可穿戴设备的制作方法

1.本技术涉及可穿戴设备技术领域，更具体地，涉及一种可穿戴设备。

背景技术：

2.ar眼镜是目前常见的可穿戴设备，ar眼镜的镜腿通常采用金属不锈钢、铝合金、钛合金或者碳纤维复合结构来支撑，此类材料虽然强度大，但是由于密度较大，因此极大的增加了产品的重量，降低了用户的使用体验。

技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可穿戴设备，该可穿戴设备可以有效降低产品重量，提高用户使用体验。
4.为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。
5.根据本发明实施例的可穿戴设备，包括：镜框；光学组件，所述光学组件设于所述镜框；镜腿，所述镜腿与所述镜框连接，其中，所述镜框和/ 或所述镜腿的至少一部分形成为减重框架，所述减重框架至少由有机气凝胶材料制成，所述减重框架的弯曲强度大于30mpa，所述减重框架的密度为0.5g/cm
3-1.6g/cm3。
6.根据本发明的一些实施例，所述有机气凝胶材料具有基体部分和孔隙结构，所述减重框架内还含有增强材料，所述增强材料分布于所述基体部分和孔隙结构内，所述增强材料占所述减重框架总重量的质量百分比为 0-70％。
7.根据本发明的一些实施例，所述镜框的至少一部分形成为所述减重框架，所述镜框中所述有机气凝胶材料占所述镜框中所述减重框架总重量的质量百分比为30％-90％，所述镜框的密度为0.6g/cm
3-1.4g/cm3。
8.根据本发明的一些实施例，所述镜腿包括外侧框架和内侧盖板，所述外侧框架和所述内侧盖板的至少一部分形成为所述减重框架。
9.根据本发明的一些实施例，所述外侧框架中所述有机气凝胶材料占所述外侧框架中所述减重框架总重量的质量百分比为30％-80％，所述外侧框架的弯曲强度大于50mpa，所述外侧框架的密度为0.8g/cm
3-1.6g/cm3。
10.根据本发明的一些实施例，所述内侧盖板中所述有机气凝胶材料占所述内侧盖板中所述减重框架总重量的质量百分比为30％-100％。
11.根据本发明的一些实施例，所述内侧盖板的孔隙率为30％-70％，所述内侧盖板的导热系数小于0.05w/m
·
k。
12.根据本发明的一些实施例，所述镜腿内设有主板，所述有机气凝胶材料的所述孔隙结构包括多个通孔，所述外侧框架中所述通孔的轴线垂直于所述主板。
13.根据本发明的一些实施例，所述外侧框架的所述减重框架内还含有导热填料，所述导热填料为金属填料和无机非金属填料的至少一种。
14.根据本发明的一些实施例，所述导热填料的导热系数大于50w/m
·
k，且/或，所述
导热填料的质量含量为减重框架的0-20％。
15.根据本发明的一些实施例，所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和pbo纤维中的至少一种。
16.根据本发明的一些实施例，所述增强材料为短切纤维粉、无纺布毡和纤维织物中的至少一种。
17.根据本发明的一些实施例，所述增强材料的纤维长度大于1mm。
18.根据本发明的一些实施例，所述有机气凝胶包括聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、醛类、聚烯烃类和多糖类中的至少一种。
19.根据本发明实施例的可穿戴设备，通过将镜框或者镜腿的至少一部分设置为包含有机气凝胶材料制备而成的减重框架，由有机气凝胶材料制备而成的减重框架内部具有大量孔隙，通过控制减重框架的弯曲强度和密度，使减重框架在满足刚度需求的基础上，具有更轻的质量，使用户佩戴更舒适，提高了用户使用体验。
具体实施方式
20.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
21.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
22.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
23.下面具体描述根据本发明实施例的可穿戴设备。
24.根据本发明实施例的可穿戴设备包括：镜框、光学组件和镜腿。
25.具体而言，光学组件设于镜框，镜腿与镜框连接，其中，镜框和/或镜腿的至少一部分形成为减重框架，减重框架至少由有机气凝胶材料制成，减重框架的弯曲强度大于30mpa，减重框架的密度为0.5g/cm
