CN107018671B - 半渗透封闭装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式物体，其包括形成腔室的壳体(2)，在所述腔室内设置有需要空气来用于其操作的装置(69)。所述便携式物体的特征在于其还包括封闭装置(12)，所述封闭装置包括至少一个可渗透元件。

Description

半渗透封闭装置

技术领域

本发明涉及一种包括形成容纳部的壳体的便携式物体，在所述容纳部内设置有需要空气来进行操作的装置。

背景技术

存在已知的便携式物体，例如手表或移动电话装置或触摸式平板电脑，其被考虑为防水的以允许在水环境中使用。为此，所述便携式物体设置有大量垫片或粘接剂以确保对气体和液体两者的几乎完美的防渗性。在钟表制造中，通常使用垫片以在两个移动部件——例如上条按钮和上条柄轴——之间或两个固定部件——例如表壳后盖与表壳中间件——之间提供密封。

因此，对于潜水而言，垫片必须不可渗透氦气，因为比氧分子小的分子从垫片通过。当潜水员上升时，手表内部包含的氦气排出，这将引起过压缩。如果不设置氦气释放装置，则手表通常将损失其未设计成耐受内部压力的表镜。

然而，存在这种几乎完美的抗渗性是缺点的应用。事实上，在海拔计型应用中或在使用锌空气电源的情况下，必须在便携式物体的容纳部——海拔计装置和/或锌空气电源设置在该容纳部中——与便携式物体的外部之间允许空气流动。

虽然存在此类物体，但有必要维持所述装置的抗渗性。

还已知使用由材料制成的隔膜。已知该材料是多孔的，即它具有大量孔隙，这些孔隙具有使得它在阻挡液体的同时允许气体通过的小尺寸。

然而，该材料存在缺陷。事实上，由型材料制成的隔膜将仅具有15至40m的有限深度的防水能力。超过该深度的话，水珠在压力下收缩，于是允许水从所述孔隙通过，从而使材料是可渗透的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是通过提供一种便携式物体来克服现有技术的缺陷，所述便携式物体包括半渗透装置，即其允许气体通过但不允许液体通过并且可在100m以上的深度处使用。

为此，本发明涉及一种便携式物体，其包括形成容纳部的壳体，在所述容纳部内设置有需要空气来操作的装置，所述便携式物体还包括封闭装置，该封闭装置包括至少一个可渗透元件，所述封闭装置设置成在允许容纳部内的气氛与外部气氛连通的同时提供对液体的抗渗性，其特征在于，所述壳体由彼此附接的第一部分和第二部分组成，所述封闭装置还包括由半渗透材料制成的垫片。

在一个有利的实施例中，所述垫片由硅制成。

本发明还涉及一种便携式物体，其包括形成容纳部的壳体，在所述容纳部内设置有需要空气来操作的装置，所述便携式物体还包括封闭装置，所述封闭装置包括至少一个可渗透元件，所述封闭装置设置成在允许所述容纳部内的气氛与外部气氛连通的同时提供对液体的抗渗性，其特征在于，所述壳体具有贯通开口，所述封闭装置包括与所述开口相对地定位的半渗透隔膜，所述半渗透隔膜包括多孔支承件，可渗透气体且不可渗透液体的膜固定在所述支承件上，所述膜的厚度使得可以改变用于所述便携式物体的内部和外部之间的气体平衡的时间常数。

在一个有利的实施例中，所述膜为聚合物。

在另一有利的实施例中，所述壳体在其内壁上包括凹部，在所述凹部内设置所述封闭装置，所述凹部具有侧壁，所述侧壁包括沿所述侧壁延伸并用于保持所述隔膜的沟槽，所述隔膜还通过由罩盖组成的保持装置保持挤压在所述内壁上，并且所述封闭装置还包括插入所述罩盖与所述隔膜之间的垫片。

本发明最后涉及一种便携式物体，所述便携式物体包括形成容纳部的壳体，在所述容纳部内设置有需要空气来操作的装置，所述便携式物体还包括封闭装置，所述封闭装置包括至少一个可渗透元件，所述封闭装置设置成在允许所述容纳部内的气氛与外部气氛连通的同时提供对液体的抗渗性，其特征在于，所述外壳包括凹部，在所述凹部中形成有贯通开口，所述凹部由所述封闭装置封闭，并且所述封闭装置包括可渗透模块，所述可渗透模块安装成以这样的方式移动，即在气体环境中，所述可渗透模块处于允许气体经所述可渗透模块穿透所述壳体开口的休止位置，而在液体环境中，所述可渗透模块处于气体和液体被阻塞的操作位置。

