KR20180021886A - 팽창형 ptfe 복합재를 사용한 진동 음향 커버 - Google Patents

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KR20180021886A
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라이언 케날리
발레리 레지나 비네띠
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더블유.엘. 고어 앤드 어소시에이트스, 인코포레이티드
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Abstract

음향 반응성 복합재(acoustically reactive composite)는 팽창형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 멤브레인을 포함할 수 있고, 이 ePTFE 멤브레인은 엘라스토머가 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 함침되어 있는 고도로 피브릴화된 미세구조(highly fibrillated microstructure)로 형성된다. 상기 복합재는 음향 손실이 1 kHz에서 7 dB 미만, 물 유입 압력(WEP)이 적어도 20 PSI일 수 있다. 음향 디바이스를 보호하기 위한 층상 어셈블리는 전술한 음향 반응성 복합재와, 음향 공동을 규정하도록 배열되는 접착제층을 포함할 수 있다. 음향 디바이스는 전술한 음향 반응성 복합재 또는 층상 어셈블리를 포함할 수 있으며, 음향 반응성 복합재 또는 층상 어셈블리는 음향 디바이스의 트랜스듀서에 근접한 음향 공동에 걸쳐 있도록 배열된다.

Description

팽창형 PTFE 복합재를 사용한 진동 음향 커버
<관련 출원과의 교차 참조>
본 출원은 2015년 6월 30일에 출원한 발명의 명칭이 "Vibro Acoustic Cover Using Expanded PTFE Composite"인 미국 가출원 일련번호 제62/186492호를 우선권 주장하며, 이 우선권 주장 출원의 개시내용은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
<발명의 분야>
본 개시내용은 복합 멤브레인 및 복합 멤브레인을 포함한 보호용 커버의 분야에 관한 것이다.
셀룰러폰, 페이저, 라디오, 보청기, 헤드셋, 바코드 스캐너, 디지털 카메라 등의 전자 디바이스는 사운드 전달을 위해 음향 트랜스듀서(벨, 스피커, 마이크, 버저, 라우드스피커 등) 위에 소형 개구부를 배치한 인클로저를 갖도록 설계된다. 먼지 및 물의 침입으로 인한 손상으로부터 트랜스듀서를 보호하기 위해 개구부 위에 보호용 음향 커버가 배치된다.
공지된 보호용 음향 커버는 무공성(non-porous) 필름 및 팽창형 PTFE(expanded PTFE, ePTFE)와 같은 미세 다공성 멤브레인을 포함한다. 보호용 음향 커버는 미국 특허 제6,512,834호 및 미국 특허 제5,828,012호에도 기재되어 있다. 일부 이러한 커버는 W.L. Gore & Associates사의 부품번호: GAW 324, GAW 325로서 시중에서 판매되고 있다.
보호용 커버는 사운드를 두 가지 방식으로 전달할 수 있는데, 첫번째는 저항성 보호용 커버라고 알려진 것으로서, 음파를 통과시키는 방식이고, 두번째는 진동음향 또는 반응성 보호용 커버라고 알려진 것으로서, 음파를 생성하기 위해 진동시키는 방식이다.
트랜스듀서의 음향 성능을 유지하기 위해, 보호용 음향 커버는 물의 침입에 대한 높은 내성을 제공하고 물 또는 다른 액체의 침수를 막으면서 사운드 감쇠를 최소화해야 한다. 또한, SWB(Super Wide Band) HD(고선명) 음성 호출(voice call)을 가능하게 하는 보호용 음향 커버를 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 본 개시내용의 팽창형 PTFE 복합재를 사용하여 제조된 진동 음향 보호용 커버가 상기한 요구를 만족시킨다.
일부 실시형태에 따르면, 본 개시내용은 실질적으로 피브릴만의 미세구조를 갖는 ePTEF 멤브레인과, 상기 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 함침되어 복합재(composite)를 형성하는 엘라스토머를 갖는 음향 반응성 복합재(acoustically reactive composite)를 제공하고, 상기 복합재는 음향 손실이 1 kHz에서 7 dB 미만이며, 상기 복합재는 WEP가 약 20 PSI 이상이다. 바람직하게는, 상기 복합재는 질량이 약 1.5 그램(g)/m2이며, 상기 ePTFE 멤브레인은 두께가 약 3.2 미크론이고, 상기 ePTFE 멤브레인은 매트릭스 인장 강도(MTS)가 세로 방향으로 약 655 MPa, 가로 방향으로 약 310 MPa이며, 상기 복합재는 엘라스포머를 약 20 중량% 내지 약 90 중량% 갖고, 상기 복합재는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 및 제2 면 중 적어도 한쪽 면 상에 엘라스토머층을 더 포함하고, 상기 엘라스토머층은 두께가 약 2 미크론이며, 상기 ePTFE 멤브레인은 두께가 약 25 미크론 미만이고, 상기 복합재는 공진 피크가 15 kHz보다 크다. 다른 양태에 있어서, 본 개시내용은 본 명세서에 설명하는 음향 반응성 복합재를 갖는 마이크 및 스피커를 제공한다.
