防水通氣件及電子設備裝置的製作方法

2023-07-19 05:17:46

本發明涉及一種防水通氣件及包括該防水通氣件的電子設備裝置，上述防水通氣件設置於通氣孔，上述通氣孔將設置於室外的電子設備裝置所具有的框體的內部與外部連通。

背景技術：

以往，作為設置於通氣孔的防水通氣結構，已知有一種防水通氣結構，該防水通氣結構在壁體內設置有斥水性微小多孔構件(稱作防水通氣片)，並且該防水通氣結構設置有迷宮結構以覆蓋該斥水性微小多孔構件，其中，上述通氣孔將設置於室外的電子設備裝置所具有的框體的內部與外部連通，上述斥水性微小多孔構件具有空氣可通過而水不可通過的性質(專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2014-120579號公報

技術實現要素：

發明所要解決的技術問題

設置於室外的電子設備裝置有時會暴露於猛烈的風雨中。此外，在裝設於船舶等的情況下，有時也會被波浪等侵襲。在專利文獻1的防水通氣結構中，存在如下所述的問題。有時水會滯留在迷宮結構的開口部或內部，從而堵塞通氣的流路。在該狀態下，若框體的內部變為負壓(內部的壓力比外部氣壓小的狀態)，則會發生穿過防水通氣片而吸入水的情況。在強噴流從下方或斜下方直接衝擊時，水流會直接撞到防水通氣片。由於各種環境負荷，防水通氣片會老化而損害防水性或通氣性。

本發明為解決上述問題而作，其目的在於，具有確定的防水性能，並且即使在防水通氣件潑到水之後空氣進入安裝有防水通氣件的框體內部的情況下，也能防止水進入框體內部。

解決技術問題所採用的技術方案

本發明的防水通氣件包括外側中空體和內側中空體。外側中空體在內部具有空間，並且在側面下部具有水膜無法形成的外側開口。內側中空體在內部具有空間，並且該內側中空體的至少一部分收容在外側中空體的內部。內側中空體的外表面配置成在內側中空體的外表面與外側中空體的內表面之間水膜無法形成。內側中空體具有內側開口和上部開口。內側開口設置在經由外側開口進入外側中空體的內部的水無法直接撞擊的位置，且設置成水膜無法形成。上部開口設置在比內側開口靠上側的位置，並且該上部開口與外側中空體的外部連通。

發明效果

根據本發明的防水通氣件，具有確定的防水性能，並且即使在防水通氣件潑到水之後空氣進入安裝有防水通氣件的框體內部的情況下，也能防止水進入框體內部。

附圖說明

圖1是具有本發明實施方式1的防水通氣件的電子設備裝置的剖視圖。

圖2是從具有實施方式1的防水通氣件的電子設備裝置的下方觀察到的平面圖。

圖3是實施方式1的防水通氣件的立體圖。

圖4是實施方式1的防水通氣件的俯視圖。

圖5是實施方式1的防水通氣件在圖4所示的b-b線處的垂直剖視圖。

圖6是實施方式1的防水通氣件在圖4所示的c-c線處的垂直剖視圖。

圖7是實施方式1的防水通氣件在圖5所示的d-d線處的水平剖視圖。

圖8是實施方式1的防水通氣件在圖5所示的e-e線處的水平剖視圖。

圖9是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖6所示的f-f線處的垂直剖視圖。

圖10是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖5所示的g-g線處的垂直剖視圖。

圖11是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖6所示的f-f線處切斷的防水通氣件的立體圖。

圖12是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖5所示的g-g線處切斷的防水通氣件的立體圖。

圖13是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的將上側的一部分切開的防水通氣件的立體圖。

圖14是用於對實施方式1的防水通氣件所具有的雙層筒構件的結構進行說明的將上側的一部分切開的雙層筒構件的立體圖。

圖15是實施方式1的防水通氣件所具有的底構件的立體圖。

圖16是對實施方式1的防水通氣件的從外側開口至上表面的框體側孔為止的路徑進行說明的圖。

具體實施方式

實施方式1

使用圖1和圖2對具有本發明實施方式1的防水通氣件的電子設備裝置的結構進行說明。圖1是具有本發明實施方式1的防水通氣件的電子設備裝置的剖視圖。圖2是從具有實施方式1的防水通氣件的電子設備裝置的下方觀察到的平面圖。圖1是在穿過防水通氣件的位置即圖2所示的a-a線處的剖視圖。

