CN1470153A - 用于低闭合力电磁干扰的屏蔽应用的复合波形垫片 - Google Patents

Abstract

一种用于插入在第一界面表面和相对设置的第二界面表面之间的弹性EMI屏蔽和/或环境密封垫片。该垫片是由一不限定长度的细长主体形成的，该细长主体沿一纵向轴延伸。所述的主体包括基面和顶表面，和相对的第一和第二侧面，该侧面是在基面和顶表面中间延伸。基面本身沿着主体长度延伸，以构造成用以把所述的垫片最接近地支撑在第一界面表面上。另外，顶表面沿纵轴径向延伸，用以末端接触第二界面表面，所述顶表面还沿着纵轴延伸，以限定一个具有一系列第一周期的第一高和低幅度间隔交替特征的第一波形外形。

Description

用于低闭合力电磁干扰的屏蔽应用的复合波形垫片

背景说明

本发明概括说是涉及用于环境密封和/或电磁干扰(EMI)的屏蔽垫片，尤其涉及一种低闭合力的EMI屏蔽垫片，它特别适用于小的电子装置的外壳中，比如蜂窝式电话手机，以及其它手提电子装置。

对于电子装置的操作，比如：电视机，收音机，计算机，医疗器械，商务机器，通信设备，以及其它类似的设备，在设备的电路系统中会伴随有电磁辐射的产生。这些详细说明可参考文献，美国专利号为：5,202,536，5,142,101，5,105,056，5,028,739，4,952,448和4,857,668。这些辐射经常形成为在电磁波频谱内的射频频带内的一个电磁场或者暂态，即大约在10KHz到10GHz之间，并且被称为“电磁干扰”或“EMI”，其公知与邻近电子设备的操作相干扰。

为减弱EMI影响，具有吸收和/或反射EMI能量能力的屏蔽，既被用来约束在能量源设备中的EMI能量，也用来使此设备或者其它“目标”设备与其它源设备隔绝。这样的屏蔽提供一个，嵌入在能量源与其它设备之间的屏障，它通常被构造成导电的和接地的密封设备的外壳。因为设备的电路通常应该保持可以进行维护或其它功能，大多数外壳提供有可操作的或者可拆卸的通道，如门，舱口门，嵌板，或盖。然而即使在这些通道的最平坦处与其相应的配合或界面表面之间可能存在一些间隙，由于所存在的开口间隙使放射能量可以泄漏或另外进入到设备中或从设备出来，这将降低屏蔽的效率。并且，这样的间隙在外壳或者其它屏蔽的表面及接地传导性方面表现为不连续性，由于如一槽缝天线的形式的作用，则甚至能产生二级EMI辐射源。由于这个原因，在外壳里被减少的体积或表面电流将在屏蔽里的接触面间隙间产生电压差，这些间隙从而像天线一样发射EMI噪音。通常，噪音的幅度正比于间隙的长度，而间隙的宽度具有很少的可感知的影响。

为填充在外壳和其它EMI屏蔽结构相配合的表面内的间隙，垫片和其它密封件已经被用来保持穿过结构的电连续性，和被用来阻止比如湿气和灰尘的污染进入设备内部。这样的密封件是被粘合或者机械地连接到，或压配合到配合表面中的一个上，并起着封闭任何接触面间隙的作用以建立跨过间隙的连续的传导通道，在应用压力下能适应表面间的不规则性。因此，用作EMI屏蔽应用的密封件将确定为一种结构，它不但可以在加压下提供表面电传导性，而且有回弹性能使密封件符合间隙的大小。此外密封应该有耐磨性，和生产的经济性，还有经得起重复压缩和松弛循环的能力。对于关于EMI屏蔽垫片的具体说明的更多信息，可参考Severinsen，J，“Gaskets That Block EMI，”Machine Design，Vol，47，No.19，pp.74-77(August 7，1975)。

EMI屏蔽垫片通常构成为一种弹性芯元件，其具有封闭间隙的能力，其用电传导材料填充，包覆，或者涂覆。这种弹性芯元件，可能是泡沫材料，或者非泡沫材料，实心或管状料，其通常是由比如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯的弹性热塑料材料，或者聚丙烯——三元乙丙橡胶混合物，或者诸如丁二烯，苯乙烯——丁二烯，腈，氯磺，氯丁(二烯)橡胶，氨基甲酸酯，或者硅树脂橡胶的热塑性塑料或热硬化性的橡胶制成的。