일부 다른 실시형태에 따르면, 본 개시내용은 접착제층과 함께 음향 반응성 복합재를 포함하는 층상 어셈블리(layered assembly)를 제공하며, 상기 층상 어셈블리는 음향 공동을 규정한다. 음향 반응성 복합재는 고도로 피브릴화된 미세구조(highly fibrillated microstructure)를 갖는 ePTFE 멤브레인 및 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 함침된 엘라스토머로 형성된다.
일부 다른 실시형태에 따르면, 본 개시내용은 트랜스듀서 및 이 트랜스듀서에 근접한 음향 공동을 갖는 음향 디바이스와 관련하여 전술한 음향 반응성 복합재를 포함하는 음향 디바이스를 제공하며, 상기 음향 반응성 복합재층은 음향 공동에 걸쳐 있다. 일부 실시형태에 있어서, 음향 반응성 복합재는 또한 음향 디바이스의 하우징 내의 음향 채널에 걸쳐 있다.
도 1은 일부 실시형태에 따른, 음향 보호용 커버 구성의 측단면도이다.
도 2a는 일부 실시형태에 따라, 엘라스토머가 완전히 함침된 ePTFE 매트릭스를 갖는 ePTFE 복합재의 일례를 도시한다.
도 2b는 일부 실시형태에 따른 ePTFE 복합재의 일례를 도시하며, 이 복합재는 엘라스토머가 완전히 함침된 ePTFE 매트릭스를 가지며 엘라스토머성 코팅(elastomeric coating)이 복합재의 한면에 실질적으로 코팅되어 있다.
도 2c는 일부 실시형태에 따른 ePTFE 복합재의 일례를 도시하며, 이 복합재는 엘라스토머가 완전히 함침된 ePTFE 매트릭스를 가지며 엘라스토머성 코팅이 복합재의 양면에 코팅되어 있다.
도 3은 일부 실시형태에 따른 주파수 응답 테스트 장치의 일례의 측단면도이다.
도 4a는 엘라스토머가 함침된 ePTFE 매트릭스를 포함하는 복합재의 제1 표면의 주사 전자현미경 사진(SEM)을 보여준다.
도 4b는 도 4a의 복합재의 제2 표면의 SEM을 보여준다.
도 4c는 도 4a와 도 4b의 복합재의 단면의 SEM을 보여준다.
도 5는 일부 실시형태에 따른, 음향 응답의 일례를 도시한다.
도 6은 음향 디바이스의 일례의 개략 측면도로서, 음향 디바이스 및 하우징과 함께 보호용 음향 커버를 도시하고 있다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태로도 가능하지만, 특정 실시형태가 도면에 예로 도시되고 이하에 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명을 설명하는 특정 실시형태로 제한하려는 의도는 아니다. 반면, 본 발명은 모든 변형, 등가물 및 대안을 포함하는 것이 의도된다.
여기에 설명하는 다양한 실시형태는 물 침투로부터의 보호를 포함한 적절한 환경적 보호를 제공하면서 최소의 사운드 감쇠 및 선택사항으로서 SWB HD 음성 호출을 가능하게 하는 보호용 음향 커버, 및 이러한 보호용 음향 커버의 제조 방법을 제공한다.
일부 실시형태에 따른 PTFE 복합재는 멤브레인 매트릭스 내에 엘라스토머가 완전히 함침된 미세 다공성 팽창형 PTFE(ePTFE) 멤브레인 매트릭스를 포함한다. 이 복합재는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 선택사항으로서 복합재의 제1 표면 또는 제2 표면에 또는 양 표면에 얇은 엘라스토머층이 존재한다.
도 1은 실시형태에 따라 음향 디바이스(102)가 장착된 음향 보호용 커버 어셈블리(110)의 조립체(100)의 일례를 도시한다. 도시하는 바와 같이, 음향 보호용 커버 어셈블리(110)는 복합재(112)(다양한 예와 관련해서 설명하는 ePTFE 복합재)와, 음향 보호용 커버 어셈블리를, 예컨대 스피커 또는 리시버와 같은 음향 디바이스(102)에 고정하기 위한 접착제층(114)(예컨대, 접착제의 링)를 포함한다. 음향 디바이스(102)는 접착제층(114)이 부착되는 디바이스 본체(106)와, 트랜스듀서(104)를 포함할 수 있다. 복합재(112)는 음향 반응성, 즉 사운드를 발생시키기 위해 진동할 수 있다.