用電的設備即電子設備1(未圖示)收容於框體2。在框體2的底面設置有通氣孔3。在通氣孔3的下方安裝有防水通氣件4。防水通氣件4使空氣在通氣孔3與框體2的外部之間來回地連通。同時，防水通氣件4防水以避免水從通氣孔3進入框體2的內部。防水通氣件4向框體2的安裝方法可以是利用粘接材料、螺紋緊固件等的適當的方法。

使用圖3至圖15對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明。圖3是實施方式1的防水通氣件的立體圖。圖4是實施方式1的防水通氣件的俯視圖。圖5是實施方式1的防水通氣件在圖4所示的b-b線處的垂直剖視圖。圖6是實施方式1的防水通氣件在圖4所示的c-c線處的垂直剖視圖。圖7是實施方式1的防水通氣件在圖5所示的d-d線處的水平剖視圖。圖8是實施方式1的防水通氣件在圖5所示的e-e線處的水平剖視圖。圖9是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖6所示的f-f線處的垂直剖視圖。圖10是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖5所示的g-g線處的垂直剖視圖。圖11是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖6所示的f-f線處切斷的防水通氣件的立體圖。圖12是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的在圖5所示的g-g線處切斷的防水通氣件的立體圖。圖13是用於對實施方式1的防水通氣件的結構進行說明的將上側的一部分切開的防水通氣件的立體圖。圖14是用於對實施方式1的防水通氣件所具有的雙層筒構件的結構進行說明的將上側的一部分切開的雙層筒構件的立體圖。圖15是實施方式1的防水通氣件所具有的底構件的立體圖。

如圖3所示，防水通氣件4的外形呈具有上底和下底的圓筒，並且高度為3cm左右且直徑為2cm左右。在防水通氣件4的上表面具有凸部5和框體側孔6，上述凸部5具有與通氣孔3的內徑大致相同的外徑，上述框體側孔6設置於凸部5。在側面的下部具有兩個外側開口7，上述兩個外側開口7設置成彼此相向。外側開口7的形狀呈將上側的角變圓的梯形。設置有外側開口7的側面、底面以及上表面構成在內部具有空間的外側中空體8。凸部5的上部以進入通氣孔3的內部的狀態安裝於框體2。框體側孔6是與通氣孔3連通的上部開口。

此處，如圖3所示，定義彼此正交的x軸、y軸、z軸的方向。z軸是與防水通氣件4的上表面垂直的方向即高度方向。x軸和y軸存在於與上表面平行的平面內。x軸是兩個外側開口7相向的方向，即與連接兩個外側開口7的中心的直線平行的方向。y軸是與x軸及z軸垂直的方向。防水通氣件4呈在xz平面和yz平面上相對於z軸線對稱的形狀。

在圖4中示出用於對防水通氣件4的結構進行說明的包括z軸的平面即垂直截面的位置。b-b截面是將防水通氣件4在圖中的右半部分作為與xz平面平行的截面並將左半部分作為從側面觀察到的圖的截面。c-c截面是將防水通氣件4在圖中的右半部分作為與yz平面平行的截面並將左半部分作為從側面觀察到的圖的截面。

在圖5中示出用於對防水通氣件4的結構進行說明的與xy平面平行的平面即水平截面的位置。d-d截面是存在內側中空體9的部分處的水平截面。e-e截面是內側中空體9下側處的水平截面。

如圖13所示，防水通氣件4是在圓筒狀的外側中空體8的內部空間的上部具有另一個中空體即內側中空體9的結構。內側中空體9呈具有上底和下底的圓筒狀。在內側中空體9的下部也設置有彼此相向的兩個內側開口10。兩個內側開口10相向的方向即連接兩個內側開口10的中心的直線與y軸平行。內側開口10的形狀呈將角變圓的梯形。

防水通氣件4由雙層筒構件11和底構件12構成，上述雙層筒構件11具有雙層的圓筒，該雙層的圓筒以共用上底、下底開放、中心軸位於相同位置的方式配置，上述底構件12堵塞雙層筒構件11具有的兩個圓筒的開放的下底。如圖14所示，在雙層筒構件11的外側筒13的下底側即下端的彼此相向的位置設置有兩個梯形的缺口14。內側筒15的長度設為外側筒13的30％左右。在內側筒15的下底側即下端的彼此相向的位置也設置有兩個梯形的缺口16。連接外側筒13的兩個缺口14的中心的直線與連接內側筒15的兩個缺口16的中心的直線彼此正交。嚴格來說，上述兩根直線不在同一平面上，而是位於扭轉的位置。本說明書中的正交也包括使任意的直線平行移動而使兩根直線存在於同一平面上的狀態下兩根直線正交的情況。外側筒13的缺口14設置成在缺口14與底構件12所具有的外側筒13的下底之間形成外側開口7。內側筒15的缺口16也設置成在缺口16與底構件12所具有的內側筒15的下底之間形成內側開口10。

