一种智能眼镜的制作方法

1.本发明属于电子产品技术领域，尤其涉及一种智能眼镜。


背景技术：

2.目前的智能眼镜，其体积极小，且内热源分布较为集中，因此局部的功率密度相对较高，容易造成局部温度过高，严重影响智能眼镜的性能和用户体验。智能眼镜具有折叠功能，按照一般的折叠终端的芯片布局，热量往往会集中镜腿或镜框。因此，智能眼镜不仅需要高导热器件将发热元器件产生的热量传导出去，还要求高导热器件能够跨越折叠部分、反复弯曲变形，以有效的利用更大的散热面积，提高散热效率、确保散热效果；现有的高导热器件大都为刚性，多次弯折后容易断裂失效，不适合在智能眼镜上应用。
3.鉴于此，如何实现智能眼镜的快速散热且反复弯折不易失效，是亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的技术问题是，提供了一种智能眼镜，其散热效果好且不易因小角度反复弯折而失效，使用寿命长。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种智能眼镜，包括镜框和与所述镜框铰接的镜腿；还包括设置于所述镜框与所述镜腿铰接处的均热板，所述均热板的一端伸入所述镜框内，另一端伸入所述镜腿内；所述均热板利用其内部工质发生气液两相变化的散热原理将所述镜框或/和所述镜腿内部发热元器件产生的热量散发；
6.所述均热板的壳体由弹性极限为6％～10％、弹性模量小于等于150gpa的超弹性箔材制成；所述超弹性箔材的厚度为10um～250um。
7.进一步，所述超弹性箔材由钛镍合金制成。
8.进一步，所述钛镍合金中钛元素和镍元素的原子百分占比大于等于40％，其余元素的原子百分占比总和小于等于10％；且所述钛镍合金中所有元素的原子百分占比总和为100％。
9.进一步，其余元素包括铜、铁、铌和锆中的一种或多种。
10.进一步，所述钛镍合金为tini50合金、tinibb合金或tini49zr1合金。
11.进一步，所述均热板的整体厚度小于等于1mm。
12.进一步，所述均热板包括所述壳体，所述壳体内形成有密闭腔，所述密闭腔内设置有吸液芯结构和多个间隔排布的支撑结构，相邻两个所述支撑结构之间形成蒸汽通道。
13.进一步，至少部分所述支撑结构的一端朝向所述镜腿的内侧、另一端朝向所述镜腿的外侧；
14.折叠状态下，位于所述镜框与所述镜腿铰接处且相邻的两个所述支撑结构之间的距离由外侧向内侧逐渐减小。
15.进一步，所述吸液芯结构为多孔塑料、多孔聚合物、多孔金属或多层编织丝网。
16.进一步，所述均热板的外侧壁设有弹性缓冲吸能层或者沟槽结构。
17.由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：
18.本发明中的智能眼镜，包括镜框和与镜框铰接的镜腿；还包括设置于镜框与镜腿铰接处的均热板，均热板的一端伸入镜框内，另一端伸入述镜腿内；均热板利用其内部工质发生气液两相变化的散热原理将镜框或/和镜腿内部发热元器件产生的热量散发；均热板的壳体由弹性极限为6％～10％、弹性模量小于等于150gpa的超弹性箔材制成且超弹性箔材的厚度为10um～250um。由弹性极限为6％～10％、弹性模量小于等于150gpa的超弹性箔材制成的超薄均热板，不仅能将发热元器件产生的热量快速传导出去，且经试验验证，该均热板在反复弯曲时始终处于材料的弹性变形区,弯曲寿命可达数万次至十几万次,不易因小角度反复弯折而失效；满足了智能眼镜对散热和反复弯折不易失效的需求。
附图说明
19.图1是本发明智能眼镜的打开状态时铰接处的结构剖视图；
20.图2是本发明智能眼镜的折叠状态时铰接处的结构剖视图；
21.图3是均热板的结构剖视图；
22.图4是材料弯曲变形时的力学模型；
23.图中：1-镜框，2-镜腿，3-均热板，31-蒸发侧壳体，32-冷凝侧壳体，33-吸液芯结构，34-支撑结构，35-蒸汽通道，4-发热元器件。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，本发明描述的实施例仅仅是为了便于简化描述，不能理解为对本发明的限制。
25.由图1至图3共同所示，本实施例公开了一种智能眼镜。包括镜框1和与镜框1铰接的镜腿2；还包括设置于镜框1与镜腿2铰接处的均热板3，均热板3利用其内部工质(填充率为80％，填充纯水或氨水或丙酮等液态流体，其中水的蒸发潜热最大、最便宜，在低气压下很容易沸腾、快速带走大量热量，是最常见的工质)发生气液两相变化的散热原理将镜框1或/和镜腿2内部发热元器件4产生的热量散发；均热板3的壳体由弹性极限为6％～10％、弹性模量小于等于150gpa的超弹性箔材制成，且超弹性箔材的厚度为10um～250um(即壳体的壁厚)，强度大于等于700mpa。超弹性箔材的马氏体相变点低于-20℃，材料在-20℃-100℃显示出良好的可恢复超弹性变形。