복합재(112)를 형성하기에 적합한 ePTFE 멤브레인 및 연관된 제조 기술은 예컨대 미국 특허 번호: 제5,476,589호 또는 미국 특허 번호: 제7,306,729호에 기재되어 있으며, 이들 특허문헌의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다. 이들 특허의 ePTFE 멤브레인의 고도로 피브릴화된 특성이 유리하다. 즉, 이 멤브레인은 크로스오버 포인트에서 융합된 실질적으로 피브릴만의 미세구조를 갖는다. 종래의 노드 및 피브릴의 ePTFE 미세구조와는 달리, 본 명세서에 설명하는 ePTFE 멤브레인의 고도로 피브릴화된 미세구조는 실질적으로 피브릴만으로 이루어진, 즉 노드가 존재하지 않는 피브릴로 이루어진 다공성 미세구조를 형성하거나 미세구조는 실질적으로 노드가 없다.
일부 실시형태에 있어서, ePTFE 멤브레인은 두께가 25 미크론 미만이며, 바람직하게는 15 미크론 미만이고, 보다 바람직하게는 5 미크론 미만이다.
일부 실시형태에 있어서, ePTFE 멤브레인은 질량이 5 g/m2 미만이며, 바람직하게는 3 g/m2 미만이고, 보다 바람직하게는 2.5 g/m2 미만이며, 가장 바람직하게는 1 g/m2이다.
일부 실시형태에 있어서, ePTFE 멤브레인은 2개의 직교 방향의 매트릭스 인장 강도의 곱(product)이 약 1.3×105 MPa2보다 크다. 복합재는 고상의 중합체 이형 필름에 의해 지지되는 ePTFE 멤브레인을 포함하는 기재(substrate)에 엘라스토머/ 용매 코팅 조성물을 도포하여 만들어질 수 있다. 그 결과 생성된 복합재는 피브릴화된 ePTFE 멤브레인 매트릭스 내에 완전히 함침된 엘라스토머를 가지며, 여기서 엘라스토머는 ePTFE 멤브레인 매트릭스의 공극을 실질적으로 채운다. 완전히 함침된 복합재에 일부 무충전 보이드가 존재할 수도 있지만, 일반적으로 완전히 함침된 복합 멤브레인은 공기에 대해 무공성일 것이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시하는 바와 같이, 다양한 실시형태에 따라, 선택사항으로서 복합재의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 엘라스토머층이 존재한다. 예를 들어, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 고도로 피브릴화된 ePTFE 매트릭스(202)가 제1 양의 엘라스토머(204a)와 결합되어 완전히 함침된 ePTFE/엘라스토머 복합재(112a)를 형성할 수 있으며, 엘라스토머는 실질적으로 복합재층(206) 내에 포함된다. 함침될 때에 복합재층(206)을 통과하는 유효한 공기 흐름은 없다. 예를 들어, 복합재층(206)은 대략 10,000초의 걸리 수(Gurley number)를 가질 수 있다. 다른 예에 있어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 고도로 피브릴화된 ePTFE 매트릭스(202)가 제2 양의 엘라스토머(204b)와 결합되어 복합재층(206) 및 버터 코트라고도 칭해질 수 있는 단일 엘라스토머성 코팅(208)을 갖는 제2 완전 함침 ePTFE/엘라스토머 복합재(112b)를 형성할 수 있다. 엘라스토머층의 두께는 5 미크론 미만이고, 보다 바람직하게는 3 미크론 미만이며, 가장 바람직하게는 2 미크론 미만이다. 단일 엘라스토머성 코팅(208)의 추가는 예컨대 물의 유입 압력(WEP)을 증가시킴으로써 복합재(112b)의 성능 특성에 영향을 미칠 수 있다. 세 번째 예로, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 고도로 피브릴화된 ePTFE 매트릭스(202)가 제3 양의 엘라스토머(204c)와 결합되어 제3 완전 함침 ePTFE/엘라스토머 복합재(112c)를 형성할 수 있다. 제3 예의 완전 함침 ePTFE/엘라스토머 복합재(112c)는 복합재층(206)이 개재된 제1 엘라스토머성 코팅(208)과 제2 엘라스토머성 코팅(210)을 갖는다. 제1 및 제2 엘라스토머성 코팅(208, 210) 둘 다를 갖는 제3 복합재(112c)의 실시형태는 실질적으로 엘라스토머성 코팅이 없는 실시형태(예컨대, 도 2a의 112a) 또는 하나의 엘라스토머성 코팅을 갖는 실시형태(예컨대, 도 2b의 112b)에 비해 더욱 증가된 WEP를 가질 수 있다. 적용 요건에 따라 특정 실시형태가 선택될 수 있는데, 예를 들면 음향 전달이 가장 중요한 설계 기준이라면 제1 복합재(112a)와 유사한 복합재층이 선택될 수 있고, WEP가 보다 중요한 기준이라면 제2 또는 제3 복합재(112b, 112c)와 유사한 복합재층이 선택될 수 있다.