用作填充物，包覆物，或者涂覆物的传导性材料包括金属，镀金属颗粒，织物，网状物和纤维。较好的金属包括铜，镍，银，铝，锡或合金如蒙乃尔铜-镍合金，较好的织物和纤维包括天然的或合成的纤维如棉，羊毛，丝，纤维素，聚酯，聚酰胺，尼龙，聚酰亚胺。也可选择其它的传导颗粒和纤维作代替品，如碳，石墨或者传导性聚合物材料。

用于EMI屏蔽垫片的传统制作过程包括挤压，模制，冲切，迄今为止模制或冲切是小而复杂的屏蔽构造的较好方法。在这点上，冲切包括从电传导弹性体的固化片材形成垫片，其是用模具或类似工具切成或冲压成所要求的构造。模制，依次包括压缩模塑或注射模塑未固化的或热塑性的弹性体成形为所要求的形状。

近来，适当位置成型(FIP)(form-in-place)工艺方法已被用来制造EMI屏蔽垫片。如揭示在共同转让的美国专利号6,096,413；5,9105,24和5,641,438，以及PCT申请WO96/22672；以及美国专利号5,882,729，和5,731,541及日本专利公开号(Kokai)第7177/1993年，这样的工艺方法包括应用一种粘性的可固化的导电混合物的小珠，其以流体的形式从喷嘴直接分散至基层如外壳及其它壳的表面。这种混合物通常是一种由银填充或者是导电有机硅树脂的弹性体，再经过加热或者大气湿气的冷凝或紫外线(UV)的辐射而在适当位置固化，以致在基层的表面就地形成导电弹性体EMI屏蔽垫片。

另一个近来针对电子装置的外壳解决EMI屏蔽的方法的详细描述参见共同转让的美国专利号5,566,055和德国专利DE 19728839，其包括用传导性弹性体上模制壳体或盖子。这种弹性体在跨过外壳或盖子的内表面被完整地模压一相对薄层，并沿着其界面位置模压一相对厚层，以便既提供盖子对壳体的环境密封的类似垫片的响应/曲线，也提供该外壳的EMI屏蔽的电连续性。除此之外弹性体能被模压到外壳或盖子内部的隔板上，或者其本身被完整模压成这样的隔板，它能够在潜在干涉电路的部件之间提供电磁间隔室。这些类型的盖子商业销售名为Cho-Shieldcover by the chomerics EMC Division ofParker-Hannifin公司(Woburn，MA)。

然而另一种用于屏蔽电子装置的外壳的解决方法，尤其针对更小的外壳如蜂窝式电话手机或者其它手提电器装置，是关于一种薄塑料护圈或框架以作为垫片的支撑元件。如揭示于共同转让悬而未决的申请U.S.S.N 08/377412申请日为1995年1月24日，其电传导的弹性体可能被模压，或揭示在美国专利号5,731,541中，其适当位置成型或其它方式连接到内部或内部周围的边缘表面和/或连接到框架的上面或下面表面。经过这样的构造，垫片和框架组合件在电子装置内能结合为一体，从而，例如，在该装置的印刷电路板(PCB)上的外部的接地迹线，和该装置的其它部件如塑料外壳的传导涂层，另一个PCB，或数字按键键盘组合件之间提供低阻抗路径。因此这种类型的隔离垫片的用途包括EMI屏蔽应用，用于数字蜂窝电话，手提电话和个人通信服务(PCS)手持机，PC卡(PCMCIA卡)，全球定位系统(GPS)，无线电接收器以及其它手持装置比如个人数字助理(PDAs)。其它用途包括用于无线电通讯装置中在PCBs上用金属EMI屏蔽“电子篱笆”的代替物。

对于典型小外壳应用的条件通常规定有低阻抗，低外形连接以便在相对低的封闭力负荷下能够变形，举例说明，对于垫片长度大约是1.0-8.0磅/英寸(0.2-1.5千克/厘米)。通常，应该是10％左右的最小的变形，也被规定确保垫片充分符合于配合外壳或电路板表面，以便在它们之间产生导电路径。然而，可以看出对于某些应用，需要产生通常的外形的规定的最小变形量的封闭力或其它变形力可能比由特定的外壳或电路板组件设计方案所能容纳的数值要高。

