个第二组，该第二组使它们的末端部分的至少一个区域在朝向该动态物体的方向上以一个第二角方向滚卷。以此方式，该‘打开的门’已经关闭，并且这些弹性材料的任何末端不再直接暴露于它们周围的环境。

这甚至可以通过形成第一和/或第二子组而形成‘迷宫’来改进。这些是通过将第一和/或第二组以其任何数量和排列在朝向该动态物体的方向上以一个第一角方向或一个第二角方向滚卷而形成的。

在一个替代性实施例中，这些复合材料的伸出到该动态物体外面的末端部分被扁平化，并且然后使这种或这些复合材料的这种扁平化的结构在朝向该动态物体的方向上滚卷。

在本发明的一个具体实施例中，该表面图案是波纹的，其中形成具有谷和脊的波纹的凸起和凹陷表面部分在基本上一个共同方向上延伸，每个波纹限定作为在一个脊与相邻的谷之间的最短距离的一个高度，使得它具有的一个顺性方向(compliance direction)比在与该顺性方向基本上垂直的方向上的顺性大至少50倍。

为了设计形成对于宽范围的颗粒的阻挡保护的一个保护罩，该保护罩可以包括多种复合材料，其中至少一种复合材料由该阻挡层的材料组成，该至少一种复合材料不同于所述复合材料中的至少另一种，然后这些复合材料适于形成对抗不同颗粒的屏障。

本发明还涉及由如以上给出的保护罩覆盖的换能器，其中该换能器是该动态物体并且是由与该保护罩类似的复合材料形成的，包括：

-一个膜，该膜由一种介电材料制成并且并且具有一个第一表面和一个第二表面，至少该第一表面包括一个具有凸起和凹陷的表面部分的表面图案，以及

-沉积在该表面图案上的一个第一导电层，该导电层具有一个由该膜的表面图案形成的波状形状。

在一个具体实施例中，构成该换能器的这种或这些复合材料的材料与构成该保护罩的这种或这些复合材料的材料相同。

在甚至一个另外的具体实施例中，本发明的保护罩本身不用于覆盖动态物体，而是被形成为一个O形环，其中这种或这些复合材料滚卷为任何数量和排列的第一组、第二组、第一超级组和/或第二超级组直到它们形成一个类环状结构。

附图

图1具有一个表面的复合材料，该表面具有一个具有凸起和凹陷的表面部分的图案，形成根据本发明的可伸缩保护罩的一个实施例。

图2根据本发明的层状复合材料。

图3一个具有凸起和凹陷的表面部分的图案，形成根据本发明的可伸缩保护罩的一个第二实施例。

图4A-C形成适合于被根据本发明的可伸缩保护罩覆盖的动态物体的致动器的实例。

图5围绕一个动态物体缠绕的一个可伸缩保护罩的图解。

图6围绕一个动态物体缠绕的并且在末端扁平化的可伸缩保护罩的图解。

图7A-B围绕一个动态物体缠绕的、在末端扁平化的并且在朝向该动态物体的方向上滚卷的可伸缩保护罩的图解，

图8A-B围绕一个动态物体缠绕的并且在朝向该动态物体的方向上滚卷的可伸缩保护罩的图解，

图9具有在朝向该动态物体的方向上滚卷的可伸缩保护层的组和超级组的可伸缩保护罩的图解，

图10用于形成一个O形环的根据本发明的可伸缩保护罩的图解。

发明详细说明

图1示出了本发明的保护罩的一个第一实施例，其中一个具有凸起和凹陷的表面部分的图案在一种可变形/弹性材料(如一种聚合物或更具体地一种弹性体，在以下总体上被称为一种弹性材料)的膜的至少一个第一表面中。