당업계에 공지된 임의의 통상적인 기술을 사용하여 코팅 조성물이 ePTFE 멤브레인 매트릭스에 도포된다. 적합한 기술의 비제한적인 예는 스프레이, 커튼 코팅, 침지, 로드 코팅, 블레이드 코팅, 전사 롤 코팅, 와이어 와운드 바 코팅, 리버스 롤 코팅, 사이즈 프레스, 프린팅, 브러싱, 드로잉, 슬롯 다이 코팅, 용액 코팅 또는 흡수(imbibing) 및 압출(extrusion)을 포함한다.
추가의 비제한적 실시형태에 있어서, 코팅 조성물이 기재에 도포되었으면, 선택사항으로서 용매가 예컨대 건조 또는 증발로 제거된다. 용매 제거는 당업계에 공지된 다양한 통상의 건조 기술에 의해 달성된다. 비제한적 실시형태에 있어서, 코팅된 기판을 대기온도(ambient) 내지 300 화씨도 범위의 온도로 강제 공기(forced air)에 노출시킴으로써 코팅이 건조될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 코팅된 기재를 강제 가스, 예컨대 불활성 가스에 노출시킴으로써 코팅을 건조할 수도 있다.
일반적으로 엘라스토머는 낮은 계수를 갖는 재료의 세트 중에서 선택되며, 따라서 최종 복합재의 강성에 미치는 직접 기여는 무시할만하다. 엘라스토머는 치수 안정성과 강도를 복합재에 부여한다.
엘라스토머는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 또는 올레핀계, 또는 염화비닐계, 또는 우레탄계, 또는 이미드계. 또는 아미드계 중합체 등의 스티렌계 열가소성 엘라스토머이다. 일부 실시형태에서는 실리콘 엘라스토머, 바람직하게는 열가소성 실리콘 또는 플루오로-실리콘뿐만 아니라 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로메틸 비닐 에테르 공중합체, 예컨대 미국 특허 번호: 제7462675호에 기재된 재료도 사용된다.
엘라스토머는 최종 복합재 중의 엘라스토머의 중량비가 15 %와 90 %의 사이가 되도록 ePTFE 멤브레인의 피브릴화된 PTFE 매트릭스에 함침된다. 바람직하게는, 중량비는 0.2(20 %)보다 크고, 가장 바람직하게는 중량비는 0.4(40 %)보다 크다. 중량비는 복합재 중의 엘라스토머의 중량을 복합재의 총 중량으로 나눈 값으로 정의된다.
테스트 방법
음향 응답
도 3은 음향 응답 측정 테스트 셋업(300)의 일례의 개략도이다. 음향 커버 샘플을 테스트하는데 다음의 방법을 사용하였다. 샘플 홀더 플레이트(344) 상의 원형 개구부(348)(직경 2mm) 위에 접착제(314)로 샘플(312)을 배치하였다. 샘플(312)은 내부 드라이버 또는 스피커(도시 생략)로부터 약 6.5 cm의 거리에 있는 B & K 타입 4232 무반향 테스트 박스 내에 배치되었다. 스피커는 100 Hz 내지 20 kHz의 주파수 범위에서 1 Pa의 음압(94 dB SPL)으로 외부 자극을 생성하도록 설정되었다. 음향 응답은 다음의 조건, 즉 (a) 개구부(348)가 음향 보호용 커버 샘플(312)로 덮이지 않은 조건과, (b) 개구부(348)가 음향 보호용 커버 샘플(312)로 덮인 조건 하에서 Knowles SPU0410LR5H MEMS 측정 마이크(46)로 측정되었다. 측정 마이크(46)의 트랜스듀서(352)는 원형 개구부(348)와 유체 연통한다. 응답의 차이는 보호용 커버로 인한 음향 손실로서 (특정 주파수에서) dB로 작성되었다. 진동 멤브레인 커버는 멤브레인의 고유 주파수에 대응하는 공진 피크를 생성한다. 공진 피크는 마이크에서 가장 높은 음압 레벨(SPL)을 생성하는 주파수 스펙트럼 내의 포인트로 정의되었다. 경우에 따라, 공진 피크에서의 음압 레벨은 개구부가 덮이지 않은 상태에서 달성된 음압 레벨을 초과할 수 있다.