一种实现较低闭合力垫片，尤其适合用在更小的电子装置的外壳包装设计的方法已经形成了该垫片，如具有局部最大和最小高度交替的周期“中断”的样式。按照惯例，如揭示在共同转让，悬而未决的申请U.S.S.N.09/042,135申请日为1998年3月13日和U.S.S.N.60/183,395申请日为2000年2月18日，在技术出版物“EMI Shieldingand Grounding Spacer Gasket”，Parker Chomerics Division，Wobrun，MA(1996)，以及在PCT的申请98/54942中，这些类型的垫片可能通过模压或FIP方法来形成，如具有雉堞状的，也就是有凹口的，细齿的或正弦的波形外形，或者是一系列不连续的小珠。通常，对于规定的连接构造，具有这样中断外形或样式的垫片将在给定压缩负荷下显现出比连续外形更大的变形量。

代表本技术领域现有水平的一种商品化的波形垫片组件在透视图1和顶视图2中整体以标记1表示，其包括一段可由银或镀银填充的硅树脂或氟硅氧烷材料制成的导电弹性体垫片2，该垫片2通过喷射模制法和压模法沿着外壳4的台肩棱边，参见透视图1的标记3处，而被粘合在一起。外壳4可由塑料制成，如ABS，聚碳酸酯，尼龙，聚酯，聚醚酰亚胺，液晶聚合物(LCP)或者采用金属化涂层来粉刷内部表面5，实现电传导性。此外，外壳4也可由相对轻的金属如镁和铝来制成。

在基本几何形状中，垫片2的末端边6，总体呈现正弦波形外形。就其功能，弹性垫片2利用具有起着压缩阻挡作用的波形槽通过压缩方式而变形。垫片2这样的变形特性曲线示意表示在图2中，其中其横截面3-D网状物模型表示于剖视图7中，其中无压缩或正常取向叠加在变形或受力取向8上，假定变形或受力取向8在边缘表面3(图2中没有表示出)和在剖视图中用平面9表示的结合界面表面之间的压缩垫片2之间。如在图2中被进一步证实，垫片2显示出主要在压缩下的变形反应，在阴影较黑的部分显示出增加压力的区域。

因为手持电气设备的尺寸如蜂窝式电话手机不断的缩小，应将清楚地知道，在垫片外形设计中的进一步改善将被电器工业很好地接受。尤其希望得到一种低闭合力垫片外形，以适应更小电子装置的外壳用途，该电子装置的外壳正逐渐成为工业标准。

本发明的简要说明

本发明涉及一种用于环境密封和/或电磁干扰(EMI)屏蔽的低闭合力的垫片，其尤其适合用于较小电子装置的外壳。如在通常设计中，本发明的垫片被成形为具有一顶表面，该顶表面相对于外壳和其它基层形成，垫片的基体能在该外壳或者基层上被支撑，以便当在一对中间表面例如在一外壳的两个半壳之间压缩时，能在较低闭合力负荷下展现正弦波形或其它波形外形。然而，本发明的垫片进一步被构成为，如具有至少一个侧面，其相对于顶表面成形为横向波形外形，以便表现出可控制的变形特性，其特征为一弯矩。这些有利的特性曲线提供大量但可控的变形量来负担起与界面表面相接触的一更均匀的接触面，从而更加保证电和物理的连续性，以及具有更可靠的EMI屏蔽和环境密封效果。当使用时，比如在电子装置使用中，本发明的垫片因而能提供一致的EMI屏蔽和额外的环境密封效果。

因此本发明的优点包括用于低闭合力应用如在小的手提电子装置中改进垫片外形的措施。另外的优点包括显现可控变形量特性的垫片外形，用来使与外壳或外壳的电路板组件相接触的界面表面更稳定，从而更加确保确定导电的连续性和可靠的EMI屏蔽效果。对于本技术领域的技术人员来说在此所揭示的内容基础上将能迅速清楚地理解上述和其它的优点。