3-1.6g/cm3。
26.换言之，根据本发明实施例的可穿戴设备可以为ar眼镜或者智能眼镜，可穿戴设备主要由镜框、设置于镜框的光学组件和用于支撑镜框的镜腿组成，镜腿与镜框可以通过嵌接的方式相连，镜框与其他部件可以通过胶接或者嵌接的方式相连。其中，镜框的一部分可以由减重框架构成，也可以整体均由减重框架构成，镜腿的一部分可以由减重框架构成，也可以整体均由减重框架构成。减重框架也可以通过在有机气凝胶材料中添加其他加强材料或者加强结构制备得到。减重框架的密度控制在 0.5g/cm
3-1.6g/cm3之间，例如可以是0.5g/cm3、0.8g/cm3、1g/cm3、1.2g/cm3、 1.6g/cm3等，减重框架的弯曲强度设置为大于30mpa，可以满足壳体的刚度需要，抵抗破坏变形。
27.其中需要说明的是，有机气凝胶材料是一种孔隙率大、比表面积高的固体材料，其体积大部分由空气构成，减重框架的密度可以通过控制有机气凝胶材料中孔隙率、孔径大小等参数进行调节。弯曲强度反映的是材料的抗弯曲能力，即抗折强度。弯曲性能是可穿戴设备的壳体的重要物理性能指标之一，弯曲强度是检测壳体质量是否达标的重要数据之一，通常壳体的弯曲强度越大，说明壳体的刚度和抗变形能力越强。由有机气凝胶材料制备而成的减重框架，可以通过调整有机气凝胶材料的孔隙率、孔径大小等参数调节其弯曲强
度，从而达到具有较高的弯曲强度的要求。
28.由此，根据本发明实施例的可穿戴设备，通过将镜框或者镜腿的至少一部分设置为包含有机气凝胶材料制备而成的减重框架，由有机气凝胶材料制备而成的减重框架内部具有大量孔隙，通过控制减重框架的弯曲强度和密度，使减重框架在满足刚度需求的基础上，具有更轻的质量，使用户佩戴更舒适，提高了用户使用体验。
29.在本发明的一些具体实施方式中，有机气凝胶材料具有基体部分和孔隙结构，减重框架内还含有增强材料，增强材料分布于基体部分和孔隙结构内，增强材料占减重框架总重量的质量百分比为0-70％。
30.也就是说，减重框架可以由有机气凝胶材料和增强材料共同制备而成，有机气凝胶材料具有基体部分结构，在其基体部分上设置有多个孔隙，当减重框架由有机气凝胶材料和增强材料共同制备而成时，在基体部分和孔隙结构内，均分布有增强材料。
31.其中需要说明的是，减重框架内的增强材料的质量含量可以控制在 0-70％之间，在减重框架中加入增强材料可以提高其弯曲强度，但是增强材料和气凝胶的含量需要相互平衡。当增强材料占减重框架总重量的质量百分比为0时，即减重框架中没有添加增强材料，在此情况下，减重框架可以具有更轻的质量。当增强材料占减重框架总重量的质量百分比大于0时，可以控制增强材料的重量在减重框架总重量的70％范围内，虽然增强材料的含量越高，减重框架的弯曲强度也会越高，但是当增强材料的含量达到一定程度后，由于作为基体材料的气凝胶含量减少，增强材料的增加反而会导致强度下降，因此，在减重框架中添加增强材料的含量上限为70％。
32.由此，通过在减重框架内增加增强材料与有机气凝胶材料进行配合，增强纤维为纤维状结构，可以均匀分布于有机气凝胶材料的基体骨架和孔隙结构内，使得有机气凝胶复合材料的弯曲模量相应增加，孔隙率会下降，导致整体密度增加，从而既不会增加减重框架的体积，又可以起到增强减重框架的强度的效果。
33.可选地，根据本发明的一个实施例，镜框的至少一部分形成为减重框架，镜框中有机气凝胶材料占镜框中减重框架总重量的质量百分比为 30％-90％，镜框的密度为0.6g/cm
3-1.4g/cm3。
34.换句话说，在本实施例中，镜框的一部分可以为减重框架，镜框整体也可以完全由减重框架构成。其中，镜框的减重框架中有机气凝胶材料的总重量占镜框的减重框架总重量的百分比在30％-90％之间，剩余成分则可以由填料组成。填料可以仅包括增强材料，或者填料同时包括增强材料和散热材料。例如，当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为30％时，填料的质量百分比则为70％；当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为40％时，填料的质量百分比则为60％；当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为50％时，填料的质量百分比则为50％；当减重框架中有机气凝胶材料的质量百分比为90％时，填料的质量百分比则为10％。