물 유입 압력(Water Entry Pressure, WEP)
WEP는 물질을 통과한 물의 침투에 관련된다. WEP 값은 다음 절차에 따라 결정되었다. 테스트 샘플(직경 1.5 mm의 원형 멤브레인 샘플)을 클램프에 의해 샘플 홀더 상에 유지하였다. 그런 다음 물로 샘플을 가압하였다. 멤브레인을 통과해 물이 새는 압력을 물 유입 압력으로 기록하였다.
실시예
실시예 1
고도로 피브릴화된 팽창형 PTFE(ePTFE) 멤브레인은 미국 특허 제7,306,729호 에 기재된 일반적인 교시에 따라 제조하였다. 멤브레인의 면적당 질량은 약 2.5 g/m2이고, 두께는 약 3.2 미크론이었다.
폴리에틸렌 이형 필름이 지지하는 동안에 슬롯 다이 코팅 시스템을 사용하여, 42.5/57.5 톨루엔/헵탄 용액 내의 Kraton®[Grade D1124]의 용액[용액 중의 10 % 고형물 Kraton®]을 상기한 ePTFE 멤브레인의 롤에 함침시켰다. 용매는 대류 오븐 내에서 190 화씨도의 온도로 건조시켰다. 그 결과로 생성된 복합재의 면적당 질량은 5.2 g/m2이었다. 생성된 복합재 중의 Kraton®의 중량비는 0.52(52 %)이었다.
도 4a와 도 4b는 각각 실시형태에 따른 복합재(400)의 제1 표면(402)의 SEM 및 제2 표면(404)의 SEM을 보여준다. 도 4c는 복합재(400)의 단면을 보여준다. 도시된 바와 같이, ePTFE 멤브레인(406)은 그 단면 전체에 걸쳐 엘라스토머로 완전히 함침되었다. SEM에 보이는 복합재(400)의 두께는 약 4.6 미크론이었다. 약 1.35 미크론 두께의 엘라스토머성 코팅(408)이 제2 표면(404) 상에 버터 코트로서 존재하였다. 도 4c는 사용 전에 복합재(400)로부터 제거되는 희생층(410)도 도시한다.
도 1에 개괄적으로 도시하는 보호용 음향 커버(1.2 mm×1.6 mm의 직사각형)의 제1 실시예는 도 4를 참조하여 실시예 1에서 전술한 복합재를 사용하여 구성되었다. 보호용 음향 커버에는 마이크의 스피커/리시버에 보호용 음향 커버를 쉽게 장착할 수 있도록 접착제의 프레임이 제공되었다. 보호용 커버의 음향 응답은 본원에 설명하는 테스트 방법에 따라 테스트되었다.
도 5는 제1 예의 커버(상기한 실시예 1 참조), 제2 예의 커버(이하의 실시예 2 참조), 2개의 비교예, 및 보호용 음향 커버를 사용하지 않은 대조 테스트를 비롯한 상이한 예의 보호용 음향 커버를 사용한 음향 응답 테스트의 MEMS 측정 마이크(46)(도 3 참조)에서의 음향 응답을 나타낸다.
예를 들어, 도 5는 실시예 1의 제1 예의 보호용 음향 커버에 따른 보호용 커버의 음향 응답을 나타낸다. 본 실시예의 이 보호용 음향 커버의 음향 손실은 1 kHz의 주파수에서 6.43 dB였다. 공진 피크는 16 kHz를 훨씬 상회하는 20 kHz의 주파수에서 나타나며, 이것은 슈퍼 광대역 HD 음성 호출을 가능하게 하는 커버의 능력을 나타낸다.
제1 예의 보호용 커버의 WEP는 73 psi로 측정되었다.
실시예 2
미국 특허 제7,306,729호에 기재된 일반적인 교시에 따라 팽창형 PTFE(ePTFE) 멤브레인을 제조하였다. 멤브레인은 면적당 질량이 약 0.52 g/m2, 매트릭스 인장 강도는 세로 방향으로 약 655 MPa, 가로 방향으로 약 310 MPa이었다.
폴리에틸렌 이형 필름이 지지하는 동안에 슬롯 다이 코팅 시스템을 사용하여, 42.5/57.5 톨루엔/헵탄 용액 내의 Kraton®[Grade D1124]의 용액[용액 중의 4.5 % 고형물 Kraton®] 을 상기 ePTFE 멤브레인의 롤에 함침시켰다. 용매는 대류 오븐 내에서 190 화씨도의 온도로 건조시켰다. 그 결과로 생성된 복합재의 면적당 질량은 1.01 g/m2이었다. 생성된 복합재 중의 Kraton®의 중량비는 0.49(49 %)이었다.
