CN114402151A - 垫圈 - Google Patents

Abstract

垫圈由弹性体材料形成。垫圈具备在第一部件与第二部件之间被压缩的被压缩部、插入到形成于第一部件的槽中的被插入部、以及将被压缩部与被插入部连结的颈部。被压缩部具备具有空洞的中空结构。被压缩部具有大致矩形的轮廓，该轮廓具有与第一部件接触的第一外表面和位于第一外表面的相反侧并与第二部件接触的第二外表面。第一外表面具有第一凹部，该第一凹部具有第一宽度，在第一凹部的中央接合有颈部。第二外表面具有第二凹部，该第二凹部具有第二宽度。第一凹部与第二凹部重叠，第一宽度与第二宽度不同。

Description

垫圈

技术领域

本发明涉及一种垫圈。

背景技术

专利文献1公开了一种垫圈，其具备中空结构，长期维持反作用力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实开平5-81565号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在部件之间被压缩而对部件之间的间隙进行密封的垫圈，优选即使部件的平面度低，也长期维持密封性能。

此外，根据所使用的环境，有时优选垫圈对部件施加的反作用力较小。例如，在配备有垫圈的部件的强度低的情况下，优选垫圈对部件施加的反作用力尽可能小。

另外，优选被压缩的垫圈在具有形状再现性的情况下变形。例如，如果垫圈相对于预期的形状倾斜，则难以在部件之间发挥或维持密封性能。

因此，本发明提供一种垫圈，即使部件的平面度较低，也能够长期维持密封性能，对部件施加的反作用力较小，在具有形状再现性的情况下被压缩。

用于解决问题的手段

本发明的一个方式涉及的垫圈包括：被压缩部，由弹性体材料形成，并在第一部件和第二部件之间被压缩；被插入部，由所述弹性体材料形成，并插入到形成于所述第一部件的槽中；以及颈部，由所述弹性体材料形成，具有比所述被压缩部的宽度和所述被插入部的最大宽度小的宽度，并与所述被压缩部和所述被插入部一体地接合，连接所述被压缩部和所述被插入部。所述被压缩部具备具有空洞的中空结构，并且具备大致矩形的轮廓，所述轮廓具有：第一外表面，其与所述第一部件接触；以及第二外表面，其位于所述第一外表面的相反侧，并与所述第二部件接触。所述第一外表面具有第一凹部，所述第一凹部具有第一宽度，在所述第一凹部的中央接合有所述颈部。所述第二外表面具有第二凹部，所述第二凹部具有第二宽度。所述第一凹部与所述第二凹部重叠，所述第一宽度与所述第二宽度不同。

根据该方式，由于被压缩部具备中空结构，因此即使第一部件和第二部件的平面度低，被压缩部也能够长期维持密封性能，并且对第一部件和第二部件施加的反作用力较小。此外，被插入部插入到第一部件的槽中而固定于第一部件，对被压缩部进行支承。并且，在该方式中，在被压缩部的相互相反的第一外表面和第二外表面上分别形成有第一凹部和第二凹部，这些凹部的宽度不同。第一凹部的两端和第二凹部的两端是在被压缩的垫圈的变形中最先承受压缩载荷的部位，在第一凹部的第一宽度与第二凹部的第二宽度相等的情况下，伴随着压缩，被压缩部可能相对于被插入部倾斜，而且非压缩部的变形的动作不具有再现性。但是，在该方式中，第一凹部与第二凹部重叠，第一宽度与第二宽度不同，因此被压缩部相对于被插入部不倾斜(例如，维持线对称的形状)，在具有形状再现性的情况下被压缩。因此，该方式的垫圈发挥所期望的密封性能的可靠性高。

附图说明

图1是使用本发明的实施方式涉及的垫圈的电动汽车的简要图。

图2是示出图1的电动汽车中的电池壳体的俯视图。

图3是图2的III-III线视向的截面图。

图4是本发明的第一实施方式涉及的垫圈的截面图。

图5是在电池壳体的盖与凸缘之间被压缩的第一实施方式涉及的垫圈的截面图。

图6是示出图5的状态下垫圈对电池壳体施加的接触压力的分布的曲线图。

图7是比图5的状态更强地被压缩的第一实施方式涉及的垫圈的截面图。

图8是示出图7的状态下垫圈对电池壳体施加的接触压力的分布的曲线图。

图9是比图7的状态更强地被压缩的第一实施方式涉及的垫圈的截面图。

图10是示出图9的状态下垫圈对电池壳体施加的接触压力的分布的曲线图。

图11是比较例涉及的垫圈的截面图。

图12是在电池壳体的盖与凸缘之间被压缩的比较例涉及的垫圈的截面图。

图13是比图12的状态被强地被压缩的比较例涉及的垫圈的截面图。

图14是另一比较例涉及的垫圈的截面图。

图15是在电池壳体的盖与凸缘之间被压缩的图14的比较例涉及的垫圈的截面图。

图16是本发明的第二实施方式涉及的垫圈的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的各种实施方式进行说明。附图的比例尺并不一定是准确的，部分特征也有夸张或省略的情况。