由於以與外側中空體8的下底相接的方式設置外側開口7，因此，進入外側中空體8的內部的水在重力的作用下從外側開口7排出。由於以與內側中空體9的下底相接的方式設置內側開口10，因此，進入內側中空體9的內部的水在重力的作用下從內側開口10排出。

在外側筒13下部的相向位置設置有兩個爪收納孔17，兩個該爪收納孔17用於將雙層筒構件11與底構件12形成一體。兩個爪收納孔17的截面形狀相同，呈將角變圓的長方形。兩個爪收納孔17位於距外側筒13的下端相同高度的位置。

如圖15所示，底構件12具有：內側底19，該內側底19具有與內側筒15嵌合的圓形的突起18；外側底20，該外側底20堵塞外側筒13的開放的下底；以及兩個腳21，兩個該腳21是連接內側底19與外側底20的連接部。

兩個腳21分別在其外側的下部相同高度的位置設置有寬度為腳21的寬度一半的爪22。腳21的爪22進入外側筒13的爪收納孔17並嵌合，藉此，雙層筒構件11與底構件12形成一體。由外側筒13和外側底20構成外側中空體8。由內側筒15和內側底19構成內側中空體9。爪22和爪收納孔17的位置是在爪22進入爪收納孔17後的狀態下使外側底20的下端與外側筒13的下端一致的位置。如圖12所示，爪22的、在通過底構件12的中心且包括z軸的平面處的截面形狀呈下側為直線且上側為圓弧的中心角為90度的扇形。

如圖9和圖10中虛線的橢圓所示，外側中空體8內部的空間大致分為三部分。第一部分是比內側中空體9靠下側的空間即下部空間23。第二部分是內側中空體9內部的空間即上部空間24。第三部分是比內側中空體9的下底靠上且內側中空體9以外的空間即聯絡空間25。如圖9所示，下部空間23與聯絡空間25在外側筒13的設置有外側開口7的部分的內側連通。如圖10所示，在內側筒15的設置有內側開口16的部分的下方存在底構件12的腳21，因此下部空間23與聯絡空間25在該部分未連通。如圖10所示，聯絡空間25與上部空間24通過內側開口10連通。當然，在內側筒15的未設置內側開口10的部分，聯絡空間25與上部空間24不連通。

與開口及空間的尺寸相關的變量定義如下。上述變量在圖6中示出。

h1：下部空間23的高度

h2：外側開口7的高度

h3：上部空間24的高度

h4：內側開口10的高度

w：外側筒13的內表面與內側筒15的外表面之間的距離

確定外側開口7和內側開口10的形狀和大小，以無法因表面張力而形成水膜。外側筒13的內表面與內側筒15的外表面之間的距離w也根據形狀設為足夠大，以使在外側筒13的內表面與內側筒15的外表面之間水膜無法形成。

在本實施方式1中保持h1/h2＞2、h3/h4＞1.5的關係。對於相同的h2，h1/h2越大，則從外側開口7進入下部空間23的水到達內側開口10的概率越小。同樣，對於相同的h4，若h3/h4變大，則能使從內側開口10進入上部空間24的水到達框體側孔6的概率變小。若h1/h2相同，則h1越大，進入下部空間23的水到達內側開口10的概率越小。若h3/h4相同，則h3越大，進入上部空間24的水到達框體側孔6的概率越小。根據應確保的通氣量和能設置的空間的制約等適當確定防水通氣件各部分的尺寸。

接下來，對本實施方式1的防水通氣件4防水的動作進行說明。防水通氣件4滿足jis標準「電氣設備器具的外廓的保護等級(jisc0920)」的保護等級6(ipx6)。在保護等級6(ipx6)中，需要「沒有來自所有方向的強噴流水導致的有害影響(防水型)」。

在防水通氣件4中，為了防水而具有以下三種結構。

(a)使內部空間的截面積比外側開口7的截面積大的急劇擴大管的結構。

(b)使從外側開口7至框體側孔6為止的路徑多次彎曲的迷宮結構。

(c)在開口和內部，無法因表面張力而形成水膜的結構。

首先對防水通氣件4具有的急劇擴大管的結構對於噴流水的防水動作進行說明。兩個外側開口7和下部空間23可被視作x軸方向的管路。由圖10可知，外側開口7的寬度與下部空間的寬度大致相同，因此管路在外側開口7處的截面積與在下部空間23處的截面積之比與高度之比(＝h1/h2)大致相同。也就是說，針對從外側開口7進入的水，形成截面積急劇擴大兩倍以上的所謂急劇擴大管。考慮從防水通氣件4的外部流入內部的水流主要是x軸方向的流動。沿x軸方向流入的水流在從外側開口7進入後立即在急劇擴大部分發生紊亂而產生損失。因此具有使朝向比外側開口7靠上方行進的水量減少的效果。

