CN110999561A - 孔密封结构 - Google Patents

Abstract

一种密封结构，包括容器；以液体形式施加的密封剂，其可固化成凝胶；以及盖，其向凝胶施加压力。容器围绕组件中的至少一个开口，以使诸如导线的细长构件通过。容器限定了腔室，所述腔室与开口连通并且围绕穿过开口的导线。封闭件跨越开口并与容器的内端接触。腔室和所述至少一个开口部分地填充有预定量的液体形式的密封剂，其固化成粘性凝胶。盖用于与容器接合，并且包括位于容器内并与凝胶密封剂接触的平台。在这种设置中，盖对凝胶密封剂施加正压力。

Description

孔密封结构

背景技术

在室外环境中使用的电子组件，诸如室外音响、显示器以及灯组件，暴露于包括阳光、风、雨、冰、盐、雪、泥等的环境要素中。如果不防止暴露于这些要素中，则电子组件的内部部件和电路容易受到损坏。用于户外或其他恶劣环境的电子组件通常被构造成限定一个基本密封的腔，以保护内部部件不受这些要素影响。

电子组件也会暴露于热循环，例如在白天和晚上使用，日晒和遮阳，夏季和冬季以及开机和关机时。热循环会改变灯组件外壳内的压力，并且外壳内产生的压力循环会通过多种类型的现有密封件和垫圈将湿气吸入和/或芯吸(wick)，并进入外壳。湿气可以沿着带护套的导线的内部被吸入原本密封的外壳中。

通常暴露于恶劣环境条件下的电子组件的一个常见示例是在应急车辆和进行路边操作的车辆(诸如DOT和拖车)上使用的轻型组件。电子组件包括穿过组件外壳以传送控制信号和/或电源的多条导线。导线在穿过组件外壳的地方需要密封，这样湿气就不能接触到组件内的敏感部件。现有技术的灯组件可以使用密封方法，例如将每根导线穿过单独的橡胶索环中的孔或用环氧密封剂封装，使环氧密封剂环绕导线流动并固化成硬化状态。安装橡胶索环的过程缓慢，费力，并且不容易自动化。环氧密封剂不会与每条导线的护套形成牢固的粘合或充分粘合。此外，在安装或使用期间，硬化的环氧树脂不会由于导线的移位而移动或流动。现有技术的方法可以允许水通过护套导线内部的壳体。

需要一种密封结构和方法，该密封结构和方法可以有效地有效地密封导体进入电子外壳的孔。

发明内容

根据本公开的方面，所公开的密封结构的实施例包括容器；密封剂，以液体形式施加并且固化形成为凝胶；以及盖，对凝胶施加压力。在说明性实施例中，容器被固定到电子组件的壳体上，围绕诸如导线等细长构件的壳体中的开口。所述容器限定了一个腔室，所述腔室与该开口连通，并且围绕穿过所述开口的导线。PC板可跨越容器的开口和内端以形成限定腔室的内端的封闭件。腔室和开口部分地填充有液体形式的预定量的密封剂，其可以固化成粘性凝胶。该容器当接收液体形式的密封剂时充当“封装坝(potting dam)”，并且含有密封剂同时允许密封剂固化。盖被配置为与容器接合，并且包括位于容器内并与凝胶密封剂接触的平台。在这种设置中，盖对凝胶密封剂施加正压。在压力下，凝胶密封剂形成紧密的环境密封，如果导体在容器和开口内移位，该密封将“自愈”。

密封剂为液体形式时涂覆导体和开口以及容器内部的其他表面。在一些组件中，开口邻近于去除导体的护套并且将导体压接和/或焊接以建立电连接的位置。电连接可以是与PC板或连接器中的销。在去除导体的护套的情况下，液体密封剂流入导线周围的空间并涂覆护套的末端。当密封剂固化并随后被盖压缩在容器内时，所公开的密封结构防止空气和湿气沿着护套导线内部的导体进入外壳。

