EP0899634B1 - Appareillage susceptible d'être immergé et comprenant un transducteur sonore - Google Patents

Appareillage susceptible d'être immergé et comprenant un transducteur sonore Download PDF

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EP0899634B1
EP0899634B1 EP19970114985 EP97114985A EP0899634B1 EP 0899634 B1 EP0899634 B1 EP 0899634B1 EP 19970114985 EP19970114985 EP 19970114985 EP 97114985 A EP97114985 A EP 97114985A EP 0899634 B1 EP0899634 B1 EP 0899634B1
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exterior
transducer
intermediate chamber
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Jean-Pierre Mignot
Paul Dinnissen
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Asulab AG
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Asulab AG
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B37/00—Cases
    • G04B37/0075—Cases with means to enhance sound transmission
    • G—PHYSICS
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B37/00—Cases
    • G04B37/08—Hermetic sealing of openings, joints, passages or slits
    • G04B37/11—Hermetic sealing of openings, joints, passages or slits of the back cover of pocket or wrist watches

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus likely to be immersed in a liquid such as water, such as devices worn on the wrist such as than watches. More particularly, the invention relates to such apparatus in the case of which is mounted a sound transducer.
  • the object of the invention is to provide an apparatus for type indicated above fitted with a sound transducer so that we can work with a broad spectrum sound, in particular the sound spectrum corresponding to the speech, while ensuring a high degree of tightness.
  • the membrane when the switchgear is out of the liquid, the membrane is mounted so that you can vibrate freely under the action of the sound energy to be received and / or emitted.
  • the apparatus being submerged, the membrane can deform under the action of hydrostatic pressure, certainly without ability to transmit sound energy, but protected against any deterioration due to the support provided by the support organ.
  • the invention will be illustrated in its application to a timepiece such as a wristwatch. It is clear, however, that the invention can be applied to any other apparatus must include at least one sound transducer, the apparatus also being capable of being submerged in a liquid such as water to a depth predetermined. Furthermore, in the example described, the sound transducer is a microphone, however a sound reproduction transducer can also be advantageously used with the invention.
  • the apparatus or watch 1 is mounted on a plate 8, the latter resting on the bottom 9 of the housing 2.
  • the plate 8 has an opening 10, of circular shape, in which is mounted microphone 11.
  • This can be of any type suitable, an electret microphone being preferred for its small dimensions. As an indication, such microphone can have a diameter of about 6 mm and a height of about 2 mm.
  • the microphone itself dit is encased in a cup 12 whose bottom 12a is drilled with holes 13 and acts as a support member.
  • the microphone 12 either a simple cylindrical body resting on a plate with through holes.
  • the opening 10 made in the plate 8 is provided above an inlet cavity 14, of general shape circular and opening out through a right-angled channel 15 to outside.
  • a first mounting ring 16 which, with a second mounting ring 17, is intended for hold a circular membrane 18 pinched or fixed with a another way between the two rings.
  • This membrane 18 thus sealingly separates the inlet cavity 14 from a intermediate chamber 19 communicating through the holes 13 with the microphone 11, while transmitting the sound vibrations coming from outside to this one.
  • the mounting ring 16 defines the volume of the chamber intermediate 19.
  • the mounting ring 17 is further axially resting against a shoulder 20 surrounding the inlet cavity 14.
  • the membrane 18 can be directly glued or fixed with a other way to ring 16 and ring 17 can be omitted.
  • the first mounting ring 16 has a radial groove 21 formed in its thickness.
  • the bottom 9 has on its side a groove 22 which follows the groove 21 and which leads to a pressure balancing pad 23. This can be mounted against a radial shoulder 24 provided on the side internal of a hole 25 made in the plate 8 on the external side from which the groove 22 opens.
  • the chamber 19 is thus in communication with the chip 23.
  • This tablet 23 is impermeable to liquids such as water but it is permeable to gases such as air at provided that the gas pressure changes slowly. All sudden change in gas pressure is therefore blocked by this patch. This can be done by example in sintered Teflon® or ceramic.
  • the case 2 of watch 1 also includes a device 26 communication of its interior space with the exterior.