35.同时，由于可穿戴设备中镜框的重量占整体重量的比例较大，镜框的重量在很大程度上影响可穿戴设备的整体重量，并且镜框部分用于承载光学组件，需要有一定的强度以起到支撑作用，因此，在本实施例中，镜框的密度为0.6g/cm
3-1.4g/cm3，例如可以是0.6g/cm3、0.8g/cm3、1g/cm3、 1.4g/cm3，镜框的密度越小，在保证产品强度的基础上，具有更轻的质量，从而可以进一步降低可穿戴设备的整体重量。
36.其中需要说明的是，某一结构的介电常数越高，通常会存储更多的电荷，介电损耗越大，从而会影响电磁波在该结构中的传输。现有技术中ar 眼镜的镜框部位通常采用注塑料或金属件制成，由于注塑材料和金属材料的介电损耗较大，会影响电磁波的传输，因此需要在镜框部位预留天线窗口，不仅增加了镜框的制备难度，而且由于窗口设计，会在一定程度上降低镜框的强度。
37.在本发明的一些具体实施方式中，镜框可以由前盖和后盖构成。通过控制镜框中减重框架的占比，以及减重框架中有机气凝胶材料的占比，可以使前盖和后盖的至少一个的介电常数在2.5-3.8之间，并且介电损耗小于3*10-3
，即前盖的介电常数可以在2.5-3.8之间，后盖的介电常数也可以在2.5-3.8之间。
38.由此，通过控制镜框中有机气凝胶材料的占比，可以调节镜框的介电常数和介电损耗，减少电磁波传输过程中的损耗，从而可以避免在镜框中开设窗口，保证镜框的结构完整性，提高了镜框的强度。
39.根据本发明的一个实施例，镜腿包括外侧框架和内侧盖板，外侧框架和内侧盖板的至少一部分形成为减重框架。
40.也就是说，在本实施例中，镜腿由外侧框架和内侧盖板组成，外侧框架的一部分可以为减重框架，外侧框架的整体也可以均由减重框架构成，内侧盖板的一部分可以为减重框架，内侧盖板的整体也可以均由减重框架构成。
41.考虑到构成镜腿的外侧框架和内侧盖板的物理特性和结构特点不同，因此，外侧框架和内侧盖板的材料配比也存在相应的区别。
42.在本发明的一些具体实施方式中，外侧框架中有机气凝胶材料占外侧框架中减重框架总重量的质量百分比为30％-80％，外侧框架的弯曲强度大于50mpa，外侧框架的密度为0.8g/cm
3-1.6g/cm3。
43.换句话说，镜腿的外侧框架起到支撑镜框的主要作用，因此，在外侧框架中，有机气凝胶材料的占比相对较低，而增强材料的含量相对较高，可以保证外侧框架的整体强度偏高，并且密度较大，例如可以是0.8g/cm3、 1g/cm3、1.2g/cm3、1.6g/cm3等，可以起到更好的支撑作用，防止镜腿发生变形。
44.而镜腿的内侧盖板不是支撑镜框的主要承力部件，该结构贴近用户，因此需要内侧盖板具有一定的隔热性能。
45.基于此，在本发明的一些具体实施方式中，内侧盖板中有机气凝胶材料占内侧盖板中减重框架总重量的质量百分比为30％-100％。
46.可选地，内侧盖板的孔隙率为30％-70％，内侧盖板的导热系数小于 0.05w/m
·
k。
47.具体地，有机气凝胶材料在形成时，会在内部形成很多孔隙结构，孔隙结构中填充有大量空气，导热系数很低，因此，控制内侧盖板中有机气凝胶材料的含量相对较高，或者可以将内侧盖板完全由有机气凝胶材料制备而成，并且可以通过调整成型工艺，使其孔隙率控制在30％-70％之间，可以有效降低内侧盖板的导热系数，使得镜腿具有优异的隔热性能。
48.根据本发明的一个实施例，镜腿内设有主板，有机气凝胶材料的孔隙结构包括多个通孔，外侧框架中通孔的轴线垂直于主板。
49.也就是说，镜腿内部还设有主板结构，并且镜腿中外侧框架的有机气凝胶材料内
的通孔具有指向性，该通孔的轴线与主板所在平面互相垂直，通孔的轴线与主板所在平面也可以处于基本垂直的状态，即相对于垂直状态存在一定的角度偏差，使得有机气凝胶材料在通孔的延伸方向的导热系数≥0.5w/m*k。
50.由此，通过控制外侧框架的有机气凝胶材料内的通孔延伸方向，外侧框架内通孔的延伸方向垂直于主板，可以使主板的散热通道尽可能短，可以有效提高对于主板的散热效果，提高散热效率。
51.在本发明的一些可选实施方式中，外侧框架的减重框架内还含有导热填料，导热填料为金属填料和无机非金属填料的至少一种。进一步地，导热填料的导热系数大于50w/m
·
k，且/或，所述导热填料的质量含量为减重框架的0-20％。