图1是使用本发明的实施方式涉及的垫圈的电动汽车1的简要图。在电动汽车1的下部配置有具有大面积的较薄的电池壳体2，电池壳体2在内部保持电池4。

如图2和图3所示，电池壳体2具有在内部配置有电池壳体2的容器6和作为覆盖容器6的平板的盖8。容器6和盖8例如由铝合金这样的金属形成。在容器6的周缘部形成有凸缘7，盖8通过多个螺钉9固定于凸缘7。

在凸缘7(第一部件)与盖8(第二部件)之间配置有由具有封闭的环状的弹性体材料形成的垫圈10。如图2所示，垫圈10具有与凸缘7的轮廓相似的轮廓，在凸缘7与盖8之间被压缩，将环状的内侧空间与外侧空间(即容器6的内部空间与外侧空间)隔开。

第一实施方式

图4是本发明的第一实施方式涉及的垫圈10的截面图。图4示出非压缩状态、即未配备于凸缘7与盖8之间的非使用状态的垫圈10。

如图4所示，垫圈10具有关于中心轴线Ax线对称的截面。垫圈10具有被压缩部12、被插入部14以及颈部16。

如图5、图7和图9所示，被压缩部12在凸缘7与盖8之间被压缩。被压缩部12具备在中央具有空洞18的中空结构。图示的空洞18是具有半圆形两端的长圆形，但也可以是椭圆形，也可以是大致矩形。

此外，被压缩部12具有大致矩形的轮廓。具体而言，被压缩部12具有与凸缘7接触的下表面20(第一外表面)、位于下表面20的相反位置且与盖8接触的上表面22(第二外表面)、以及两个侧面24。在下表面20与空洞18之间具有被压缩部12的下壁，在上表面22与空洞18之间具有被压缩部12的上壁，在各侧面24与空洞18之间具有被压缩部12的侧壁。

在本说明书中，例如，上表面、下表面这样与朝向有关的表达，是为了容易理解，根据图示的垫圈10的姿态而来的，但并不意味着将本发明的垫圈的姿态限定于图示的情形。

在图4所示的非压缩状态下，被压缩部12的高度H、即下表面20与上表面22的间隔小于被压缩部12的宽度W、即侧面24的间隔。此外，空洞18的高度也比空洞18的宽度小。

如图5、图7和图9所示，被插入部14插入到形成于凸缘7的截面为矩形的槽7A中。被插入部14具有越远离被压缩部12则宽度越小的锥形形状。因此，能够容易地将被插入部14插入到槽7A中。

被插入部14具有比非压缩状态下的被压缩部12的宽度W小的最大宽度W₃。在非压缩状态下，被插入部14的最大宽度W₃比槽7A的宽度W₄大。因此，当将被插入部14插入到槽7A中时，被插入部14紧贴于槽7A的两壁面，垫圈10被牢固地固定于凸缘7。

颈部16与被压缩部12和被插入部14一体地接合，连结压缩部12与被插入部14。颈部16具有比被压缩部12的宽度W和被插入部14的最大宽度W₃小的宽度。在非压缩状态下，颈部16的两个侧面相互平行。

被插入部14具有两个突起26。突起26配置在颈部16的两侧，如锚的臂那样，朝向被压缩部12延伸。通过突起26能够增大被插入部14的最大宽度W₃，大大地确保被插入部14相对于槽7A的壁面的过盈量。因此，被插入部14牢固地安装于凸缘7。

在被压缩部12的下表面20的两端分别形成有朝向被插入部14突出的隆起部28。在两个隆起部28的顶点29之间设置有凹部30(第一凹部)。在凹部30的中央接合有颈部16。凹部30具有宽度W₁(两个隆起部28的顶点29之间的距离)。