附图简要描述

为了更好地了解本发明特征的和目的，参考结合附图下面所做的详细说明，其中：

图1是部分横截面的透视端视图，其是在代表早先技术的用于手提电气通信装置外壳的一部分，在其一边缘上模压有“波形”EMI屏蔽垫片；

图2是图1中外壳的顶视图；

图3是图1中早先技术的波形EMI屏蔽垫片的横截面的三维网状物样品，其示出其中的压缩特性；

图4是部分横截面的透视端视图，其代表EMI屏蔽组件的一部分，其包括沿着根据本发明而模压成的一组合波形垫片具体实例的边缘的外壳部件；

图5是图4中的EMI屏蔽组件旋转90度的放大图；

图6是图5中EMI屏蔽组件进一步放大的图形，通过放大详细表示本发明的波形垫片的横截面；

图7是图6中波形EMI屏蔽垫片横截面的三维网状物样品，其示出了其中的变形量的特性曲线；

图8是把图7中根据本发明的组合波形垫片和相似加工尺寸的无波形垫片加以比较的图表；

图9A是在本发明的代表性波形垫片外形中，在变形量为0.020英寸(0.50毫米)下预测压力分配的有限元样品的三维绘画图象；

图9B是在变形量为0.025英寸(0.635毫米)下，图9A中垫片外形的压力分配的三维绘画图象；

图10A是在根据本发明的波形垫片外形的另一实施例中，在变形量为0.020英寸(0.50毫米)下预测压力分配的有限元样品的三维绘画图象；

图10B是在变形量为0.025英寸(0.635毫米)下，图10A中垫片外形的压力分配的三维绘画图象；

图11是把图9中根据本发明的组合波形垫片和图1中组合波形垫片加以比较图表；

在下面结合本发明的详细描述中会进一步描述这些图形。

本发明的详细描述

为了方便而不是任何限定的目的，一些术语可能会在下面的描述中被采用。例如，术语“前部的”，“后部的”，“右边的”，“左边的”，“上部的”和“较低的”在图形里表明其制作的方向；术语“里面的”，“内部的”，或“内侧的”，“外面的”，“外部的”或“外侧的”相应地表明朝向和离开参考元件的中心；术语“辐射的”和“轴向的”分别地表明沿着垂直和平行于参考元件的中心纵轴的方向。除了上面特别提到的，为了方便而不是做任何的限定，同样还相似地引入了一些术语。

在这些附图中，具有一个字母数字标号的一些元件可以被共同参考或在替换的方式中被引用，通过表示数字部分从上下文中将很清楚这些元件。此外，在图中的各种元件的组成部分可被指定成不同的参考数字，这样，应将理解的是，涉及元件的组成部分而不涉及元件的整体。一般的参考连同间隔，表面，尺寸和范围等可用箭头表示。

为了随后论述的目的，本发明此处所包括的一些方案与弹性体导电电磁干扰(BMI)屏蔽垫片的模制或其它应用一起被描述，此垫片是在手提电子装置，例如蜂窝式电话外壳的边缘或其它表面上。然而，考虑到接下来的论述，应清楚，本发明的一些方面可以应用在其它EMI屏蔽应用中，例如隔板框架的垫片，电路板，EMI屏蔽盖，或用于环境密封和/或热传送应用的非导电和/或热传导实施例。在这些其它的应用范围内的使用应该视为在本发明的范围内。

接下来参看附图，用于EMI屏蔽应用的一个示例性密封组件通常由被示于图4中的10表示，其包括外壳部件或其它壳体12，用于一种电子装置，该装置可能是蜂窝式电话电话或者另外一手提和其它电子装置比如个人通信服务(PCS)手持机，PCMCIA卡，全球定位系统(GPS)，无线电接收器，个人数字助理(PDA)，或者类似装置。外壳部件12有一个内部表面14，和一个外部表面16，它们延伸形成侧壁，其中一个以18表示，在此之间有一个外缘边缘表面20。边缘表面20起着与配合外壳部件(未标出)的配合边缘或其它界面表面的界面表面的作用。为保证配合部分的准确定位，每个部分可能有一个或多个的定位销，其中一个在部件12上以22表示，在一相对应孔内，如部件12的孔24内，是可接受的，所述的孔提供在配合外壳部件上。通常，外壳部件12的内部如通过内壁26被分成多个分隔空腔，以便在潜在干扰电路系统之间提供电磁隔绝间隔室。