在该第一表面上，一种实质上刚性的材料的一种材料例如通过任何类型的沉积技术(如WO2008/052559的关于导电层所讨论的)被定位。在以下，这种实质上刚性的材料将被称为一个阻挡层，其中该阻挡层可以具有适合于形成对于此类颗粒(流体、分子、气体等等)的屏障的任何材料，如塑料、黏土、金属材料、金属的合金或仅仅金属的混合物(任选地也包括其他材料)。该阻挡层也可以是此类材料的混合物。

因为该阻挡层是一种实质上刚性的材料，那么这可能使该阻挡层在伸展时容易开裂，因此减少它的阻挡效率。为了克服这个问题，该保护罩作为一种复合材料(1)形成，该复合材料适于形成一种能够耐受大应变的顺性结构的一部分。复合材料(1)包括由一种弹性材料制成的一个膜(2)，该膜具有一个表面(3)，该表面具备一个具有凸起(7)和凹陷(8)的表面部分的图案，从而形成该表面(3)的一个设计的波形轮廓。一个阻挡层(4)已经施用于表面(3)上，该阻挡材料被沉积以便阻挡层(4)的形状根据该具有凸起(7)和凹陷(8)的表面部分的图案来形成。这是由于该阻挡层的厚度显著小于从凹陷(8)的表面部分至凸起(7)的表面部分的高度。

该弹性材料可以是一种聚合物、弹性体或具有类似特征的另一种材料。由于该具有凸起和凹陷的表面部分的图案，当膜(2)膨胀时阻挡层(4)可以基本上变平坦，并且当膜(2)沿箭头(5)限定的方向收缩时恢复它的初始形状而不对阻挡层(4)造成损害，这个方向从而限定了一个顺性方向。因此，复合材料(1)适于形成一种能够耐受大应变的顺性结构的一部分。由于阻挡层(4)的刚度，这种复合材料(1)在方向(5)上比在正交方向(6)上顺性得多。

合起来，此类层压的复合结构(1)形成用于颗粒扩散通过复合材料(1)的一种柔性(在本实例中主要在一个方向上是柔性的)屏障。弹性元件(2)(它本身是可伸缩的)形成阻挡层(4)的波状结构，并且阻挡层(4)形成对抗颗粒扩散通过复合材料(1)的屏障。

当将多个此类复合材料(1)分层时，如例如按图2中示出的方式，所得到的屏障由于增加的层数而被改进，但还因为这些平行的阻挡层(4)给出所谓的一个‘隧道’，在该隧道中颗粒(20)可以被暂时捕获，并且在该隧道中它们还有可能最终离开该层压的屏障而不达到它覆盖的物体。在此上下文中这些阻挡层(2)是平行的应当在此意义上理解：它们在忽略这些波纹的大图中所看到的制造技术的一般公差内是平行的，然而在这些皱纹的尺寸内的更局部图中所看到的，这些阻挡层(2)将通常是高度不平行的，因为本发明本身不要求相邻复合材料(1)的波纹对齐。

其中这些波纹平行延伸的如图1中示出的此类复合材料(1)特别适合于仅在一个方向上改变形状的动态物体(9-图5)。

当由多种此类复合材料(1)形成时，可以增加具有由不同的弹性元件(2)和/或阻挡层(4)材料形成的复合材料(1)的层。这例如可以用于设计该保护罩使得这些单独复合材料(1)的每个单独层适于形成对抗特殊颗粒的屏障，以便可以形成被设计为保护免于宽范围颗粒的一个保护罩。

图3示出了一个可替代的具有凸起和凹陷的表面部分的表面图案，其中这些凸起(7)部分形状在某种程度上像‘山’，这些凹陷(8)是在这些凸起部分之间的‘谷’。此种表面图案将在任何方向(5)和(6)上是可伸缩的(或柔性的或顺性的)并且因此可以被应用于任何动态物体(9-图5)。

具有凸起(7)和凹陷(8)的表面部分的任何可想象的表面图案可替代的表面图案也将适用于本发明。精确的设计将典型地取决于根据制造工具的可能性以及对于在不同方向上的相对顺性或柔性的需要。