52.换句话说，为了提高外侧框架的散热效果，还可以在外侧框架的减重框架内填充导热填料，即可以在有机气凝胶材料中添加导热材料共同制备出外侧框架，导热填料可以是金属填料或者高导热无机非金属填料中的一种或者多种混合，优选可以是氮化硼或石墨烯。
53.其中需要说明的是，虽然导热填料的含量越高，镜腿的外侧框架的导热效果越好，但是考虑到导热填料的增加会在一定程度上增加镜腿的重量，如果导热填料的含量过高，则难以达到对镜腿进行减重的效果。因此，在本发明的一些具体实施例中，可以控制导热填料的重量为镜腿的外侧框架中减重框架的0-20％之间。当外侧框架的减重框架中导热填料的含量为0 时，说明外侧框架中不含有导热填料，此时虽然外侧框架的导热性相对较差，但是可以最大程度的降低外侧框架的重量。当外侧框架的减重框架中导热填料的含量为20％时，可以在降低外侧框架的重量的基础上，使外侧框架还具有一定的散热效果。
54.由此，通过在外侧框架内添加导热填料，可以改善外侧框架的导热性，从而在满足外侧框架的刚度和质量要求的基础上，提高可穿戴设备的散热效果。
55.根据本发明的一些实施例，增强材料可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和pbo纤维中的至少一种。
56.可选地，增强材料也可以为包括不同状态的短切纤维或者连续纤维，其中，增强材料可以为短切纤维粉、无纺布毡和纤维织物中的至少一种。由此，增强材料的来源广泛，并且成本低廉，实用性强。
57.根据本发明的一个实施例，增强纤维的长度大于1mm。由于增强纤维为纤维状结构，若增强纤维的长度过短，则难以起到增加强度的支撑作用，对于减重框架的增强效果较差。因此，通过控制增强纤维的长度，可以保证对于减重框架的增强效果，从而保证可穿戴设备的壳体的强度。
58.根据本发明的一个实施例，有机气凝胶包括聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、醛类、聚烯烃类和多糖类中的至少一种。
59.具体地，气凝胶是指通过溶胶凝胶法，干燥后使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料，并且，气凝胶还具凝胶的性质。在本技术中，有机气凝胶可以为一种采用高分子有机材料制成的气凝胶，不仅具有多孔和质轻的特征，相比于无机气凝胶材料，链长较大，还具有一定的强度，适用于制作具有一定力学要求的可穿戴设备。在实际应用中，可根据可穿戴设备的实际需求选择上述有机气凝胶材料中的一种或者几种，应用性更强。
60.下面结合具体实施例和对比例对本发明的可穿戴设备进行详细说明。
61.实施例
62.第一步，制备可穿戴设备的镜腿的外侧框架。
63.合成聚酰亚胺气凝胶，然后加入长度为10mm的短切碳纤维，短切碳纤维质量含量占比为35％，注入模具一体成型眼镜腿外侧框架，然后冷冻干燥，进行亚胺化制得最终的眼镜腿外侧框架。
64.第二步，制备可穿戴设备的镜腿的内侧盖板。
65.合成聚酰亚胺气凝胶，然后加入长度为3mm的短切碳纤维，短切碳纤维质量含量占比为10％，注入模具一体成型眼镜腿内侧盖板。
66.第三步，装配镜腿。
67.在外侧框架中装入扬声器、电池、主板等，然后通过嵌接的形式装入内侧盖板。
68.对比例
69.镜腿的外侧框架采用铝合金制备，内侧盖板采用pc粒子注塑成型，对比例中铝合金+pc镜腿的结构和尺寸与实施例中镜腿的结构和尺寸相同。
70.将实施例和对比例制备得到的镜腿进行质量和密度测试，测试结果如表1所示。
71.表1镜腿测试结果
72.镜腿实施例对比例外侧框架密度/g/cm30.922.68内侧盖板密度/g/cm30.61.3质量/g67154
73.从表1可以看出，在实施例和对比例的镜腿的结构和尺寸相同的情况下，实施例中采用有机气凝胶复合材料的外侧框架的密度仅仅为对比例中铝合金的外侧框架的密度的三分之一左右，实施例中采用有机气凝胶复合材料的内侧盖板的密度仅仅为对比例中铝合金的内侧盖板的密度的二分之一左右，并且实施例中采用有机气凝胶复合材料的镜腿的质量仅仅为对比例中铝合金的镜腿的质量的43.5％，减重达到56.5％，说明采用根据本发明实施例的有机气凝胶复合材料的镜腿可以大幅减少产品重量，提高用户的佩戴舒适度。
74.虽然已经通过例子对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：