一种密封方法包括提供容器和盖。所述容器围绕至少一个与壳体内部连通的开口。所述容器限定了与所述开口连通并围绕穿过所述开口的导线的腔室。容器以将容器密封到邻近所述开口的壳体的外表面的方式固定到壳体。导线被固定到诸如PC板之类的结构上，导线的自由端穿过壳体中的开口并且导线通道由容器限定。PC板跨越容器的内端并形成与容器的外端相对的封闭件。混合预定量的可固化液体密封剂，将其引入腔室和开口，并固化以形成粘性凝胶。盖具有一个平台，该平台位于容器内并与固化的密封剂接触。盖被固定到容器上，以对固化的密封剂保持正压。加压的凝胶密封剂可在导线周围提供紧密的自愈性的环境密封。

附图说明

将参考附图描述优选实施例的各个方面，其中相同的数字表示相同的元件：

图1是根据本公开的方面的包含孔密封结构的灯组件的前透视图；

图2是图1的灯组件和孔密封结构的后透视图；

图3是图2的灯组件的孔密封结构和相邻部件的分解图；

图4是图2的灯组件的孔密封结构和导线的后透视图；

图5是图2的密封结构的容器的外端的透视图，其中盖被移除；

图6是图1-5的孔密封结构的盖、导线以及密封剂的剖视图；

图7是图1-6的孔密封结构的容器和盖的分解透视图；

图8是图1-7的孔密封结构的容器和灯组件的透视图，在填充液体密封剂之前容器安装到围绕导线的灯组件上；

图9是图1-8的灯组件的所公开的孔密封结构、散热器以及PC板的剖视图，其中省略了灯组件的其他部件；

图10是根据本公开的方面的第二灯组件和孔密封结构的替代实施例的后透视图；

图11是图10的灯组件和孔密封结构的后部分解图；

图12是图10和11的孔密封结构的容器的内端的放大透视图；以及

图13是图10至图12的孔密封结构的截面图，该孔密封结构安装至灯组件的散热器，而省略了其他部件。

具体实施方式

现在将参考图1-13描述根据本公开的方面的密封结构的第一实施例。密封结构通常通过附图标记10表示。将在所公开的实施例的上下文中讨论各种材料、构造方法、制造方法以及紧固方法。本领域技术人员将认识到材料、制造方法和紧固方法的已知替代物，所有这些替代物都被认为与所公开的实施例兼容，并且意欲包含在所附权利要求中。

所公开的密封结构通常通过附图标记10指定，并将在示例性灯组件的上下文中讨论，但密封结构不限于此用途。所公开的密封结构10可用于密封任何产品或组件的壳体中的开口，通过该开口，细长结构从壳体的内部延伸到外部。所公开的密封结构不限于与电子组件或灯组件一起使用。所公开的密封结构可替代地应用于需要密封外壳的连接器组件或其他耦合器。

在本公开的上下文中，所公开的密封结构10与作为可与所公开的密封结构10一起使用的电子组件的一个示例的灯组件相关联。如图1-3所示，在一个公开的实施例中，电子组件是灯组件100(以下简称“灯100”)。图1示出了被边框104围绕的灯100，紧固件105通过该边框104将灯100固定到表面(未示出)。作为一个示例，导线150穿过安装表面的开口，以将灯100连接到机动车的电源和控制信号。垫圈106被设置在灯100的后面，并且在边框104被紧固件105固定时，垫圈106通过边框104卡抵(trapped against)安装表面。垫圈106防止水或其他环境污染物从灯100后面进入使导线150通过的安装表面的开口。安装表面的一个示例可以是用于紧急响应或路边操作的车辆的车身面板。