도 1에 개괄적으로 도시하는 보호용 음향 커버(1.2 mm×1.6 mm의 직사각형)는 상기한 복합재를 사용하여 구성되었다. 보호용 음향 커버에는 마이크의 스피커/리시버에 보호용 음향 커버를 쉽게 장착할 수 있도록 접착제의 프레임이 제공되었다. 보호용 커버의 음향 응답은 본원에 설명하는 테스트 방법에 따라 테스트되었다.
실시예 2의 제2 예의 보호용 음향 커버에 따른 보호용 커버의 음향 응답도 도 5에 나타낸다. 본 실시예의 이 보호용 음향 커버의 음향 손실은 1 kHz의 주파수에서 1.54 dB이었다. 공진 피크는 16 kHz를 훨씬 상회하는 19.5 kHz의 주파수에서 나타나며, 이것은 슈퍼 광대역 HD 음성 호출을 가능하게 하는 커버의 능력을 나타낸다.
제2 예의 보호용 커버의 WEP는 20 psi로 측정되었다.
비교예
표 1은 상기한 실시예와 비교되는, W.L. Gore & Associates사로부터 부품 번호 GAW 325 & GAW 340으로서 입수 가능한 2개의 비교예의 보호용 음향 커버(1.2 mm×1.6 mm 직사각형)의 음향 손실, 공진 피크 및 WEP를 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 본 개시내용의 보호용 음향 커버는 놀랍게도, 16 kHz 또는 그 이상에서 공명 피크를 유지하면서 알려진 재료에 비해 낮은 음향 손실 및 높은 물 유입 압력의 우수한 조합을 제공한다.
실시예 1 kHz에서의 음향 손실
(dB)		 공진 피크
(kHz)		 WEP
(psi)
본 발명의 실시예 1 6.43 20 73
본 발명의 실시예 2 1.54 19.5 20
비교예 1: GAW 325 6.52 14 25
비교예 2: GAW 340 0.96 13.2 3
본 발명의 범위를 벗어나지 않고서, 설명한 예시적인 실시형태에 대해 다양한 변형 및 추가가 이루어질 수 있다. 예를 들어, ePTFE 멤브레인을 포함하는 다양한 실시형태 및 실시예가 제공되지만, 다양한 다른 멤브레인 재료는 선택사항으로서, 본 명세서에 설명한 기술 및 재료를 사용하여 지지층을 가진 복합재로 형성되는 것을 이해해야 한다. 전술한 실시형태는 특정 특징을 언급하지만, 본 발명의 범위는 또한 설명하는 특징을 전부 포함하지 않는 실시형태 및 특징의 상이한 조합을 갖는 실시형태도 포함한다.
도 6은 일부 실시형태에 따라, 음향 디바이스(602)와 함께 음향 보호용 커버(612)를 채택하는 음향 디바이스 어셈블리(600)의 개략 측면도를 도시한다. 음향 디바이스(602)는 벨, 스피커, 마이크, 버저, 라우드스피커. 또는 임의의 유사한 음향 디바이스일 수 있다. 음향 디바이스(602)는 장치 본체(606)와, 장치 본체에 부착되거나 장치 본체에 내장되어 음향 공동(acoustic cavity)(626)과 정렬되는 트랜스듀서(604)를 포함한다. 한쪽 면 상에서 음향 디바이스(602)에 의해, 다른 면 상에서 음향 보호용 커버(612)에 의해, 그리고 주변 둘레에서 제1 접착제층(614)에 의해 음향 공동(626)이 규정된다. 음향 공동(626)은 또한 음향 디바이스(602)를 수용하는 하우징(618) 내의 포트(620)와도 정렬될 수 있다. 음향 보호용 커버(612)는 경우에 따라 음향 보호용 커버와 하우징 사이의 제2 접착제층(616)을 통해 음향 디바이스(602) 및 하우징(618) 둘 다와 연결될 수 있다. 제1 및 제2 접착제층(614, 616) 및 음향 보호용 커버(612)는 외부 공간(624)으로부터 하우징(618)의 내부 공간(622)으로의 및/또는 음향 공동(626)으로의 물의 유입을 방지할 수 있는 내수성 및/또는 방수성일 수 있다. 실시형태에 있어서, 음향 보호용 커버(612)는 본 명세서에 개시하는 진동 음향 보호용 커버에 따른 임의의 적합한 진동 음향 보호용 커버일 수 있다.