图4A至图4C示出了一个动态物体(9)的实例，其中本发明的复合材料(1)有利地可以用作阻挡罩。所示出的动态物体(9)是按与本发明的复合材料(1)类似的方式形成的EAP(或DEAP)换能器并且还进一步描述于例如WO2008/052559，其中将包括一个载有电极的波形表面的一种或多种此类复合材料(1)缠绕以形成一个换能器，该换能器当将电压施加到这些电极上电压时能够伸长(或变宽，这是这些波纹的取向的问题)的换能器。它们可以具有(图4B和4C)或没有(图4A)一个空心内芯，并且可以具有一个环形(图4A和4B)或非环形(图4C)截面形状。

因为此类换能器可以由像本发明的这些的复合材料形成，它们可以等同地由相同的工具，任选地甚至由相同的材料来制造，本发明的复合材料(1)简单地是不被连接至任何电源的换能器-复合材料层。

图5示出了一个保护罩，其中将多层保护罩作为按层叠方式排列的多种单独复合材料(1)、或被缠绕多次的一种复合材料(1)、或其组合围绕一个动态物体(9)(如图4A-C中示出的一个换能器或任何其他类型的动态物体)缠绕。在该图解中，将这种或这些复合材料(1)按一种方式围绕动态物体(9)缠绕至少一次，在该方式中将它围绕平行于一个第一方向的一条线(10)缠绕。

这种或这些复合材料(1)、或这些复合材料(1)中的一些可以被定位在动态物体(9)上使得这些复合材料(1)的末端部分(13)延伸到动态物体(9)的末端之外，由此形成具有一个空心内部的缠绕的保护罩的一个管状区域。

在该图中，仅看到这种或这些复合材料(1)覆盖动态物体(9)的一部分并且仅从其末端之一自由延伸(13)，但这纯粹为了说明，通常整个动态物体(9)将被覆盖并且这种或这些复合材料(1)从其两个末端自由延伸(13)。

当形成此类滚卷或缠绕的保护罩时，出现关于这些复合材料(1)的末端表面(14)-还参见图2-的问题。膜(2)的弹性材料本身可能不形成对于颗粒的任何屏障，它甚至可以具有对于此类颗粒的高扩散。因此，如果使其末端表面(14)暴露于它们周围的环境，那么这将形成供颗粒穿透到该保护罩内的‘打开的门’。

再次参加图2，在此黑色箭头示出了在本发明文本的意义上的颗粒可以从四面八方进入这些复合材料(1)中，它可以来自外部、内部、或暴露于它们周围的环境的末端部分(14)。在这些中，最关键的是这些末端部分(14)。对于来自‘外部’的这些颗粒，它们将在到达在该保护罩内的动态物体(9)之前经常遭遇到多个阻挡层(4)。然而，对于从这些末端部分(14)进入的或甚至从该保护罩的内部进入的那些颗粒，该罩可能实际上相反形成一个通过该弹性材料至动态物体(9)的一个‘高速路’，因此必需关闭。

这一切不是非常希望的。因此，本发明呈现了如何‘关闭该门’的解决方案。这是通过如在以下应描述的将这些复合材料(1)的末端滚卷来完成的。

在图6中，这个末端部分(13)已经‘收缩’，以便至少末端部分(13)的末端(14)是扁平的并且非空心的，并且然后将至少这个末端部分(13)的末端部分在朝向动态物体(9)的第一线(10)的方向上以一个第一角方向(11)滚卷，如图7A中所示。如在任一附图中，图7A中的图解是高度说明性的并且不影响这些部分的实际尺寸或相对尺寸，也未示出具有凸起(7)或凹陷(8)部分的表面图案。在图7A和以下一些附图中，这些复合材料(1)仅由一条线来表示，并且尽管在该图解中在这些线之间可能看起来似乎出现‘间隙’，但这些‘间隙’仅是为了能够区分该保护罩的单独的层、或复合材料(1)。