图2是不带边框104或垫圈106的灯100的后视图，示出了围绕穿过灯100的后面的导线105的所公开的密封结构10的一个实例。灯100的壳体由圆顶状透镜107和平的金属板散热器120形成。螺钉109穿过散热器120以接合透镜107内侧上的螺钉凸台，以将散热器120固定到透镜107。图3是省略透镜107和螺钉109的灯100的分解图。密封结构10包括容器50，容器50通过由3M制造的薄片或胶带(诸如VHB胶带)上切下的粘合件160固定到散热器120的外表面。粘合件160还在容器50和散热器120之间形成密封。散热器120和透镜107限定了壳体，该壳体围绕装有LED灯、电路连接件和电子元件的印刷电路(printed circuit，PC)板110。粘合剂密封件125被压紧在透镜107内侧的肩部与散热器120的周边之间，以将透镜107密封至散热器120。密封件125围绕螺钉109穿过散热器120的位置，从而密封通过散热器120中的紧固件开口的任何潜在的泄漏路径。

PC板110被配置成容纳在密封件125内部的透镜107内。PC板110的顶面包括凹陷或孔111，这些凹陷或孔111容纳从透镜107内部投影的配套突出物，以限定PC板110相对于透镜107上的光学件的位置。关于透镜107的内表面的细节，参见图11。在PC板110的背面和散热器120的内表面之间设置有诸如Parker Hannifin制造的CHO THERM的导热垫圈130，以将PC板110与散热器120电绝缘，同时形成用于将热量从PC板110上的LED和电子元件传输到散热器120的导热路径。螺钉109穿过散热器并接合透镜107内侧上的螺钉凸台(参见图11)，以将透镜固定到散热器120上，从而压紧密封件125并将PC板110和导热垫圈130紧紧地卡抵散热器120的内表面。

散热器120限定开口122，导热垫圈130限定用于导线150的开口132。导线150具有被绝缘护套154围绕的导电金属束152。移除护套154以露出金属束152的长度，金属束152通过本领域已知的压接和/或焊接连接而固定到PC板110。散热器120还限定了用于对组装的灯100进行压力测试的孔124。导热垫圈130限定了两个孔134，并且PC板110在相应位置限定了两个孔112，以确保其中一个孔在灯100被完全组装时与散热器120中的孔124对齐。对齐的孔124、134以及112形成开口，所述开口与由配对透镜107和散热器120形成的壳体的内部进行连通。

图4-7示出了容器50的一个公开的实施例，容器50可被描述为“封装坝”。在公开的实施例中，容器50是模压塑料部件，但可使用其他材料和制造方法。容器50包括图4、6和7中更好示出的内端51和图5和8中更好示出的外端54。容器50的内端51包括径向突出的唇缘58，唇部58具有平面52，该平面52通过粘合垫圈160连接到散热器120的外表面。容器内端51包括两个凸起壁57，该凸起壁57远离唇缘58突出并且围绕长方形的导线通道56。凸起壁57具有略微锥形的形状，并且被配置成紧密地容纳在由散热器120限定的开口122中。凸起壁57从平面52延伸的距离略小于散热器120和粘合垫圈160的厚度，粘合垫圈160限定了针对凸起壁57的开口162。凸起壁57用作电绝缘体，以防止导线150与金属散热器120中开口122的边缘之间的任何接触。凸起壁还防止容器相对于散热器120的横向移动。

如图8更好示出的，侧壁59从容器50的外端54在径向唇缘58和外端54之间延伸，并限定与导线通道56连通的腔室60。侧壁59在容器50的外端54处的外边缘62处终止。卡扣64在导线通道56之间的边缘62的相对两侧上方突出。两个卡扣64中的每一个包括向内突出的肩部66，其具有倾斜内表面68。如图6所示，每个卡扣64被配置为与盖70上的互补特征匹配。容器50包括位于凸起壁57之间的开口53。开口53用于在不移动模具中零件的情况下为卡扣的向内凸出的肩部66提供注塑模具结构的准入(access)。当容器50安装到散热器120时，粘合垫圈160跨越开口53，该开口53在所公开的密封结构10的功能中不起作用。