이하에, 본 개시내용의 이해를 용이하게 하기 위해 추가의 예를 기술한다.
E1: 음향 반응성 복합재에 있어서, 고도로 피브릴화된 미세구조를 포함하는 팽창형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 멤브레인과, 상기 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 함침되어 복합재를 형성하는 엘라스토머를 포함하고, 상기 복합재는 엘라스토머가 완전히 함침되어 있으며, 상기 복합재는 1 kHz에서 음향 손실이 7 dB 미만이고, 상기 복합재는 물 유입 압력(WEP)이 적어도 20 PSI이다.
E2: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 크로스오버 포인트에서 융합된 실질적으로 피브릴만의 미세구조를 포함한다.
E3: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 물 유입 압력이 적어도 20 PSI이다.
E4: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 1 kHz에서 음향 손실이 2 dB 미만이다.
E5: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 공진 피크가 약 15 kHz보다 크다.
E6: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 공진 피크가 적어도 16 kHz이다.
E7: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 공진 피크가 적어도 19.5 kHz이다.
E8: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 면적당 질량이 약 0.5 그램(g)/m2와 약 6.0 g/m2의 사이에 있다.
E9: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 무공성이다.
E10: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 엘라스토머는 상기 복합재의 적어도 20 중량%를 포함한다.
E11: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 엘라스토머는 상기 복합재의 적어도 30 중량%를 포함한다.
E12: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 엘라스토머는 상기 복합재의 적어도 40 중량%를 포함한다.
E13: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 엘라스토머는 상기 복합재의 약 20 중량% 내지 90 중량%를 포함한다.
E14: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 엘라스토머는 상기 복합재의 약 40 중량% 내지 60 중량%를 포함한다.
E15: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 실질적으로 노드가 없다.
E16: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 두께가 약 5 미크론 미만이다.
E17: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 매트릭스 인장 강도가 세로 방향으로 약 655 MPa이고 가로 방향으로 약 310 MPa이다.
E18: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 제1 면과 제2 면을 갖고, 상기 제1 및 제2 면 중 적어도 한쪽 면 상에 엘라스토머층을 더 포함한다.
E19: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 엘라스토머층은 두께가 약 2 미크론이다.
E20: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 복합재는 제1 면과 제2 면을 갖고, 상기 제1 및 제2 면 중 하나 상에 엘라스토머 코팅층을 더 포함한다.
E21: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 반응성 복합재에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 두께가 약 25 미크론 미만이다.
E22: 음향 디바이스를 보호하기 위한 층상 어셈블리(layered assembly)로서, 상기 층상 어셈블리는 고도로 피브릴화된 미세구조를 포함하고, 제1 면과 제2 면을 갖는 팽창형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 멤브레인과, 음향 멤브레인의 상기 제1 면 상에서 상기 ePTFE 멤브레인과 연결되며 음향 공동을 규정하는 접착제층을 포함한다.
E23: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 층상 어셈블리에 있어서, 상기 접착제층은 제1 접착제층이고, 상기 음향 멤브레인의 제2 면 상에 제2 접착층을 더 포함하며, 상기 제2 접착제층은 상기 음향 공동과 정렬된 음향 채널을 규정하고, 상기 제1 접착제층은 층상 어셈블리를 음향 디바이스와 연결하도록 구성되며, 상기 제2 접착제층은 상기 층상 어셈블리를, 상기 음향 디바이스를 수용하는 하우징과 연결하도록 구성된다.
E24: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 층상 어셈블리에 있어서, 복합재층은 음향 공진 피크가 약 16 kHz보다 크다.
E25: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 층상 어셈블리에 있어서, 복합재층은 물 유입 압력이 적어도 70 PSI이다.
E26: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 층상 어셈블리에 있어서, 복합재층은 1 kHz에서 음향 손실이 2 dB 미만이다.
E27: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 층상 어셈블리에 있어서, 복합재층은 상기 제1 및 제2 면 중 적어도 한쪽 면 상에 엘라스토머 코팅을 더 포함한다.
E28: 음향 디바이스에 있어서, 트랜스듀서와, 상기 트랜스듀서에 근접한 음향 공동과, 상기 음향 트랜스듀서와 외부 환경 사이에서 상기 음향 공동에 걸쳐 있는 음향 반응성 복합재층을 포함하며, 상기 음향 반응성 복합재층은, 고도로 피브릴화된 미세구조를 포함하는 팽창형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 멤브레인과, 상기 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 함침되어 복합재를 형성하는 엘라스토머를 포함하고, 상기 복합재층은 1 kHz에서 음향 손실이 7 dB 미만이고, 상기 복합재층은 물 유입 압력(WEP)이 적어도 20 PSI이다.