此外，由於兩個外側開口7彼此相向，因此從外部流入的水流從與流入有該水流的大部分的外側開口7相反的一側的外側開口7流下。如此，通過設置兩個相對於防水通氣件4的整體大小具有一定程度大小的外側開口7，藉此，即使在任一方的外側開口7因連續流入的水或異物而導致失去通氣性能的情況下，也能利用另一方的外側開口7確保通氣。此外，在內側中空體9的內部要向上方移動，之後由於重力等落下的水也可容易地流出至防水通氣件4的外部。

在噴流水的方向相對於x軸方向傾斜的情況下，外側開口7的有效截面積變小，水很難進入防水通氣件4的內部。對於相對於x軸方向傾斜的噴流水，截面積緩緩地擴大，但截面積擴大的程度也變大。因此認為相對於x軸方向的情況，削減水流的動量的效果應該不會大幅降低。

接下來，對防水通氣件4具有的迷宮結構的特徵和效果進行說明。圖16是對實施方式1的防水通氣件的從外側開口至上表面的框體側孔為止的路徑進行說明的剖視圖。由於在內側開口10的徑向外側的下方存在腳21，因此不能直接從下部空間23向內側開口10的徑向外側的聯絡空間25移動，故形成如下的路徑。如圖16(a)所示，從外側開口7至上表面的框體側孔6為止的路徑26在剛進入外側開口7之後的位置或在出另一個外側開口7之前的位置向上側改變方向，並從下部空間23進入聯絡空間25。如圖16(b)所示，路徑26在外側筒13與內側筒15之間朝向內側開口10一方旋轉約四分之一周後，從內側開口10進入上部空間24。如圖16(c)所示，路徑26在上部空間24內部向上側改變方向，併到達框體側孔6。如此，從外側開口7到達上表面的框體側孔6至少需要四次以接近直角的角度改變方向。此外，該路徑是克服重力而向上行進的路徑。

無法從外側開口7直接看到內側開口10。內側開口10設置在經由外側開口7進入外側中空體8內部的水無法直接撞擊的位置。由於在內側開口10徑向的緊靠外側的下方存在腳21，因此流入內側開口10的流體主要在聯絡空間25內沿水平方向移動。這意味著腳21起到防止水從內側開口10的下方進入的流路限制部的功能。也可以在底構件的腳的上部安裝用於限制從下方朝向內側開口10的流路的構件。此外，也可以將內側底和外側底形成為不同構件，並在內側底設置用於限制從下方朝向內側開口的流路的構件。

從外側開口7進入防水通氣件4內部的流體(水或含水的空氣)在防水通氣件4的內部多次與防水通氣件4的內部壁面碰撞而使動量減弱。由於在截面積較小的聯絡空間25之前存在下部空間23這樣的截面積比較大的路徑，因此流體的動量由於截面積的增加而減弱，從而進入聯絡空間25的水量變小。此外，由於動量減弱，因此進入聯絡空間25的水幾乎都由於重力而朝向下部空間23落下。

由於聯絡空間25處的流路的截面積在內側開口10和上部空間24處變大，因此，從聯絡空間25經由內側開口10進入內側中空體9的內部空間即上部空間24的流體的動量減弱，進入上部空間24的水幾乎都由於重力而落至內側底19。

由於內側中空體9的兩個內側開口10彼此相向，因此從一方的內側開口10進入內側中空體9的內部的水會從另一方的內側開口10流出。或者，在內側中空體9的內側面反射的水的動量減小而落至底面，並從內側開口10流出。

對防水通氣件4具有的在開口和內部無法因表面張力而形成水膜的結構進行說明。由於將外側開口7的形狀和大小設為水膜無法形成的形狀和大小，因此，即使大量的噴流水暫時堵塞外側開口7，之後也不會產生水膜。由於聯絡空間25的間隔w設為水膜無法形成這樣的間隔，因此水不會積存於聯絡空間25。雖然還未考慮能堵塞內側開口10的所有開口面這樣的水一下子到達內側開口10的情形，但即使發生這樣的情形，由於將內側開口10的形狀和大小設成水膜無法形成的程度的形狀和大小，因此不會作為堵塞內側開口10的水膜殘留。在底構件12的腳21與外側筒13之間存在越向下越狹窄的間隙。水可能會殘留在該間隙中，但該水會偏離供流體流通的路徑，因此不會造成防水上的問題。另外，也可以改變底構件的形狀而無法在腳與外側筒之間形成空間。