如图4、6和7所示，盖70被配置为与容器50匹配。盖70包括从外板74凸出的朝向内的平台72。如图2和4所示，盖70具有定向成与容器50的第一和第二侧相对应的侧面。外板74包括并排布置的多个指部76a、76b，多个指部76a、76b限定用于接收导线150的U形凹槽78。在所公开的实施例中，盖70限定了导线150的总共六个U形凹槽78，但可以有更多或更少的凹槽与所公开的密封结构10兼容。所述多个指部76a、76b从盖70的与导线通道56的位置轴向对齐的相对两侧延伸。在所公开的实施例中，在每个相对侧上存在两个内指部76a和两个外指部76b。U形凹槽78限定在相邻的内指部76a和外指部76b之间或相邻的内指部76a和内指部76a之间，用于接收导线150。在盖70的相对两侧上限定与每个卡扣64的位置轴向对齐的缺口80。每个缺口80被配置成以卡扣配合式布置接收从容器50的边缘62突出的卡扣64，以将盖70固定到容器上。

平台72在相对两侧上包括与内指部76a重叠的一对肋82。斜坡84限定在缺口80上方并且外指部76b之间的相对两侧上。每个斜坡84被配置为与卡扣64的互补的倾斜内表面68配合，以在将盖70安装到容器50的过程中引导卡扣64向外移动。每个卡扣64的底部包括壁架86，壁架86悬挂在每个槽80上方用于抵接每个卡扣64的肩部66并形成盖70和容器50的卡扣配合接合。

如图2、8和9所示，容器50通过粘合垫圈160连接到散热器120，以形成封装坝，所述封装坝密封到散热器120并且围绕散热器120中的开口122。导线150穿过容器50的腔室60、导线通道56和散热器120的导线开口122以及导热垫圈130中的132而延伸到PC板110。在所公开的实施例中，导热垫圈130和PC板110形成由容器50限定的腔室60的内部封闭结构。内部封闭结构允许用液体形式的密封剂30填充腔室。根据本发明的方面，将两部分密封剂30混合以形成低温固化粘性液体。在公开的实施例中，密封剂30的粘度至少为10,000cP，固化时间优选小于1小时。在优选的实施例中，密封剂30在大约30分钟内固化。将预定数量的液体密封剂30引入容器50的腔室60。液体密封剂30在腔室60内、每个导线通道56内、导线150的护套154周围，以及导线150的成束导体152之间，在成束导体152与PC板110的连接处成束导体152暴露的区域中，进行表面涂覆和间隙填充。测量密封剂30的量以将腔室60填充至一定水平，该水平将在盖70连接到容器50时被盖70的平台72压紧的水平。密封剂30的量取决于穿过密封结构10的导线150的数量，每根导线占据腔室的限定部分，并减少密封剂30要填充的体积。

密封剂30被允许有时间固化并形成自愈性、可重新置入的粘性凝胶。盖70位于容器50的边缘62附近，每个斜坡84与每个卡扣64的斜面68对准。盖70被压入容器50中，并且斜坡84和斜面68协同向外移动卡扣64，直到卡扣64的肩部66移动过斜坡84的外端并向内扣合以与壁架86重叠，如图6所示。当盖70在安装过程中朝容器50前进时，盖70的平台72与固化密封胶30接触并对固化密封胶30施加正压力。在来自盖70的压力下，一些密封剂30将流入U形凹槽78并且围绕导线150，在导线150处，所述一些密封剂30从所公开的密封结构10中露出。在公开的实施例中，盖的平台72与预定量的密封剂30结合，导致施加到固化密封剂30的正压力至少为5psi。在压力下，当导线150在搬运和安装过程中移动时，密封剂30将以更坚硬的环氧基密封剂所不能达到的方式围绕导线150流动。通过密封剂30在导线150上施加的正压力作为对湿气的物理屏障，否则湿气可能沿着每条导线150的护套154的内部芯吸而进入灯100的壳体。平台72将容器50中密封剂30的可用体积从第一体积V₁变为第二体积V₂。在公开的实施例中，平台72将容器50中的密封剂30的可用体积减少至少5％。