1.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：镜框；光学组件，所述光学组件设于所述镜框；镜腿，所述镜腿与所述镜框连接，其中，所述镜框和/或所述镜腿的至少一部分形成为减重框架，所述减重框架至少由有机气凝胶材料制成，所述减重框架的弯曲强度大于30mpa，所述减重框架的密度为0.5g/cm
3-1.6g/cm3。2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述有机气凝胶材料具有基体部分和孔隙结构，所述减重框架内还含有增强材料，所述增强材料分布于所述基体部分和孔隙结构内，所述增强材料占所述减重框架总重量的质量百分比为0-70％。3.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述镜框的至少一部分形成为所述减重框架，所述镜框中所述有机气凝胶材料占所述镜框中所述减重框架总重量的质量百分比为30％-90％，所述镜框的密度为0.6g/cm
3-1.4g/cm3。4.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述镜腿包括外侧框架和内侧盖板，所述外侧框架和所述内侧盖板的至少一部分形成为所述减重框架。5.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于，所述外侧框架中所述有机气凝胶材料占所述外侧框架中所述减重框架总重量的质量百分比为30％-80％，所述外侧框架的弯曲强度大于50mpa，所述外侧框架的密度为0.8g/cm
3-1.6g/cm3。6.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于，所述内侧盖板中所述有机气凝胶材料占所述内侧盖板中所述减重框架总重量的质量百分比为30％-100％。7.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于，所述内侧盖板的孔隙率为30％-70％，所述内侧盖板的导热系数小于0.05w/m
·
k。8.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于，所述镜腿内设有主板，所述有机气凝胶材料的所述孔隙结构包括多个通孔，所述外侧框架中所述通孔的轴线垂直于所述主板。9.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于，所述外侧框架的所述减重框架内还含有导热填料，所述导热填料为金属填料和无机非金属填料的至少一种。10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其特征在于，所述导热填料的导热系数大于50w/m
·
k，且/或，所述导热填料的质量含量为减重框架的0-20％。11.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和pbo纤维中的至少一种。12.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述增强材料为短切纤维粉、无纺布毡和纤维织物中的至少一种。13.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述增强材料的纤维长度大于1mm。14.根据权利要求1-13中任一项所述的可穿戴设备，其特征在于，所述有机气凝胶包括聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚酯类、醛类、聚烯烃类和多糖类中的至少一种。

技术总结

本申请公开了一种可穿戴设备，包括：镜框；光学组件，所述光学组件设于所述镜框；镜腿，所述镜腿与所述镜框连接，其中，所述镜框和/或所述镜腿的至少一部分形成为减重框架，所述减重框架至少由有机气凝胶材料制成，所述减重框架的弯曲强度大于30MPa，所述减重框架的密度为0.5g/cm

技术研发人员：

李美玲 李春 凌风光

受保护的技术使用者：

歌尔股份有限公司

技术研发日：

2022.06.30

技术公布日：

2022/11/22