  • this is a passage 27 in the plate 8 and bottom 9 and closed by a pad 28 which, like the pad 23, is impermeable to liquids such as water, but permeable to gases whose pressure varies slowly. It can be made in the same material as tablet 23.
  • the device thus arranged for communication of the intermediate chamber 19 with the outside only for slow variations in static gas pressure surrounding, keeps the membrane 18 operational, even if the watch is brought by the carrier at different altitudes or is carried in climatic conditions inducing such variations slow.
  • the pads 23 and 28 constitute low-pass filters which do not allow passage that variations in the pressure of gases such as air, very low frequency, typically 1/10 Hz and less.
  • room 19 is first in communication with the inside of box 2 and cannot communicate with outside (always only for low static gas pressure) only through the communication device 26.
  • This arrangement is preferred here since the watch described may include other organs also requiring compensation slow pressure. It can be for example a sound reproduction transducer.
  • the placing device in communication 26 can then be used for both transducers at the same time, which minimizes places in the case where communication to the exterior exists for gases such as air.
  • the membrane 18 is made of a little material elastic and it is not stretched between the rings of mounting 16 and 17 in order to guarantee freedom of vibration as wide as possible.
  • Material particularly suitable for membrane 18 is the Mylar®, its thickness can be between 2 and 50 ⁇ m, a preferred value being 10 ⁇ m. Its diameter is one little higher than that of microphone 11. Note that a such a membrane can transmit vibrations in a frequency range from 200 Hz to 5 kHz.
  • the behavior of the membrane 18 is as follows.
  • the membrane 18 When the watch is worn out of the water, the membrane 18 has a flat configuration in which it is distant from the grid formed by the bottom 12a of the cup 12. It can thus transmit without disturbances sound vibrations coming from outside to room 19 and from there to microphone 11 at through the holes 13 made in the bottom 12a.
  • the membrane 18 will deform due to an abrupt variation of the differential pressure, to assume a curved shape towards the bottom 12a, the path of pressure compensation described above not reaching fairly quickly to balance the difference in pressures. From a certain hydrostatic pressure value, the deformation of the membrane will be such that it will apply against the bottom 12a of the cup 12, this last forming an effective support preventing any deterioration, and in particular an irreversible deformation, membrane 18.
  • the transducer is a speaker
  • the characteristics of the membrane including thickness, diameter and material of which it is incorporated, will be adapted accordingly.

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Description

La présente invention est relative à un appareillage susceptible d'être immergé dans un liquide tel que l'eau, comme par exemple les appareillages portés au poignet tels que les montres. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel appareillage dans le boítier duquel est monté un transducteur sonore.
Pour pouvoir garantir l'étanchéité des montres portées au poignet à une profondeur d'immersion qui peut atteindre nominalement une trentaine de mètres, il est déjà connu de monter un transducteur acoustique dans le boítier de la montre sans qu'il soit prévu une voie de communication entre le transducteur et l'extérieur susceptible de conduire directement les ondes sonores (CH-A-375 664). Un tel montage présente l'avantage de garantir une très bonne étanchéité de la montre. Par contre, l'énergie acoustique devant parvenir au transducteur ou en provenir à travers la paroi pleine du boítier, cette solution n'est possible que si on se contente d'une qualité sonore médiocre. En effet, la bande de fréquences utilisable est alors limitée aux fréquences qui parviennent à traverser cette paroi. Pratiquement, on doit travailler avec les fréquences de résonance du transducteur, ces fréquences ne pouvant être transmises efficacement à travers une paroi du boítier que si elles correspondent à une fréquence de résonance de cette paroi. Ceci limite nécessairement la gamme de fréquences pouvant être transmise et n'est donc pas adapté à la reproduction et/ou la réception de sons complexes tels que la parole ou la musique. On notera également qu'une telle paroi amortit de façon gênante la transmission des sons émis ou reçus par le transducteur.
L'invention a pour but de fournir un appareillage du type indiqué ci-dessus muni d'un transducteur sonore monté de manière à pouvoir travailler avec un large spectre sonore, notamment le spectre sonore correspondant à la parole, tout en garantissant un haut degré d'étanchéité.