根据本发明的方面，容器50被固定到散热器120以形成子组件。导线150被剥离并通过压接和/或焊接连接来接合到PC板110，以形成另一子组件。导热垫圈130放置在PC板110的背面和散热器120的内侧表面之间，紧固件109被推入透镜107的螺钉凸台中，以将透镜107连接到散热器120，其中PC板110压抵到导热垫圈130和散热器120上。将预定量的液态密封剂30倒入容器50的腔室60中，在该腔室中，密封剂覆盖所有表面并填充裂缝和空隙，包括在与PC板110相邻的成束导体152和导线护套154的接合处。密封剂30被固化。在所公开的实施例中，密封剂30在室温下在大约30分钟内固化为粘性凝胶。盖70卡在容器50上，并且指部76a分离导线150和对密封剂30施加压力的盖70的平台72。固化密封剂30将在压力下流动，并填充导线150和盖70之间以及盖70和容器50之间的任何空隙。然后，根据已知方法在散热器120的开口124处对灯100进行压力测试。出现泄漏的灯将被剔除。施加通风孔103以覆盖通过压力试验的灯的开口124。通风口103平衡在灯100内部和周围环境之间的压力，同时防止湿气和其他污染物的侵入。通风口103可以是戈尔公司(W.L.Gore&Associates,Inc)提供的GORE保护性通风口。

包含所公开的密封结构10的灯100的组装步骤包括：

·将容器固定到壳体——在所公开的灯组件100和密封结构10中，这意指准备容器50和散热器120的表面，将粘合垫圈160定位在容器50和散热器120之间，并施加压力以将容器50固定到散热器120；

·剥去导线护套154以露出成束导体152，并通过压接和/或焊接连接将导线150连接到PC板上；

·将导热垫圈130定位在PC板110和散热器120的内表面之间，并使导线150的自由端穿过容器50的导线通道56和腔室60；

·在透镜107和散热器120之间设置密封件；

·将透镜107固定到散热器120，将PC板110按压抵靠在导热垫圈130和散热器110上；

·以液体形式的预定体积的密封剂30填充容器50的腔室60；

·使密封剂30固化形成粘性凝胶；

·将盖70与容器50对齐，并且在U形凹槽78中放置导线150，

·朝容器50推进盖70，使容器50上的卡扣64与盖上的壁架86接合，以将盖70锁定在容器50上的限定位置，在该限制位置中盖70的平台72向粘性凝胶密封剂30施加压力；

·在开口124处对电子组件进行压力测试，以确定外壳是否密封，泄漏的组件是否被剔除；以及

·跨越开口124施加通风孔103，以使外壳的压力均匀，但要防止湿气或其他污染物侵入。

图10-13示出了根据本公开的方面的密封结构200的替代实施例。对于密封结构200的描述将仅限于它与密封结构10在配置和将密封结构200连接到灯300所需的步骤方面的不同。在所有其它方面，密封结构200的功能与图1-9中的密封结构10相同。图11是灯300的分解图，示出了密封结构200、粘合垫圈260、散热器120、导热垫圈230、PC板110以及透镜107。灯300的垫圈260和230的配置与图1-9的灯100中所示的不同。垫圈260成形为延伸到螺钉凸台252的下方，并且包括开口262。导热垫圈230横向延伸以在散热器120和透镜107的内部肩部之间形成密封，从而省去了灯100的单独的粘合垫圈125。