在被压缩部12的上表面22的两端分别形成有向远离被插入部14的方向突出的隆起部34。在两个隆起部34的顶点35之间设置有凹部36(第二凹部)。凹部36具有宽度W₂(两个隆起部34的顶点35之间的距离)。

在沿着中心轴线Ax的方向上，下表面20的凹部30与上表面22的凹部36重叠，在非压缩状态下，凹部30的宽度W₁(第一宽度)与凹部36的宽度W₂(第二宽度)不同。具体而言，在该实施方式中，在非压缩状态下，宽度W₁比宽度W₂大。

在非压缩状态下，空洞18的宽度与凹部30的宽度W₁大致相同，比凹部36的宽度W₂大。

如上所述，垫圈10具有封闭的环状。因此，被压缩部12、被插入部14以及颈部16分别形成为封闭的环，能够将环的内侧空间与外侧空间隔开。

能够通过将具有图4所示截面的长条的垫圈材料的两端接合，来制造环状的垫圈10。

如图4所示，被压缩部12、被插入部14以及颈部16具有关于中心轴线Ax线对称的截面。具有这样的截面的长条的垫圈材料能够使用具有线对称的型腔的模具而容易地制造。制造的具体方法优选为挤出成型。

垫圈10的材料例如是EPDM(三元乙丙橡胶)，但也可以是氟橡胶、硅橡胶等其他橡胶材料。

垫圈10的材料在加工成长条的垫圈材料之后，例如通过超高频(UHF)或水蒸气进行加热，由此进行交联。优选按照JIS K 6253的A型硬度计测量的垫圈10的硬度为50～80，进一步优选为50～70。

长条的垫圈材料例如通过利用粘接剂将其两端接合、或使用模具进行加压及加热而将其两端接合，从而加工成环状。接合部分也可以不具有空洞18。

虽未图示，但优选在被压缩部12形成有至少一个排气孔。排气孔允许空气向空洞18流入以及空气从空洞18流出。

图5是在电池壳体2的盖8与凸缘7之间以较弱的力被压缩的垫圈10的截面图，图7是将盖8与凸缘7的间隔D从图5的状态缩窄而以更强的力被压缩的垫圈10的截面图，图9是将盖8与凸缘7的间隔D从图7的状态缩窄而以更强的力被压缩的垫圈10的截面图。

图6示出图5的状态下的垫圈10的下表面20对凸缘7施加的接触压力的分布。图8示出图7的状态下的垫圈10的下表面20对凸缘7施加的接触压力的分布。图10示出图9的状态下的垫圈10的下表面20对凸缘7施加的接触压力的分布。这些曲线图是根据使用有限元法的模拟结果而得到的。图6、图8和图10的横轴与垫圈10的宽度方向对应，因此，图6、图8和图10示出接触压力在垫圈10的宽度方向上的分布。

随着盖8与凸缘7的间隔D变窄，空洞18缩小，被压缩部12的侧壁向外侧扩展。此外，随着盖8与凸缘7的间隔D变窄，垫圈10的下表面20与凸缘7的接触面积增加，上表面22与盖8的接触面积也增加。因此，图6、图8和图10的接触压力分布也逐渐扩大。

在该垫圈10中，由于被压缩部12具备具有空洞18的中空结构，因此即使凸缘7的表面和盖8的表面的平面度较低，被压缩部12也能够长期维持密封性能，并且对凸缘7和盖8施加的反作用力较小。

图11示出非压缩状态的比较例涉及的垫圈40的截面。比较例涉及的垫圈40不具有空洞18，但其他的特征与实施方式的垫圈10相同。

图12是在电池壳体2的盖8与凸缘7之间以较弱的力被压缩的垫圈40的截面图，盖8与凸缘7的间隔D与图5的间隔D相同。图13是盖8与凸缘7的间隔D从图12的状态缩窄而以更强的力被压缩的垫圈40的截面图，盖8与凸缘7的间隔D与图7的间隔D相同。

从图5与图12的比较、以及图6与图13的比较可知，实施方式涉及的垫圈10的具有空洞18的被压缩部12与比较例涉及的垫圈40的不具有空洞18的被压缩部12相比，更容易变形。根据使用有限元法的模拟结果，在图5的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力，是在图12的状态下比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力的7分之1。此外，在图6的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力，是在图13的状态下比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力的12.3分之1，是图12的状态下比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力的4.2分之1。另外，在图7的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力，只不过是在图12的状态下比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力的3分之1。