图7B示出了在朝向动态物体(9)的第一线(10)的方向上以一个第二角方向(12)滚卷的末端部分(13)的扁平化区域，第二角方向(12)与第一角方向(11)是反时针的。在第一线(10)的方向上滚卷是指围绕平行于第一线(10)的一条轴线滚卷。

图8A示出了与图5相同的系统，但其中末端部分(13)未收缩，而相反地这种或这些管状成形的复合材料(1)在朝向动态物体(9)的第一线(10)的方向上以一个第一角方向滚卷，使得这个末端部分(13)的至少一个区域形成一种环绕该线(10)的滚卷结构，当如图8A中可见的以第一角方向(11)滚卷时在该保护罩的剩余部分的外部，或当如图8B中可见的以第二角方向(12)滚卷时在该保护罩的剩余部分的内部。这个操作是可能的，由于这些复合材料(1)的柔性/伸缩性。在图8A中以第一角方向(11)的滚卷给出在该保护罩‘外部’的一个滚卷部分，并且在图8B中以第二角方向(12)的滚卷给出在该保护罩‘内部’的一个滚卷部分，但这对于本发明不是重要的，重要的是它们以彼此相反的角方向滚卷。

在本发明背景下，应理解术语‘环绕’不限于仅仅环形结构，而该‘环绕’形状通常将反映在形成该保护罩的这种或这些卷绕的复合材料(1)的截面形状、或轮廓中，其中这再次通常反映在动态物体(9)的形状、或轮廓中。

按相同方式‘管状的’不限于一种圆形形状，例如环形或椭圆形，但涉及任何截面形状或轮廓的‘管’。

延伸到动态物体(9)的末端之外的、暴露于它们周围的环境的末端部分(13)可以被完全或部分滚卷并且可以按如上所述的方式紧密地或松散地滚卷。

当该保护罩由多种单独的相邻复合材料(1)形成时，它们的末端部分(13)可以不同地滚卷，一些复合材料(1)以第一角方向(11)滚卷，如图8A中可见的，这可以被称为一个第一组(15)，并且其他的以第二角方向(12)滚卷，如图8B中可见的，这可以被称为一个第二组(16)。

如图9中所示的，然后任何数量的此类第一组合和/或第二组(16)可进一步被滚卷为一个第一(17)或第二(18)类型超级组，这因此是包括多个其他组的一个组。此类超级组(17)和(18)可以包括任何数量和排列的第一(15)和第二(16)类型的组以及其他超级组(17)和(18)。以此方式，任何单一的复合材料(1)可以形成数个组或超级组的一部分，如也在图8A和图8B中示出的。

在一个具体实施例中，不形成该保护罩以包封一个动态物体(9)，而相反地末端部分(13)被认为是这种或这些卷绕或滚卷的复合材料(1)的整个延伸，然后这些按如上所述的任何方式在这种或这些复合材料(1)的整个延伸上滚卷，使得它们形成一种类环状(19)结构。该组合的滚卷可以包括任何排列和数量的第一组(15)、第二组(16)、第一超级组(17)和/或第二超级组(18)。

然后此类环形结构(19)，图10，由于它们的高度柔性/可伸缩的结构可以有利地用作例如高度气密的O形环。在正常橡胶O形环不真正形成对于颗粒的屏障时，它们将或多或少让这些颗粒通过，然后本发明的环状结构(19)将形成一个阻挡层(4)的‘迷宫’并且膜(2)由一种弹性材料制成。

Claims (14)