L'invention a donc pour objet un appareillage portable étanche capable de subir une immersion jusqu'à une profondeur prédéterminée d'un liquide tel que l'eau, notamment montre étanche, comportant un boítier dans lequel est monté un transducteur sonore de manière à communiquer de façon étanche aux fluides avec l'extérieur du boítier par l'intermédiaire d'énergie sonore caractérisé en ce que
  • ledit transducteur sonore est monté dans ledit boítier en regard d'une membrane déformable le séparant de façon étanche d'une cavité d'entrée qui est ménagée dans ledit boítier et en communication directe avec l'extérieur, et en ce qu'entre la membrane et ledit transducteur sonore est ménagée une chambre intermédiaire admettant une déformation de ladite membrane sous l'action d'une pression statique extérieure et délimitée côté transducteur par un organe de soutien monté fixe dans le boítier et susceptible de limiter la déformation de la membrane en cas d'application de ladite pression statique extérieure.
Grâce à ces caractéristiques, lorsque l'appareillage se trouve hors du liquide, la membrane est montée de manière à pouvoir vibrer librement sous l'action de l'énergie sonore à recevoir et/ou à émettre. En revanche, l'appareillage étant immergé, la membrane peut se déformer sous l'action de la pression hydrostatique, certes sans pouvoir transmettre l'énergie sonore, mais protégée contre toute détérioration en raison du support assuré par l'organe de soutien.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel :
  • la figure unique montre une vue en coupe partielle d'une pièce d'horlogerie conçue selon l'invention et munie à titre d'exemple d'un transducteur microphonique.
Dans la description qui va suivre, l'invention sera illustrée dans son application à une pièce d'horlogerie telle qu'une montre bracelet. Il est clair cependant que l'invention peut s'appliquer à tout autre appareillage devant comprendre au moins un transducteur sonore, l'appareillage étant en outre susceptible d'être immergé dans un liquide tel que l'eau jusqu'à une profondeur prédéterminée. En outre, dans l'exemple décrit, le transducteur sonore est un microphone, cependant qu'un transducteur de reproduction sonore peut également être utilisé avantageusement avec l'invention.
Ceci étant, on voit représentée sur la figure unique, une vue en coupe d'une montre bracelet 1 dont on garantit l'étanchéité jusqu'à une profondeur d'eau prédéterminée, une profondeur de 30 m étant une valeur prévue souvent en pratique.
On reconnaít de la montre 1 sur la figure unique le boítier 2, le verre 3, les aiguilles 4 et 5, le cadran 6 ainsi que certaines pièces du mécanisme de mise à l'heure 7. Tous ces éléments, ainsi que ceux non visibles sur le dessin, comme le circuit intégré, le quartz, le moteur miniature, le rouage etc. sont classiques et n'ont donc pas à être décrits ici. Bien que cela ne soit pas une application limitative de l'invention, l'appareillage selon l'invention muni du transducteur microphonique pourra avantageusement être une montre formant téléphone portable.
Dans le cas représenté, l'appareillage ou montre 1 selon l'invention, est monté sur une platine 8, celle-ci reposant sur le fond 9 du boítier 2. La platine 8 présente une ouverture 10, de forme circulaire, dans laquelle est montée un microphone 11. Celui-ci peut être de tout type approprié, un microphone à électret ayant la préférence pour ses faibles dimensions. A titre indicatif, un tel microphone peut avoir un diamètre d'environ 6 mm et une hauteur d'environ 2 mm.
Dans l'exemple représenté, le microphone proprement dit est enchâssé dans une coupelle 12 dont le fond 12a est percé de trous 13 et fait office d'organe de soutien. Cependant, il est également possible que le microphone 12 soit un simple corps cylindrique reposant sur une plaquette présentant des trous traversants.
L'ouverture 10 pratiquée dans la platine 8 est prévue au-dessus d'une cavité d'entrée 14, de forme générale circulaire et débouchant par un canal à angle droit 15 à l'extérieur.
A la périphérie de la face externe du fond 12a de la coupelle 12 est collée une première bague de montage 16 qui, avec une seconde bague de montage 17, est destinée à tenir une membrane circulaire 18 pincée ou fixée d'une autre manière entre les deux bagues. Cette membrane 18 sépare ainsi de façon étanche la cavité d'entrée 14 d'une chambre intermédiaire 19 communiquant à travers les trous 13 avec le microphone 11, tout en transmettant les vibrations sonores venant de l'extérieur à celui-ci. La bague de montage 16 délimite le volume de la chambre intermédiaire 19. La bague de montage 17 est en outre axialement en appui contre un épaulement 20 entourant la cavité d'entrée 14. Selon une variante de réalisation, la membrane 18 peut être directement collée ou fixée d'une autre manière à la bague 16 et la bague 17 peut être omise.