在第一有利的实施例中，所述可渗透模块包括管状支承件，在所述管状支承件的端部固定有隔膜，所述支承件借助于柔性垫片以悬置方式安装。

在第二有利的实施例中，所述隔膜被选择成可渗透的。

在第三有利的实施例中，所述封闭装置设置在所述便携式物体的外壁上。

在第四有利的实施例中，所述封闭装置设置在所述便携式物体的内壁上。

在第五有利实施例中，所述需要空气来操作的装置是锌空气电池。

在第六有利实施例中，所述需要空气来操作的装置是海拔计。

在第七有利实施例中，所述封闭装置使所述便携式物体对至少100m的深度不渗透。

附图说明

根据本发明的装置的目的、优点和特征将在以下对仅通过非限制性的示例的方式给出并通过附图示出的本发明的至少一个实施例的详细描述中更清楚地显现，在附图中：

-图1是根据本发明的便携式物体的第一实施例的第一变型的示意图。

-图2是根据本发明的便携式物体的第一实施例的第二变型的示意图。

-图3a至3c是根据本发明的便携式物体的第一实施例的第三变型的示意图。

-图4是根据本发明的便携式物体的第二实施例的第一变型的示意图。

-图5a至5c是根据本发明的便携式物体的第二实施例的第二变型的示意图。

具体实施方式

根据本发明的便携式物体1在图1至5中示出。该便携式物体1可呈钟表或移动电话或智能电话或触摸式平板电脑的形式。

便携式物体1包括形成容纳部的壳体2，在所述容纳部内设置有需要空气来操作的装置4。

在图1至3中所见的第一实施例中，需要空气来操作的装置4是电池6。该电池例如属于锌空气类型，即它使用空气中的氧气来使形成其的金属氧化并供给电力。锌空气电池必须被供给以空气，否则它将干透并且损失性能。

该电池用于操作与显示装置10相关的电子系统8。电子系统8还可包括控制装置和/或通信装置。

根据本发明有利地，该便携式物体还设置有封闭装置12，其使得电池能够在确保便携式物体不渗透液体的同时被供给以空气，这种抗渗性能在100米以上的深度实现。

在图1中所见的第一变型中，便携式物体的壳体2至少包括第一部分2a和第二部分2b，例如由后盖2b封闭的表壳中间件2a。诸如数字屏幕或表盘/表镜组件的显示装置10可形成第三部分。封闭装置12然后包括设置在第一部分2a与第二部分2b之间的垫片14。

该垫片14被选择成由半渗透材料——即允许气体通过但阻塞液体的材料——制成。该材料可以是聚合物。事实上，气体通过“溶解-扩散”的过程穿过致密聚合物膜。隔膜的上游面(处于过压下)和下游面(处于欠压下)之间的气体压力梯度(驱动力)的施加引起以下三种连续现象：

-气体在上游表面的吸附，

-气体在材料中的分子溶解和扩散，

-气体从下游表面的解吸附。

一种用于这种应用的材料是硅树脂。在常温下，硅树脂通常呈现比天然橡胶大10倍的气体渗透率，但在100至150℃附近气体渗透率变得更接近。

此配置因此将第一部分2a与第二部分2b之间的小间隙和由半渗透材料制成的垫片14相关联，以允许少量空气从便携式物体的外部到达内部。这种情况下，平衡便携式物体的内部和外部之间的气体所需的时间常数约为若干天。因此应理解，此变型可用于利用很少的电力操作便携式物体1并且因此需要很少的空气，例如仅显示时间的带三根指针的手表，其使用数微安的电力。

在图2中所见的第二变型中，便携式物体的壳体2设置成包括允许大量空气通过的开口16，所述开口16具有例如5mm的直径，并且位于壳体后盖中。这种情况下，封闭装置12包括在壳体内部的高密度隔膜18。为此，壳体的内壁在开口处包括用于高密度隔膜18的凹部20。该凹部具有侧壁22。该侧壁具有沿横向壁延伸的沟槽24。该沟槽用于保持所述高密度隔膜。高密度隔膜通过由垫片28和罩盖30组成的保持装置26保持。罩盖30附接到壳体内壁，使得垫片28插入所述罩盖30与高密度隔膜18之间。