1.一种动态物体的可伸缩保护罩，该保护罩由至少一种复合材料(1)形成，该复合材料包括：

-一个膜(2)，该膜由一种聚合物材料制成并且具有一个第一表面(3)和一个第二表面，

-一个第一阻挡层(2)，沉积在至少该第一(3)表面上，

其中该复合材料第一表面(3)具备一个具有凸起(7)和凹陷(8)的表面部分的图案(4)并且其中该阻挡层(2)根据该图案(4)形成，其中该可伸缩阻挡罩形成动态物体的对抗颗粒的保护罩并且其中该阻挡层(2)可以具有比该膜(2)的弹性模量更高的弹性模量。

2.根据权利要求1所述的保护罩，其中，该阻挡层(2)包括塑料、黏土、玻璃、陶瓷、金属材料、金属的合金和/或仅仅金属的混合物。

3.根据权利要求2所述的保护罩，其中，该阻挡层(2)包括所述材料的混合物。

4.根据以上权利要求中任一项所述的保护罩，其中将至少一个复合材料(1)围绕一个动态物体(9)缠绕至少一次。

5.根据权利要求4所述的保护罩，其中，这些复合材料(1)的至少一个末端部分(13)延伸到该动态物体(9)的末端之外，并且其中将末端区域(13)的至少一个区域在朝向该动态物体(9)的一个第一线(10)的方向上滚卷。

6.根据权利要求5所述的保护罩，该保护罩包括多个单独的复合材料(1)，并且其中一些形成一个第一组(15)，该第一组使它们的末端部分(13)的至少一个区域在朝向该动态物体(9)的一个第一线(10)的方向上以一个第一角方向(11)滚卷。

7.根据权利要求6所述的保护罩，其中其他复合材料(1)形成一个第二组(16)，该第二组使它们的末端部分(13)的至少一个区域在朝向该动态物体(9)的一个第一线(10)的方向上以一个第二角方向(11)滚卷。

8.根据权利要求7所述的保护罩，其中，第一(17)和/或第二(18)超级组是通过将第一(15)和/或第二(16)组以其任何数量和排列在朝向该动态物体(9)的一个第一线(10)的方向上以一个第一角方向(11)或一个第二角方向(12)滚卷而形成的。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的保护罩，其中，延伸到该动态物体(9)的末端之外的这些复合材料(1)的末端部分(13)被扁平化，并且然后将这种或这些复合材料(1)的扁平化结构在朝向该动态物体(9)的一个第一线(10)的方向上滚卷。

10.根据以上权利要求中任一项所述的保护罩，其中，该表面图案(4)是波纹的，其中形成具有谷和脊的波纹的凸起(7)和凹陷(8)表面部分在基本上一个共同方向上延伸，每个波纹限定作为在一个脊与相邻的谷之间的最短距离的一个高度，使得它具有的一个顺性方向比在与该顺性方向基本上垂直的方向上的顺性大至少50倍。

11.根据以上权利要求中任一项所述的保护罩，其中，该保护罩包括多种复合材料(1)，并且其中至少一种复合材料(1)由该阻挡层(4)的材料组成，该至少一种复合材料不同于所述复合材料(1)中的至少另一种。

12.一种被根据权利要求2-12中任一项所述的保护罩覆盖的换能器，其中，该换能器是该动态物体(9)并且由与该保护罩类似的复合材料(1)形成，这些复合材料包括：

-一个膜(2)，该膜由一种介电材料制成并且具有一个第一表面和一个第二表面，至少该第一表面包括一个具有凸起和凹陷的表面部分的表面图案，以及

-沉积在该表面图案上的一个第一导电(4)层，该导电层具有一个由该膜的表面图案形成的波状形状。

13.根据权利要求12所述的换能器，其中，构成该换能器的这种或这些复合材料(1)的材料与构成该保护罩的这种或这些复合材料(1)的材料相同。

14.一种由根据权利要求1或2所述的这种或这些复合材料(1)形成的O形环，并且其中这种或这些复合材料被滚卷成任何数量和排列的第一组(15)、第二组(16)、第一超级组(17)和/或第二超级组(18)，直到它们形成一种类环状(16)结构。