Dans l'exemple illustré, la première bague de montage 16 présente une rainure radiale 21 ménagée dans son épaisseur. Le fond 9 présente de son côté une rainure 22 qui fait suite à la rainure 21 et qui débouche sur une pastille 23 d'équilibrage de pression. Celle-ci peut être montée contre une épaulement radial 24 prévu du côté interne d'un trou 25 pratiqué dans la platine 8 sur le côté externe duquel débouche la rainure 22. La chambre 19 est ainsi en communication avec la pastille 23.
Cette pastille 23 est étanche aux liquides tels que l'eau mais elle est perméable aux gaz tels que l'air à condition que la pression du gaz varie lentement. Toute variation brusque de la pression gazeuse est donc bloquée par cette pastille. Celle-ci peut être réalisée par exemple en Teflon® fritté ou en céramique.
Dans l'exemple décrit, le boítier 2 de la montre 1 comporte également un dispositif 26 mettant en communication son espace intérieur avec l'extérieur. Pratiquement il s'agit d'un passage 27 ménagé dans la platine 8 et le fond 9 et obturé par une pastille 28 qui, comme la pastille 23, est étanche aux liquides tels que l'eau, mais perméable aux gaz dont la pression varie lentement. Elle peut être faite dans la même matière que la pastille 23.
Plusieurs variantes peuvent être envisagées pour mettre la chambre 19 en communication avec l'extérieur seulement pour des variations très faibles de la pression gazeuse. Ainsi :
  • la rainure 22 peut être omise, et le gaz diffuser par un chemin de fuite entre la surface frontale de la bague 16 et la surface du fond 12a;
  • il peut n'y avoir qu'une seule communication avec l'extérieur à travers une pastille telle que la pastille 28 montée comme représentée sur la figure, la rainure 22 communiquant avec l'intérieur de la montre;
  • la coupelle 12 peut être montée dans son logement du boítier 2 de manière à laisser un chemin de fuite le long de sa paroi extérieure pour faire diffuser les gaz à faible variation de pression vers l'extérieur le long de sa paroi extérieure.
Le dispositif ainsi agencé de mise en communication de la chambre intermédiaire 19 avec l'extérieur uniquement pour de variations lentes de la pression statique des gaz environnants, permet de maintenir la membrane 18 opérationnelle, même si la montre est amenée par le porteur à des altitudes différentes ou est portée dans des conditions climatiques induisant de telles variations lentes.
On peut noter qu'en quelque sorte les pastilles 23 et 28 constituent des filtres passe-bas ne laissant passer que les variations de pression des gaz tels que l'air, de très basse fréquence, typiquement de 1/10 Hz et moins.
Il est à noter que dans le présent exemple de réalisation, la chambre 19 est d'abord en communication avec l'intérieur du boítier 2 et ne peut communiquer avec l'extérieur (toujours uniquement pour de faibles variations de la pression statique des gaz) qu'à travers le dispositif de mise en communication 26. Cet agencement est ici préféré puisque la montre décrite peut comporter d'autres organes nécessitant également une compensation lente de pression. Il peut s'agir par exemple d'un transducteur de reproduction sonore. Le dispositif de mise en communication 26 peut alors servir pour les deux transducteurs à la fois, ce qui réduit au minimum les endroits dans le boítier où une communication vers l'extérieur existe pour les gaz tels que l'air.
La membrane 18 est réalisée en un matériau peu élastique et elle n'est pas tendue entre les bagues de montage 16 et 17 afin d'en garantir une liberté de vibration aussi étendue que possible. Une matière particulièrement appropriée pour la membrane 18 est le Mylar®, son épaisseur pouvant être comprise entre 2 et 50 µm, une valeur préférée étant 10 µm. Son diamètre est un peu supérieur à celui du microphone 11. On notera qu'une telle membrane peut transmettre des vibrations dans une gamme de fréquences allant de 200 Hz à 5 kHz.