26.其中，镜腿2上对称设有两个第一铰接耳，镜框1的一端设有与两个第一铰接耳之间且一一对应的第二铰接耳；两个第二铰接耳之间形成有避让空间，均热板3的一端伸入镜框1内、另一端借助避让空间伸入镜腿2内，且伸入镜腿2内的均热板3通过导热背胶与镜腿2内的发热元器件4粘接。还有一些实施例中，镜腿2上设有第一铰接座，镜框的一端设有与第一铰接耳对应且位于内侧的第二铰接座；均热板3的一端伸入镜框1内、另一端借助避让空间伸入镜腿2内，位于铰接处的均热板3位于第二铰接座朝向人脸的一侧(避免外露影响美观)。均热板3的形状可以根据智能眼镜的结构特点加工成矩形后折弯呈l形，或者直接加工成l形，或者直接采用矩形，在此不做限制。还有一些实施例中，发热元器件4设置于镜框1内，伸入镜框1内的均热板3通过导热背胶与发热元器件4粘接。
27.为了便于对本实施例技术方案及其技术效果的清晰理解，下面对于本实施例研发设计所依据的原理进行如下说明：
28.材料在弯曲变形时，首先产生的是弹性变形，弹性变形在外力撤除后，材料的变形是可完全恢复的。当应变超过了材料的弹性变形极限就会产生塑性变形，塑性变形是不可恢复的，材料多次弯曲产生塑性变形时，产生的塑性变形便会累积，当累计的塑性变形超过了材料的塑性极限，材料就会断裂失效。对于均热板而言表现的就是壳体密封破裂，均热板失效，对于吸液芯结构而言就是毛细孔闭合或者毛细芯断裂，均热板功率下降，散热能力极度降低。
29.如果要让材料经历数万次弯折变形不失效，可行的设计是让弯曲变形的材料在反复弯曲时始终处于弹性变形区。如弹簧，当金属材料始终处于弹性变形区时，其疲劳弯曲寿命可达几十万次，服役时间可达十年以上；一旦材料屈服进入塑性变形区，由于材料的延伸率有限，多次弯折后材料不可避免地断裂。
30.因此，在设计用于智能眼镜中的均热板3时，可将用于制作均热板3的材料的弯曲变形(即应变)始终控制在材料的弹性变形极限内，在保证散热效果的同时，提高其弯曲使用寿命。
31.图4所示为材料弯曲变形时的力学模型，材料的厚度为h，弯曲半径为r，弯曲角度为θ，当材料弯曲时，外侧的材料遭受最大的拉伸变形，越往材料内部，其拉伸变形越小，处于中间的虚线示意为中性层，即不拉伸也不压缩的无变形层，在其以内，材料内侧遭受对称的压缩变形，最内侧材料遭受最大的压缩变形；因此可以计算材料遭受的最大拉伸或压缩变形。
32.材料最外侧长度为(r+h)θ，中性层的长度为(r+h/2)θ，则材料产生的最大应变为：[(r+h)θ-(r+h/2)θ)]/(r+h/2)θ＝h/(2r+h)；通过代入不同的弯曲半径r和箔材厚度可以得到材料的应变值，如下表1所示；
[0033]
表1不同弯曲半径下不同厚度箔材对应的应变
[0034][0035][0036]
表2常见材料的弹性模量和弹性极限
[0037]
材料弹性模量(gpa)弹性极限(％)铜合金～105《0.6不锈钢～210《1铝～77《0.5钛合金～102《2尼龙3《2硅胶1.2》20超弹性合金≤1506-10
[0038]
为了保证材料的疲劳寿命，需要预留一部分弹性如0.5％，才能保证材料可以经受数万次的弯曲而不断裂。因此，若均热板3的壳体采用厚度为0.01mm～0.25mm的金属箔材，当弯曲半径较大时，均热板3有可能反复弯曲不失效，但此时器件已经没有强度很容易变形，成品率低。一旦弯曲半径变小为2mm，材料的应变很快超过2％，甚至高达4％以上，这将引起材料(普通金属和合金材料)的塑性变形，反复弯折时均热板3很快开裂失效。高分子材料(比如硅胶等)，虽然弹性大，但由于分子结构不致密，在很薄时，由于透气性、导热性、耐高低温冲击性、耐弯曲疲劳的可靠性等方面原因，长期以来很难作为密封材料长期使用，且散热效果不如金属材料。
[0039]
超弹性是指试样在外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变，但在卸载时应变仍可自动恢复的现象。即在母相状态下，由于外加应力的作用，导致应力诱发马氏体相变发生，从而合金表现出不同于普通材料的力学行为，它的弹性极限远远大于普通材料，并且不再遵守胡克定律。和形状记忆特性相比，超弹性没有热参与。总而言之，超弹性是指在一定形变范围内应力不随应变的增大而增大。