E29: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 음향 디바이스는 마이크이다.
E30: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 음향 디바이스는 스피커이다.
E31: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 복합재층은 음향 공진 피크가 약 16 kHz보다 크다.
E32: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 복합재층은 물 유입 압력이 적어도 70 PSI이다.
E33: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 복합재층은 1 kHz에서 음향 손실이 2 dB 미만이다.
E34: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 복합재층은 상기 제1 및 제2 면 중 적어도 한쪽 면 상에 엘라스토머 코팅을 더 포함한다.
E35: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 복합재층을 상기 음향 디바이스와 연결하는 접착제층을 더 포함한다.
E36: 이전 또는 후속 예들 중 어느 하나의 음향 디바이스에 있어서, 상기 복합재층을 상기 음향 디바이스와 연결하는 상기 접착제층은 상기 복합재층의 제1 면 상에 위치한 제1 접착제층이고, 상기 음향 디바이스는, 상기 음향 디바이스를 수용하며 상기 음향 공동과 정렬되는 음향 채널을 구비하는 하우징과, 상기 복합재층을 상기 하우징과 연결하는 제2 접착층을 더 포함한다.
도면에 도시하거나 전술한 구성요소뿐만 아니라 도시하지 않거나 설명하지 않은 구성요소 및 단계의 상이한 배열도 가능하다. 마찬가지로, 일부 특징 및 하위 조합이 유용하여 다른 특징 및 하위 조합을 참조하지 않고서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태들은 제한적인 목적이 아니라 예시를 위해 설명되었으며, 대안의 실시형태도 본 명세서를 읽는 이들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 전술하거나 도면에 도시한 실시형태에 한정되지 않으며, 이하의 청구범위에서 벗어나지 않고서 다양한 실시형태 및 변형이 이루어질 수도 있다.

Claims (17)

  1. 음향 디바이스를 보호하기 위한 어셈블리에 있어서,
    고도로 피브릴화된 미세구조(highly fibrillated microstructure)를 포함하는 팽창형 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 멤브레인과,
    상기 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 함침되어 복합재(composite)를 형성하는 엘라스토머
    를 포함하고,
    상기 복합재는 1 kHz에서 음향 손실이 7 dB 미만이며,
    상기 복합재는 물 유입 압력(WEP)이 적어도 20 PSI인 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 ePTFE 멤브레인은 크로스오버 포인트에서 융합된 실질적으로 피브릴만의 미세구조를 포함하는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복합재는 물 유입 압력이 적어도 70 PSI인 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합재는 1 kHz에서 음향 손실이 2 dB 미만인 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합재는 공진 피크가 약 16 kHz보다 큰 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ePTFE 멤브레인은 면적당 질량이 약 0.5 그램(g)/m2과 약 6.0 g/m2의 사이에 있는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합재는 무공성(nonporous)인 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머는 상기 복합재의 적어도 20 중량%를 포함하는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 실질적으로 노드가 없는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은 두께가 약 5 미크론 미만인 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ePTFE 멤브레인은, 매트릭스 인장 강도(Matrix Tensile Strength)가 세로 방향으로 약 655 MPa이고 가로 방향으로 약 310 MPa인 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합재는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 및 제2 면 중 적어도 한쪽 면 상에 엘라스토머층을 더 포함하는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 엘라스토머층은 상기 ePTFE 멤브레인 내에 완전히 합침된 엘라스토머로 형성되는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합재는 제1 면과 제2 면을 가지며,
    상기 복합재의 제1 면 상에서 상기 복합재와 연결되고 음향 공동(acoustic cavity)을 규정하는 접착제층을 더 포함하는 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    트랜스듀서를 포함하는 음향 디바이스와,
    상기 트랜스듀서에 근접한 음향 공동을 더 포함하고,
    상기 복합재는 상기 트랜스듀서와 외부 환경 사이에서 상기 음향 공동에 걸쳐 있는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복합재 층을 상기 음향 디바이스와 연결하는 접착제층을 더 포함하는 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 접착제층은 제1 접착제층이고, 상기 어셈블리는 상기 복합재의 제2 면 상에 제2 접착제층을 더 포함하며, 상기 제2 접착제층은 상기 음향 공동과 정렬된 음향 채널을 규정하고, 상기 제1 접착제층은 층상의 상기 어셈블리(layered assembly)를 음향 디바이스와 연결하도록 구성되며, 상기 제2 접착제층은 상기 층상 어셈블리를, 상기 음향 디바이스를 수용하는 하우징과 연결하도록 구성되는 것인 음향 디바이스 보호용 어셈블리.
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