也称为“被支承隔膜”或“复合隔膜”的高密度隔膜18由膜18a组成，膜18a由100％防水但可渗透气体的聚合物材料——比如所有塑料——制成。

因此，为了使用膜18a，必须将它放置在支承件18b上，支承件18b也是隔膜但厚得多。该支承隔膜18b是多孔的以使得空气可通过；支承隔膜18b的唯一功能是机械的，因为其唯一目的是用作用于聚合物膜18a的支承。例如，可使用由制成的支承隔膜。因此，因为膜18a甚至在大的深度也会确保对液体的抗渗性，克服了的缺点。

为了调整从高密度隔膜18通过的空气流，起作用的参数是膜18a的厚度。膜18a越薄，流量就会越大，但是膜18a也会越脆，且反之亦然。

一般地，为了使用于便携式物体的内部和外部之间的气体平衡的时间常数在1分钟左右，膜18a的厚度必须在10微米左右。

此特征使得高密度隔膜18能够用在具有电能消耗比较高(50微安左右)的电子系统的便携式物体中，这种电力消耗可归因于数字传感器或屏幕或型通信装置的使用。

在图3中所见的第三变型中，便携式物体的壳体2在其外壁上包括凹部32，在凹部32内设置有封闭装置12。在凹部32中设置有开口34。封闭装置12呈可移动地安装的可渗透模块36的形式。

事实上，封闭装置12——即可渗透模块36——包括呈开口管状件形式的支承件38，在支承件的端部附接有隔膜40。支承件38借助于柔性垫片42以悬置方式安装。在圆管状支承件38的情况下，柔性垫片42也是圆形的。柔性垫片42的内缘42a附接到管状件38，而外缘42b附接到凹部32的侧壁32a。

封闭管状支承件38的端部之一的隔膜40位于与凹部对向的管状支承件的端部处并由可渗透材料制成。使用的一种材料是其具有在高达1bar的压力下允许气体通过并且阻挡液体的特征。

封闭装置12操作如下：当便携式物体处于开放气氛中时，空气穿过可渗透隔膜40并且穿透壳体2的开口34，使得电池6能提供电能。可渗透模块36然后处于第一位置或休止位置，在该位置没有外部压力施加到柔性垫片42。

当便携式物体1浸没时，水然后在管状支承件38的隔膜40上施加压力并且因此施加机械力。隔膜40上的这种机械力引起柔性垫片42的变形。柔性垫片42的变型容许可渗透模块36和因此的管状支承件38的移动，使得其移动并进入与凹部的底部的接触，即进入第二位置或操作位置。这种情况下，隔膜40进入与底部32b的接触。可渗透隔膜40与凹部32的底部32b——即壳体——之间的这种接触甚至在10bar的高压下也引起通路的封闭。

这种封闭装置的优点在于，它可提供用于便携式物体的内部和外部之间的气体平衡的约1秒的时间常数，即空气的流量大，同时仍确保便携式物体的抗渗性。

在该第三实施例的第一变型中，凹部的底部32b设置有称为扁平垫片的第二垫片44。扁平垫片44用于改善对水进入的阻塞。事实上，该扁平垫片44由诸如聚合物或橡胶的塑料类材料制成。扁平垫片44的功能是完全阻塞隔膜的孔隙。

在该第三实施例的第二变型中，除隔膜以外还使用诸如硅胶的吸收剂。该吸收剂用于减轻手表中的相对湿度变化的影响。吸收剂的数量可根据表的体积确定，使得手表对水分的渗透率与利用常规垫片获得的渗透率相当。

在该第三实施例的第三变型中，封闭装置12设置成不可见。为此，图3b中所见的凹部32由罩帽39封闭，该罩帽使用至少一个孔洞39b穿透，从而允许水渗透而作用在可渗透模块36。该变型有利地允许封闭装置12受到保护以防可能发生的任何冲击。为了确保所述罩帽的抗渗性，使用垫片39b。

当然，凹部32可以设置在壳体2的内壁上。壳体2因此设置成在其内壁上具有凹部32’，所述凹部设置有侧壁32a’，在侧壁32a’上设置有可移动地安装的可渗透模块36，如在图3c中所见的。孔2a设置成允许空气或液体与可渗透模块36接触。

事实上，封闭装置12——即可渗透模块36——包括呈开口管状件形式的支承件38，在所述支承件的端部附接隔膜40。支承件38借助于柔性垫片42以悬置方式安装。柔性垫片42的内缘42a附接到管状件38，而外缘42b附接在凹部32’的侧壁32a’。