[0040]
比如超弹性合金的弹性变形可达6-10％、弹性模量小于等于150gpa；如果采用超弹性合金则可以使均热板3的壳体壁厚在0.01mm～0.25mm(优选0.1mm～0.2mm)时获得良好的弹性弯曲变形性能，并可保证在r＝2mm以上的弯曲状态下，弯曲变形始终处于弹性变形区；当外力撤除后，其变形可以完全恢复，大大延长了弯曲寿命；可以满足智能眼镜及其它折叠便携电子产品转动处的散热需求。
[0041]
本实施例中的均热板3的壳体包括蒸发侧壳体31和冷凝侧壳体32，两者扣合且焊接在一起，并围成有密闭腔(真空度为-2pa)；优选钎焊，可保证多次弯折密封的高可靠性。蒸发侧壳体31通过导热背胶与镜腿2内的发热元器件4粘接。真空密封腔内设置有吸液芯结构33和多个间隔排布的支撑结构34(防止抽真空时，蒸发侧壳体31和冷凝侧壳体32发生形变，影响密闭腔)，相邻两个支撑结构34之间形成蒸汽通道35。本实施例中，均热板3的整体厚度小于等于1mm。其中，吸液芯结构33为多孔塑料、多孔聚合物、多孔金属或多层编织丝网。吸液芯结构33厚度不大于0.5mm。
[0042]
本实施例中，至少部分支撑结构34的一端朝向镜腿2的内侧、另一端朝向镜腿2的外侧；折叠状态下，位于镜框1与镜腿2铰接处且相邻的两个支撑结构34之间的距离由外侧(背离人脸的一侧)向内侧(朝向人脸的一侧)逐渐减小。还有一些实施例中，折叠状态下，位于镜框1与镜腿2铰接处且相邻的两个支撑结构34之间的距离恒定不变。
[0043]
均热板3的散热功能主要是通过工质的气液两相变化实现的。均热板3的散热过程包括了传导、蒸发、对流、凝结四个主要步骤。其散热原理为：热源(发热元器件4)产生的热
量通过蒸发侧壳体31的热传导进入密闭腔，靠近热源位置的吸液芯结构33内的工质吸收热量后迅速汽化，同时带走大量热量；蒸汽通道35内蒸汽由高压区扩散至低压区(即低温区)，且当蒸汽接触到温度较低的冷凝侧壳体32时，会迅速凝结成液态并释放出热能；凝结成液态的工质在吸液芯结构33微细结构产生的毛细力的作用下返回热源处，由此完成一次热传导循环，形成一个工质汽液两相并存的双向循环系统。
[0044]
一些实施例中，吸液芯结构33包括与蒸发侧壳体31的内侧壁贴合的第一吸液芯部和与冷凝侧壳体32的内侧壁贴合的第二吸液芯部；第一吸液芯部和第二吸液芯部围成蒸汽腔；支撑结构34的一端设置于蒸发侧壳体31或冷凝侧壳体32上，且第一吸液芯部和第二吸液芯部上设有避让支撑结构34的避让口。
[0045]
还有一些实施例中，支撑结构34与蒸发侧壳体31或冷凝侧壳体32为一体成型结构。优选，支撑结构34与蒸发侧壳体31或冷凝侧壳体32为冲压一体而成，或者，由刻蚀一体而成。
[0046]
还有一些实施例中，第一吸液芯部与蒸发侧壳体31为一体成型结构，第二吸液芯部与冷凝侧壳体32为一体成型结构。即，通过去除部分壳体的方式形成第一和第二吸液芯部，去除部分壳体的方式优选湿法刻蚀或精密冲压。
[0047]
为了进一步增加缓冲应变，还有一些实施例中，在均热板3的外侧壁设置弹性缓冲吸能层或者沟槽结构(可以增加弹性、有效避免局部过大弯曲或分散应力)。优选，pi，pp，pe等高弹性缓冲吸能层且厚度不大于50um，形成沟槽的深度使该出壳体的有效厚度不低于10um。
[0048]
本实施例中，超弹性箔材优选由钛镍合金制成；钛镍合金中钛元素和镍元素的原子百分占比大于等于40％，其余元素的原子百分占比总和小于等于10％；且所述钛镍合金中所有元素的原子百分占比总和为100％。其中，其余元素包括铜、铁、铌和锆中的一种或多种。
[0049]
一些实施例中，钛镍合金优选为tini50合金、tinibb合金或tini49zr1合金。
[0050]
为了进一步说明本技术方案，下面通过多个试验进行详细说明。
[0051]
试验1#：
[0052]
1)、均热板3选材
[0053]
壳体：厚度0.1mm，选用tini50合金箔材，材料弹性极限6.8％，强度780mpa。
[0054]
支撑结构34：直径为2mm，高度0.2mm间距为10mm的支撑柱。
[0055]
吸液芯结构33：采用200目的编织铜网，厚度0.2mm
[0056]
工质：纯水为工质，质量0.18g。
[0057]
内部气压：0.3atm。
[0058]
2)、均热板3制造
[0059]
将编织铜网放置真空密闭腔，在5％氢气和95％氮气的混合气体氛围下，经过750℃，7h的烧结，将编织铜网和壳体烧结在一起，壳体四周也通过该工艺扩散焊接在一起，且留有注液开口。