可考慮防水通氣件的材料的親水性來確定開口的形狀和大小、連接空間的形狀和間隔。若是具有斥水性的材料，則要保證即使由於老化等而導致斥水性降低，也不會產生水膜。

在防水通氣件4安裝於框體的縱橫尺寸為350mm左右的室外設置用的框體的通氣孔的狀態下，實施jis標準「電氣設備器具的外廓的保護等級(jisc0920)」的保護等級6(ipx6)規定的防水試驗。其結果是確認水無法進入室外設置用的框體的內部，滿足ipx6標準。

而且確認了即使在框體中產生負壓的狀態下，也滿足jis標準的保護等級5(ipx5)。在保護等級5(ipx5)中，需要「沒有來自所有方向的噴流水導致的有害影響(防噴流型)」。

對試驗方法進行說明。在試驗前，使電子設備裝置的整體和框體內部的空氣溫度上升。在開始jis標準的保護等級5(ipx5)所規定的防水試驗之後，立即對框體的內部進行強制冷卻，在防水試驗中產生約40℃的溫度差，在防水試驗中的電子設備裝置的內部造成負壓狀態。在該評價試驗中也能確保電子設備裝置內部足夠的防水性。而且，在防水通氣件的開口部和防水通氣件的內部水膜沒有形成，能確保電子設備裝置內外的通氣。

防水通氣件4由雙層筒構件11和底構件12這兩個構件構成，能容易地組裝。由於在底構件12的上表面設置了與內側筒19的內表面嵌合的圓盤狀的突起18，因此在將底構件12組裝於雙層筒構件11時，可抑制內側底19在xy平面內的位置偏差。此外，利用圓盤狀的突起18將底構件19保持在內側筒15的中心，可抑制爪21與貫通孔17的嵌合的鬆動。藉此，無需另外使用粘接構件等，就能使該防水通氣件的流路維持希望的尺寸和形狀。

在本實施方式1中，將防水通氣件的外形設為圓筒狀，但也可以是方筒狀、圓錐臺狀、稜錐臺狀、多面體狀以及橢圓球狀等。外側中空體的上底和內側中空體的上底是共用的，但內側中空體的上部可以從外側中空體伸出。只要內側中空體的至少一部分收容於外側中空體的內部，且內側開口進入外側中空體的內部，則防水通氣件可以是任何形狀。

在防水通氣件的構件中，也可以將具有與框體的通氣孔連通的上部開口一側的構件與框體一體地形成。

設置了兩個外側開口，但也可以是一個或三個以上。內側開口也可以設為一個或三個以上。將中空體的開口設為一個，有利於將一個開口形成得較大從而成為水膜無法形成的大小的開口。將外側開口設為具有相同形狀和大小的兩個開口，但只要將較小一方也設為水膜無法形成的形狀和大小，則開口的形狀和大小中的任一項或兩項也可以不同。關於內側開口，只要將較小一方也設為水膜無法形成的形狀和大小，則開口的形狀和大小中的任一項或兩項也可以不同。

兩個外側開口相向的方向與兩個內側開口相向的方向不必一定正交。只要將內側開口配置在從外側開口進入的水無法直接撞擊的位置即可。將相同形狀和大小的兩個外側開口及相同形狀和大小的兩個內側開口配置成其相向的方向正交，藉此，任意的開口都具有相同的防水性能。

作為防水標準，也可以使用與jis不同的標準。在jis標準中，對於比保護等級6(ipx6)嚴格或寬鬆的標準，本發明也能應用。本發明也能應用在不根據標準而滿足獨自確定的防水性能的情況。

本發明在其發明主旨的範圍內能夠進行實施方式的變形、省略。

符號說明

1：電子設備

2：框體

3：通氣孔

4：防水通氣件

5：凸部

6：框體側孔

7：外側開口

8：外側中空體

9：內側中空體

10：內側開口

11：雙層筒構件

12：底構件

13：外側筒

14：缺口

15：內側筒

16：缺口

17：爪收納孔

18：突起

19：內側底

20：外側底

21：腳(流路限制部)

22：爪

23：下部空間

24：上部空間

25：聯絡空間

26：路徑。