此外，即使盖8与凸缘7的间隔D变窄，实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力的增量也远小于比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力的增量。根据模拟结果，在图13的状态下比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力，是在图12的状态下比较例涉及的垫圈40对盖8施加的反作用力的约2.9倍，相对于此，在图6的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力，只不过是在图5的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力的约1.7倍。而且，在图7的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力，只不过是在图5的状态下实施方式涉及的垫圈10对盖8施加的反作用力的约2.3倍。

这样，根据实施方式涉及的垫圈10，对配备有垫圈10的部件施加的反作用力小，因此能够降低部件(在实施方式中为盖8和凸缘7)所需的强度。例如，能够降低盖8以及凸缘7的厚度。此外，能够降低将盖8紧固于凸缘7的螺钉9(参照图2)所需的强度和/或螺钉9之间的间隔。

在实施方式涉及的垫圈10的被压缩部12中，形成于下表面20的凹部30的宽度W₁与形成于上表面22的凹部36的宽度W₂不同。下面对由此实现的效果进行说明。

图14示出非压缩状态的比较例涉及的垫圈50的截面。在比较例涉及的垫圈50中，在非压缩状态下，形成于下表面20的凹部30的宽度W₁与形成于上表面22的凹部36的宽度W₂相等。其他特征与实施方式涉及的垫圈10相同。图15是在电池壳体2的盖8与凸缘7之间以较弱的力被压缩的垫圈40的截面图，盖8与凸缘7的间隔D与图5的间隔D相同。

从图5和图15可知，凹部30的两端(隆起部28的顶点29)和凹部36的两端(隆起部34的顶点35)是在由盖8和凸缘7压缩的垫圈10的变形中最先承受压缩载荷的部位。

在凹部30的宽度W₁与凹部36的宽度W₂相等的比较例涉及的垫圈50中，被压缩部12有可能一边进行像在4个顶点29、35上销结合的平行曲柄机构那样的动作一边变形。即，如图15所示，在比较例涉及的垫圈50中，伴随着压缩，被压缩部12有可能相对于被插入部14倾斜。

而且，在比较例涉及的垫圈50中，被压缩部12的变形行为不具有再现性。图15示出被压缩部12以上表面22相对于下表面20向左移动的方式倾斜，但相反，上表面22可能相对于下表面20向右移动。或者，也可能不进行平行曲柄机构那样的动作，如图15的虚拟线所示，被压缩部12的两个侧壁均等地(在维持被压缩部12的线对称的形状的状态下)变形。图15的虚拟线表示在被压缩部12维持线对称形状的状态下变形的情况下被压缩部12的轮廓和空洞18的轮廓。

这样，在被压缩部12的变形行为没有再现性的情况下，垫圈10发挥所期望的(预期的)密封性能的可靠性低。此外，如果被压缩部12在某一截面一边倾斜一边变形，在其他截面被压缩部12以线对称的状态变形的情况下(即垫圈10扭曲的情况下)，垫圈10与盖8和/或垫圈10与凸缘7之间有可能产生间隙。

另一方面，在实施方式涉及的垫圈10中，凹部30与凹部36重叠，宽度W₁和宽度W₂不同，因此如图5、图7和图9所示，被压缩部12相对于被插入部14不倾斜，在维持线对称的形状的状态下，在具有形状再现性的情况下被压缩。因此，垫圈10发挥所期望的(预期的)密封性能的可靠性高。

第二实施方式

图16示出非压缩状态的本发明第二实施方式涉及的垫圈60的截面。

在垫圈60中，在非压缩状态下，形成于下表面20的凹部30的宽度W₁小于形成于上表面22的凹部36的宽度W₂。其他特征与第一实施方式涉及的垫圈10相同。

因此，在垫圈60中，由于被压缩部12具备中空结构，因此即使凸缘7和盖8的平面度较低，被压缩部12也能够长期维持密封性能，并且对凸缘7和盖8施加的反作用力较小。此外，凹部30与凹部36重叠，凹部30的宽度W₁与凹部36的宽度W₂不同，因此被压缩部12相对于被插入部14不倾斜(例如，维持线对称的形状)，在具有形状再现性的情况下被压缩。因此，垫圈60发挥所期望的密封性能的可靠性高。

其他变形例

以上，参照本发明的优选实施方式对本发明进行图示并进行了说明，但应当理解，对于本领域技术人员而言，能够在不脱离权利要求书所记载的发明范围的情况下进行形式以及细节变更。这样的变更、改变及修正应包含在本发明的范围内。