对于许多应用领域，外壳部件1 2可由热塑性或其它聚合的材料如聚乙烯(酮醚)，聚酰亚胺，高分子量聚乙烯，聚丙烯，聚醚酰亚胺，聚苯二甲酸丁二醇酯，尼龙，含氟聚合物，聚砜，聚酯，ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，乙缩醛均聚物或共聚物，或液晶聚合物通过喷射造型法或其它模制法而制成。在不导电的材料的情况下，外壳部件的内表面14可能被喷涂，金属化，或其它方式以提供一金属或金属填充的涂层。另外，外壳部件12可能用相对轻质金属如镁或铝来形成。

如从另外参考的放大视图5和6可以看到，一种弹性的垫片，其构成的片段以30a-d表示，其通过如粘结剂或压配合而被模制或其它方式保持在侧壁18和可选择的内壁26上，以使将在预定加压负荷下可轴向压缩中间边缘表面20和配合外壳部件的相应表面(在图4-6中未示出)。在这方面，垫片30较好是作为一种成形的弹性体材料通过喷射模塑法和压模法上模制在侧壁边缘表面20上，该弹性材料尤其可选择与外壳材料在温度，化学，或物理上兼容的材料。根据应用，合适的材料可能包括天然橡胶比如三叶胶树，同样还有热塑性塑料，即，可熔化加工的，或热固性的，即，可硬化的，合成橡胶比如含氟聚合物，氯磺，聚丁二烯，丁纳橡胶，丁基合成橡胶，氯丁(二烯)橡胶，腈，聚异戊二烯，硅树脂，氟硅氧烷，共聚型橡胶比如乙烯丙烯(EPR)，乙烯丙烯二烯系单体(EPDM)，丁腈橡胶(NBR)和苯乙烯丁二烯(SBR)，或者混合物如乙烯或丙烯EPDM，EPR，或NBR。术语“合成橡胶”也应理解包括这样一些材料，其大致分为热塑性的或热硬化性的弹性体，如聚氨基甲酸酯，硅树脂，氟硅氧烷，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)，和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，其它具有类似橡胶的性能比如可塑性尼龙，聚酯，乙烯乙烯基醋酸酯，和聚氯乙烯的聚合物。在此所使用的术语“弹性体”属于常规的具有类似橡胶性能的意义如柔顺性，弹性，压缩变形性，低压缩定形，挠性，和在变形之后的恢复能力。

对于EMI屏蔽的应用较好的是，弹性材料将选择一种有机硅树脂或氟硅氧烷材料。一般，有机硅树脂弹性体表现出所希望的特性，如在一个宽的温度范围内的耐热性和抗氧化性，以及抗许多化学制品和抗气候效果。这些材料还表现出极好的导电性能，其中包括在一个宽的温度和湿度范围内抗电晕击穿性。

对于EMI屏蔽的应用，有机硅树脂或其它弹性体材料可提供导电性，从而利用导电填充料通过材料的连续性粘结剂相的载荷，在界面表面之间提供导电路径。适当的导电填充料包括镍及镀镍基层如石墨和贵金属，银及镀银基层如纯银；镀银的贵金属如镀银金箔；镀银的非贵金属如镀银的铜，镍，铝和锡；还有镀银玻璃，陶瓷，塑料，弹性体和云母；以及其混合物。填充料的形状对本发明不是很重要，填充料可包括任何形状，其通常涉及此类型的传导材料的制造或成型，该类型的传导材料包括实心球，空心微球，弹性体球状物，薄片，薄层片晶，纤维，杆，和不规则外形颗粒。相似地，填充料的颗粒尺寸不是很重要，但是通常大约在0.250-250微米的范围内，较好的是大约在0.250-75微米的范围内。

填充料以一定比例加入在混合物中，使其足以在预计应用中所希望的固化垫片中提供一定程度的导电性和EMI屏蔽效果达到。对于大多数应用，一种EMI屏蔽效果至少是10dB，较好的是至少20dB，更好的是至少是100dB或者更高，大约在10MHZ到12MHZ的频率范围内是可以接受的。根据反应系统的总体积，这样的效果转换成填充料比例，其通常约占体积的10-80％，最好约占体积的20-70％。然而，众所周知，固化垫片的最终屏蔽效果将根据填充料中导电材料的数量，所施加的载荷或通常约是垫片的10-50％的变形量而改变。