Le comportement de la membrane 18 est le suivant.
Lorsque la montre est portée hors de l'eau, la membrane 18 présente une configuration plate dans laquelle elle est distante de la grille formée par le fond 12a de la coupelle 12. Elle peut ainsi transmettre sans perturbations les vibrations sonores venant de l'extérieur vers la chambre 19 et de là vers le microphone 11 à travers les trous 13 pratiqués dans le fond 12a.
En revanche, lorsque la montre vient à être immergée, la membrane 18 se déformera en raison d'une brusque variation de la pression différentielle, pour assumer une forme bombée en direction du fond 12a, le trajet de compensation de pression décrit ci-dessus ne parvenant pas assez rapidement à équilibrer la différence des pressions. A partir d'une certaine valeur de pression hydrostatique, la déformation de la membrane sera telle qu'elle va s'appliquer contre le fond 12a de la coupelle 12, ce dernier formant un soutien efficace empêchant toute détérioration, et notamment une déformation irréversible, de la membrane 18.
On notera que dans le cas où le transducteur est un haut-parleur, les caractéristiques de la membrane notamment l'épaisseur, le diamètre et le matériau dont elle est constituée, seront adaptés en conséquence.

Claims (12)

  1. Appareillage portable étanche capable de subir une immersion jusqu'à une profondeur prédéterminée de liquide tel que l'eau, notamment montre étanche, comportant un boítier (2) dans lequel est monté un transducteur sonore (11) de manière à communiquer de façon étanche aux fluides avec l'extérieur du boítier (2) par l'intermédiaire d'énergie sonore caractérisé en ce que
    ledit transducteur sonore (11) est monté dans ledit boítier (2) en regard d'une membrane déformable (18) le séparant de façon étanche d'une cavité d'entrée (14, 15) qui est ménagée dans ledit boítier (2) et en communication directe avec l'extérieur, et en ce qu'entre la membrane (18) et ledit transducteur (11) est ménagée une chambre intermédiaire (19) admettant une déformation de ladite membrane sous l'action d'une pression statique extérieure et délimitée côté transducteur par un organe de soutien (12a) monté fixe dans le boítier et susceptible de limiter la déformation de la membrane en cas d'application de ladite pression extérieure.
  2. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe de soutien est une plaquette (12a) percée de trous (13) pour laisser passage à l'énergie sonore transmise à partir de ladite chambre d'entrée (14, 15) par l'intermédiaire de ladite membrane (18) ou transmise en sens inverse.
  3. Appareillage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaquette constitue le fond (12a) d'une coupelle (12) dans laquelle est disposée ledit transducteur sonore (11).
  4. Appareillage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite membrane (18) est maintenue entre deux bagues de montage (16, 17) fixées sur ledit organe de soutien (12a), la bague (16) se trouvant du côté dudit transducteur (11) déterminant intérieurement le volume de ladite chambre intermédiaire (19).
  5. Appareillage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite chambre intermédiaire (19) est mise en communication avec l'èxtérieur à travers des moyens (23) n'admettant une circulation gazeuse qu'en présence de variations lentes de la pression différentielle entre ladite chambre intermédiaire (19) et l'extérieur.
  6. Appareillage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens admettant une circulation gazeuse sont formés par au moins une pastille (23).
  7. Appareillage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens admettant une circulation gazeuse sont formés par un chemin de fuite reliant ladite chambre intermédiaire (19) à l'extérieur.
  8. Appareillage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ladite chambre intermédiaire (19) communique avec l'intérieur dudit boítier (2) à travers une première desdites pastilles (23) et en ce que le volume interne dudit boítier (2) communique avec l'extérieur à travers une seconde (28) desdites pastilles.
  9. Appareillage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite membrane (18) est réalisée en Mylar®.
  10. Appareillage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ladite membrane (18) présente une épaisseur choisie entre 2 et 50 µm, et de préférence une épaisseur de 10 µm.
  11. Appareillage suivant l'une quelconque des revendications 6 et 8 à 10, caractérisé en ce que ladite pastille est réalisée en Teflon® fritté ou en céramique.
  12. Appareillage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit transducteur sonore est un microphone (11) ou un haut-parleur.
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