凹部32’然后由安装在壳体2的内表面上的罩帽39’封闭，该罩帽容许与隔膜40配合，使得当便携式物体1浸没时，水然后将在隔膜40上施加压力并且因此施加机械力，从而引起柔性垫片42的变形。柔性垫片42的这种变形允许可渗透模块36移动并进入与用作凹部的底部的所述罩帽的接触。

罩帽39’可由直接结合在所述罩帽39’中的螺纹或通过螺钉和垫片39a’固定。

在图4和5中所见的第二有利实施例中，需要空气来操作的装置4是海拔计7。海拔计7可以是机械的或电子的并且包括可变形的隔膜7a。

在机械海拔计的情况下，后者包括传输机构7b。隔膜7a能够外部压力的作用下机械地变形，在这种情况下作用在传输装置7b上。传输机构7b因此将代表压力的来自隔膜7a的所述变形移动传递到显示海拔值的显示装置10。

在电子海拔计(未示出)的情况下，后者包括传输电路7c。隔膜7a能够外部压力的作用下机械地变形，在这种情况下作用在传输电路7c上。传输电路7c是允许将隔膜的变形变换为电信号的接口。该电信号被处理成使得显示装置10可使用该信号来显示海拔信息。

有利地，根据本发明，便携式物体1还设置有封闭装置12，从而允许空气在水不渗透的情况下渗透便携式物体的容纳部以与海拔计的隔膜7a互相作用。

在图4中所见的第一变型中，便携式物体的壳体2设置成包括允许大量空气通过的开口116，该开口具有例如5mm的直径，并且位于壳体后盖中。这种情况下，封闭装置12包括在壳体2内设置的高密度隔膜18。为此，壳体的内壁在开口处包括用于高密度隔膜118的凹部120。该凹部120具有侧壁122。侧壁122具有沿侧壁122延伸的沟槽124。沟槽124用于保持所述高密度隔膜118。高密度隔膜118通过由垫片128和罩盖130组成的保持装置126保持。罩盖130附接到壳体内壁，使得垫片128插入到所述罩盖130与高密度隔膜118之间。

也称为“被支承隔膜”或“复合隔膜”的高密度隔膜118由膜118a组成，膜118a由100％防水但可渗透气体的聚合物材料——比如所有塑料——制成。

因此，为了使用膜118a，必须将它设置在支承件118b上，支承件118b也是隔膜但厚得多。该支承隔膜118b是多孔的以使得空气可通过；支承隔膜118b的唯一功能是机械的，因为其唯一目的是用作用于聚合物膜118a的支承。例如，可使用由制成的支承隔膜118b。

为了调整从高密度隔膜118通过的空气流量，起作用的参数是膜118a的厚度。膜118a越薄，流量就会越大，但是膜118a也会越脆，且反之亦然。

一般地，为了使用于便携式物体的内部和外部之间的气体平衡的时间常数在1分钟左右，膜118a的厚度必须在10微米左右。

该特征允许高密度隔膜118用于海拔计，因为平衡时间比较短。短平衡时间允许使用者快速获得所需的海拔值。

在图5中所见的第二变型中，便携式物体的壳体2在其外壁上包括凹部132，在凹部132内设置有封闭装置12和设置在该凹部中的开口。

事实上，封闭装置12——即可渗透模块136——包括呈开口管状件形式的支承件138，在其端部附接有隔膜140。支承件138借助于柔性垫片142以悬置方式安装。在圆管状支承件138的情况下，柔性垫片142也是圆形的。柔性垫片142的内缘142a附接到管状件138，而外缘142b附接到凹部132的侧壁132a。

封闭管状支承件38的端部之一的隔膜140位于与凹部对向的管状支承件的端部处并由可渗透材料制成。使用的一种材料是其具有允许气体通过并且阻挡高达1bar的压力的液体的特征。

封闭装置12操作如下。当便携式物体处于开放气氛中时，空气从可渗透隔膜140通过并且穿透壳体2的开口134以使得可通过隔膜7a进行海拔测量。可渗透模块136然后处于第一位置或休止位置，在该位置没有外部压力施加在柔性垫片142上。

当便携式物体1浸没时，水然后在管状支承件138的隔膜140上施加压力并且因此施加机械力。隔膜140上的这种机械力引起柔性垫片142的变形。柔性垫片142的变形容许可渗透模块136和因此的管状支承件38的移动，使得后者移动并进入与凹部的底部的接触，即进入第二位置或操作位置。这种情况下，隔膜140进入与底部132b的接触。可渗透隔膜140与凹部132的底部132b——即壳体——之间的这种接触甚至在10bar的高压下也引起通路的封闭。