图10-13中的密封结构200对容器250进行了修改，增加了螺钉凸台252和突出物253(图12和13中能更好看出。螺钉254从内部延伸穿过散热器120并接合螺钉凸台252，以将容器250固定抵靠在散热器120的外表面上，以增强容器250和散热器120之间的机械连接。突出物253靠在邻近螺钉凸台252的散热器120的外侧，并在紧固件254的拧紧过程中起到止动作用，以控制粘合垫圈260被压缩的量。粘合垫圈260中的开口262允许螺钉254穿过垫圈260，并允许突出物直接靠在散热器120。容器250与散热器120的连接包括驱动螺钉254穿过散热器中的开口126以拉动突出物253使其与散热器120的外表面接触的步骤。图13是在拧紧螺钉254的过程中散热器120、垫圈160和孔结构200的剖面图，其中，突出物253尚未与散热器120接触。螺钉254用于说明将容器250固定到散热器120，可以使用其他紧固件。

尽管在某些说明性的、非限制性的实施例的上下文中已经公开了本文描述的所公开的孔密封结构的代表性实施例，但是应当理解，在不脱离如权利要求所述的本发明的更宽泛范围的情况下，可以对这些实施例进行各种改变、替换、排列和改变。还应理解，孔密封结构不限于所公开的实施例，并且本领域技术人员可以做出落入由权利要求书限定的本发明范围内的结构和机械改变。

Claims (12)

1.一种密封结构，包括：

容器，围绕与壳体连通的至少一个通道，所述容器限定与所述至少一个通道连通的腔室；

所述腔室和所述至少一个通道部分地填充有预定量的凝胶密封剂；

盖，具有在所述容器内定位的平台，并且与所述凝胶密封剂接触，

其中，所述盖对所述凝胶密封剂施加正压力。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其中，所述容器包括一对卡扣，所述一对卡扣构造成与包括在所述盖上的互补的一对斜坡配合，所述容器和所述盖形成卡扣配合连接。

3.根据权利要求1所述的密封结构，其中，所述盖包括与所述至少一个通道轴向对准的多个指部。

4.根据权利要求1所述的密封结构，其中，所述至少一个通道由从所述容器突出的凸起壁限定。

5.根据权利要求1所述的密封结构，其中，具有成束导体的护套导线延伸穿过所述至少一个通道，并且所述密封剂填充每根导线的末端的所述成束导体之间的空间。

6.根据权利要求5所述的密封结构，其中，所述凝胶密封剂在所述护套导线的外部施加正压力，并且所述正压力作为对湿气的物理屏障。

7.一种密封方法，包括：

提供围绕与壳体连通的至少一个通道的容器，所述容器限定与所述至少一个通道连通的腔室；

混合预定量的可固化的液体密封剂；

将所述液体密封剂引入所述腔室和所述至少一个通道中；

将所述液体密封剂固化成凝胶密封剂；

提供盖，所述盖具有平台，所述平台位于所述容器内并且与所固化的密封剂接触；

将所述盖固定到所述容器上，

其中，将所述液体密封剂固化成凝胶密封剂，以在所述腔室和所述至少一个通道内形成密封。

8.根据权利要求7所述的密封方法，其中，所述提供盖的步骤包括使所述盖具有多个指部，使所述多个指部限定U形凹槽。

9.根据权利要求7所述的密封方法，其中，所述的提供容器和盖的步骤包括使所述容器包括一对卡扣，所述一对卡扣用于与在所述盖上包括的一对斜坡相匹配，所述容器和所述盖形成卡扣配合连接。

10.根据权利要求7所述的密封方法，其中，所述的固化所述密封剂的步骤包括使所述密封剂具有至少10,000cP的粘度。

11.根据权利要求7所述的密封结构，其中，所述提供盖的步骤包括使所述盖对所固化密封剂施加正压力并且所固化密封剂对延伸通过所述至少一个通道的护套导线的外部施加正压力。

12.根据权利要求11所述的密封结构，其中，所述提供盖的步骤包括将所固化密封剂对所述导线的外部施加的所述正压力作为对湿气的物理屏障。

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