例如，在上述实施方式中，垫圈用在电动汽车的电池壳体中。但是，本发明涉及的垫圈也可以用于其他用途，例如电动汽车的逆变器壳体的盖与容器之间的密封、燃料电池汽车的燃料电池堆收纳壳体的盖与容器之间的密封、气密室的门与壁之间的密封、冰箱的门与壁之间的密封等。

在上述实施方式中，垫圈具有对于中心轴线Ax呈线对称的形状，但也可以不完全线对称。

本发明的方式也记载于下述编号的条款中。

条款1.一种垫圈，其特征在于，包括：

被压缩部，由弹性体材料形成，并在第一部件与第二部件之间被压缩；

被插入部，由所述弹性体材料形成，并插入到形成于所述第一部件的槽中；以及

颈部，由所述弹性体材料形成，具有比所述被压缩部的宽度和所述被插入部的最大宽度小的宽度，并与所述被压缩部和所述被插入部一体地接合，连结所述被压缩部和所述被插入部，

其中，所述被压缩部具备具有空洞的中空结构，并且具备大致矩形的轮廓，所述轮廓具有：第一外表面，其与所述第一部件接触；以及第二外表面，其位于所述第一外表面的相反侧，并与所述第二部件接触，

所述第一外表面具有第一凹部，所述第一凹部具有第一宽度，在所述第一凹部的中央接合有所述颈部，

所述第二外表面具有第二凹部，所述第二凹部具有第二宽度，

所述第一凹部与所述第二凹部重叠，所述第一宽度与所述第二宽度不同。

条款2.根据条款1所述的垫圈，其特征在于，

所述被压缩部、所述被插入部以及所述颈部具有对于中心轴线呈线对称的截面。

根据该条款，例如能够使用具有线对称的型腔的模具来容易地制造垫圈。

条款3.根据条款1或2所述的垫圈，其特征在于，

所述被压缩部、所述被插入部以及所述颈部分别形成为封闭的环。

根据该条款，垫圈能够将环的内侧空间与外侧空间隔开。

条款4.根据条款1至3中任一项所述的垫圈，其特征在于，

所述第一宽度大于所述第二宽度。

条款5.根据条款1至3中任一项所述的垫圈，其特征在于，

所述第一宽度小于所述第二宽度。

条款6.根据条款1至5中任一项所述的垫圈，其特征在于，

所述被插入部的最大宽度小于所述槽的宽度。

根据该条款，如果将被插入部插入到槽中，则被插入部紧贴于槽的两壁面。

条款7.根据条款1至6中任一项所述的垫圈，其特征在于，

所述被插入部具有越远离所述被压缩部则宽度越小的锥形形状。

根据该条款，能够容易地将被插入部插入到槽中。

条款8.根据条款1至7中任一项所述的垫圈，其特征在于，

所述被插入部具有两个突起，所述两个突起配置在所述颈部的两侧，并朝向所述被压缩部延伸。

根据该条款，能够大大地确保被插入部的过盈量。

符号说明

7 凸缘(第一部件)

7A 槽

8 盖(第二部件)

10、60 垫圈

12 被压缩部

14 被插入部

16 颈部

18 空洞

20 下表面(第一外表面)

22 上表面(第二外表面)

30 凹部(第一凹部)

36 凹部(第二凹部)

W 被压缩部12的宽度

W₁ 凹部30的宽度(第一宽度)

W₂ 凹部36的宽度(第二宽度)

W₃ 被插入部14的最大宽度

W₄ 槽7A的宽度。

Claims (1)

1.一种垫圈，其特征在于，包括：

被压缩部，由弹性体材料形成，并在第一部件与第二部件之间被压缩；

被插入部，由所述弹性体材料形成，并插入到形成于所述第一部件的槽中；以及

颈部，由所述弹性体材料形成，具有比所述被压缩部的宽度和所述被插入部的最大宽度小的宽度，并与所述被压缩部和所述被插入部一体地接合，连结所述被压缩部和所述被插入部，

其中，

所述被压缩部具备具有空洞的中空结构，并且具备大致矩形的轮廓，所述轮廓具有：第一外表面，其与所述第一部件接触；以及第二外表面，其位于所述第一外表面的相反侧，并与所述第二部件接触，

所述第一外表面具有第一凹部，所述第一凹部具有第一宽度，在所述第一凹部的中央接合有所述颈部，

所述第二外表面具有第二凹部，所述第二凹部具有第二宽度，

所述第一凹部与所述第二凹部重叠，所述第一宽度与所述第二宽度不同。

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