这种封闭装置的优点在于，它可提供用于便携式物体的内部和外部之间的气体平衡的约1秒的时间常数，即空气的流量大，同时仍确保便携式物体的抗渗性。因此，海拔测量如此之快，以致于使用者不必长时间等待以获得精确测量的海拔。

在该第二实施例的第一变型中，凹部132的底部132b设置有称为扁平垫片的第二垫片144。扁平垫片144用于改善对水进入的阻塞。事实上，该扁平垫片144由诸如聚合物或橡胶的塑料类材料制成。扁平垫片144的功能是完全阻塞隔膜的孔隙。

在该第二实施例的第二变型中，除隔膜以外还使用诸如硅胶的吸收剂。该吸收剂用于减轻手表中的相对湿度变化的影响。吸收剂的数量可根据手表的体积确定，使得手表对水分的渗透率与利用常规垫片获得的渗透率相当。

在该第二实施例的第三变型中，封闭装置12设置成不可见。为此，图5b中所见的凹部132由罩帽139封闭，该罩帽使用至少一个孔洞139b穿透，从而允许水渗透而作用在可渗透模块136上。该变型有利地允许封闭装置12受到保护以防可能发生的任何冲击。为了确保所述罩帽的抗渗性，使用垫片139b。

当然，凹部可以设置在壳体2的内壁上。壳体2因此设置成在其内壁上具有凹部132’，所述凹部设置有侧壁132a’，在侧壁132a’上设置有可移动地安装的可渗透模块136，如在图5c中所见的。孔2a设置成允许空气或液体与可渗透模块136接触。

事实上，封闭装置12——即可渗透模块136——包括呈开口管状件形式的支承件138，在其端部附接有隔膜140。支承件138借助于柔性垫片142以悬置方式安装。柔性垫片142的内缘142a附接到管状件138，而外缘142b附接到凹部132’的侧壁132a’。

凹部132’然后由安装在壳体2的内表面上的罩帽139’封闭，该罩帽容许与隔膜140配合，使得当便携式物体1浸没时，水然后将在隔膜140上施加压力并且因此施加机械力，从而引起柔性垫片142的变形。柔性垫片142的这种变形允许可渗透模块136移动并进入与用作凹部的底部的所述罩帽的接触。

罩帽139’可由直接结合在所述罩帽139’中的螺纹或通过螺钉和垫片139a’固定。

显然，可对在本说明书中描述的本发明的各种实施例做出对本领域的技术人员来说显而易见的各种变型和/或改型而不脱离本发明的范围。

Claims (7)

1.一种便携式物体(1)，所述便携式物体包括形成容纳部的壳体(2)，在所述容纳部内设置有需要空气来操作的装置(6)，所述便携式物体还包括封闭装置(12)，所述封闭装置包括至少一个可渗透元件，所述封闭装置设置成在允许所述容纳部内的气氛与外部气氛连通的同时提供对液体的抗渗性，所述壳体(2)包括凹部(32，32’，132，132’)，在所述凹部中形成有贯通开口(34，134)，所述凹部由所述封闭装置封闭，并且所述封闭装置包括可渗透模块(36，136)，所述可渗透模块安装成以这样的方式移动，即在气体环境中，所述可渗透模块处于允许气体经所述可渗透模块穿透所述壳体开口的休止位置，而在液体环境中，所述可渗透模块处于气体和液体被阻塞的操作位置，其特征在于，所述可渗透模块(36，136)包括管状支承件(38，138)，隔膜(40，140)固定在所述管状支承件的端部，所述管状支承件借助于柔性垫片(42，142)以悬置方式安装。

2.根据权利要求1所述的便携式物体，其特征在于，所述隔膜被选择成可渗透的。

3.根据权利要求1所述的便携式物体，其特征在于，所述封闭装置设置在所述便携式物体的外壁上。

4.根据权利要求1所述的便携式物体，其特征在于，所述封闭装置设置在所述便携式物体的内壁上。

5.根据权利要求1所述的便携式物体，其特征在于，所述需要空气来操作的装置是锌空气电池。

6.根据权利要求1所述的便携式物体，其特征在于，所述需要空气来操作的装置是海拔计。

7.根据权利要求1所述的便携式物体，其特征在于，所述封闭装置使所述便携式物体对至少100m的深度是不可渗透的。