[0060]
3)、注液及抽真空密封
[0061]
使用注液机往均热板3内注入0.18g纯水，抽真空至0.3atm，氩弧焊密封注液口。
[0062]
4)、制成品
[0063]
均热板3经过120℃12h老化，气密性测试，四周裁切最后得到设定尺寸的成品。
[0064]
5)、测试
[0065]
依据gb/t14812-2008热管传热性能测试方法测试均热板3的功率，规定当持续输入功率变大时，设定均热板3蒸发端和冷凝端温度差为3℃时，为均热板3的导热功率，测得均热板3功率为3.3w。将均热板3在r＝3mm半径弯曲1万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为3.2w，弯曲5万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为3.1w。
[0066]
试验2#：
[0067]
均热板3设计及制造工艺与试验1完全相同，在此不做赘述，本试验中壳体选材为厚度为0.15mm的tini50合金箔材，弹性极限为8.2％，强度为852mpa。
[0068]
依据gb/t14812-2008热管传热性能测试方法测试均热板3的功率，测得均热板3功率为3.1w。将均热板3在r＝3mm半径弯曲1万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为3.0w，弯曲5万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为2.9w。
[0069]
试验3#：
[0070]
均热板3设计及制造工艺与试验1完全相同，在此不做赘述，本试验中壳体选材为厚度为0.2mm的tini50合金箔材，弹性极限为8.2％，强度为852mpa。
[0071]
依据gb/t14812-2008热管传热性能测试方法测试均热板3的功率，测得均热板3功率为2.9w。将均热板3在r＝3mm半径弯曲1万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为2.7w，弯曲5万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为2.5w。
[0072]
试验4#：
[0073]
均热板3设计及制造工艺与试验1完全相同，在此不做赘述，本试验中壳体选材为厚度为0.1mm的tini49zr1合金箔材，弹性极限为8.2％，强度为852mpa。
[0074]
依据gb/t14812-2008热管传热性能测试方法测试均热板3的功率，测得均热板3功率为3.6w。将均热板3在r＝3mm半径弯曲1万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为3.6w，弯曲5万次，弯曲角度110
°
，静置24h，再次测试其功率为3.5w。
[0075]
试验5#：
[0076]
均热板3设计及制造工艺与试验1完全相同，在此不做赘述，本试验中壳体选材为厚度为0.1mm的无氧铜箔材，弹性极限为0.3％，强度为85mpa。、
[0077]
依据gb/t14812-2008热管传热性能测试方法测试均热板3的功率，测得均热板功率为3.7w。将均热板3在r＝3mm半径弯曲1万次，弯曲角度110
°
，静置24h，肉眼可见均热板3壳体开裂，真空破坏，内部水流出。测试其功率为0.5w。试验6#：
[0078]
均热板3设计及制造工艺与试验1完全相同，在此不做赘述，本实施例选材为不锈钢，弹性极限为1.5％，强度为345mpa。
[0079]
依据gb/t14812-2008热管传热性能测试方法测试均热板3的功率，测得均热板3功率为3.2w。将均热板3在r＝3mm半径弯曲1万次，弯曲角度110
°
，静置24h，肉眼可见均热板3壳体开裂，内部水流出。测试其功率为0.2w。
[0080]
表3为六个试验结果对比
[0081][0082][0083]
综上所述，本发明不仅能将发热元器件产生的热量快速传导出去，且经试验验证，用于传导热量的均热板在反复弯曲时始终处于材料的弹性变形区,弯曲寿命可达数万次至十几万次,不易因小角度反复弯折而失效。即，智能眼镜散热效果好且不易因小角度反复弯折而导致散热失效，使用寿命长。
[0084]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。