另一方面，导电填充料可能采用相对比较薄的，即，1-10mils(0.025-0.25mm)，镀层或涂层覆盖于垫片30上。在涂覆的情形下，这样的层可配制为有机硅树脂，氟硅氧烷，或者其它弹性粘结剂，其形成连续状态，填充料被分散在其内。

再参看图4-6，可看到在所示的未加压或正常状态，垫片30的组成片段30a-b各形成一个未限定长度的延长主体40，其沿着纵轴延伸，该轴表示为30a和30b的中心轴，通常共同以42表示。依据外壳部件12的构造，因此，垫片30和其主体40可以是连续的或是不连续的，并且可沿着纵轴42为一线型的，弯曲的，直线的，弯曲线的，或其它形状路径。

尤其参考放大视图5和6，根据本发明一些方案，主体40可看到被构成为复合波形外形，其影响垫片30中的可控变形量特性曲线。在基础结构中，这种外形包括底部或底表面50；一个顶峰或顶表面52，其限定了第一波形外形，垫片30的一部分以53表示；内侧的侧表面54；和外侧的侧表面56，其与内侧的侧表面54方向相反设置，并且限定了垫片的第二波形外形。很明显地可以看出，所有的表面50，52，54，和56都可在壳体40内整体地形成。

在垫片30所示的构造中基面50通常是平的，并沿着垫片主体40的长度平行于外壳部件边缘表面20而延伸。垫片30被模的或粘合或连接到边缘表面20上，为在它们之间加压和例如，与外壳部件的界面表面配合(图5和6未示出)，由此邻近的基面50在表面20上支撑垫片。然而，根据边缘表面20的几何图形或取向，基面50可能会选择性地构成为，例如，被切削或斜切成符合表面20的内侧拐角60的斜面或倒角。而且，在图5和图6的具体实施例中，基面50还能形成为具有一延伸部分，在图6的62处可清楚看到，据此，其被粘合到或以其它方式固定到侧壁18的内表面14上。应将理解的是，延伸部分62提供额外表面区域以及一个剪切表面附件用于进一步把垫片主体40通过如自粘合模制或粘结剂粘结到外壳部件12上。

顶表面52从分隔基面50的纵轴42径向延伸，以便末端与结合界面表面(没有标出)相接触。在图5和图6所示的具体实施例中，顶表面52限定垫片30的第一波形外形53如沿纵轴42以第一周期系列交替的第一高幅度间隔或波峰，其中一个参见70处，和以第一低幅度间隔或波谷延伸，其中一个由72表示。由顶表面52限定的第一波形外形53可以是各种图形，比如方波，斜波，或锯齿波，但图6的具体实施例中通常表示是正弦波形并有一个给定的，较好的是恒定的波长，以λ₁表示，在大多数应用中其波长大约在0.01-0.50英寸(0.25-12.7mm)，还有一个波峰高度h，或两倍波辐度，其大约为0.005-0.50英寸(0.13-12.7mm)。用于EMI屏蔽的应用，波长λ₁和在波峰70之间的间隙可相应于关联的EMI辐射的波长方面而制定大小，比如对于频率在10MHz-10GHz的范围内其小于波长的1/4，以保持EMI屏蔽的所要求的值。此外，对于EMI屏蔽的应用，较好的是，垫片30每单元长度的最小电阻率，通常被保持约为0.1Ω或更少。

内侧的侧表面54在垫片主体40所形成的一侧在基面50和顶表面52中间延伸。由于垫片主体40的另一边是由外侧的侧表面56而形成的，顶表面52一个宽度延伸，图6中以w表示，是被限定在其间，为便于为经过CNC或线切割EDM工序的垫片30，制造模具或其它加工工具，其宽度通常被保持为常数。为以下面所述的方式有助于控制垫片30的变形，内侧的侧表面54这样构成，呈现为一沿着纵轴42在基面50和顶表面52中间凹的外形，凹外形具有一曲率半径，在图6中以r₁表示，该曲率半径绕着轴74，该轴是平行于纵轴42。对于大多数应用来说，半径r₁通常在0.002-0.20英寸之间(0.05-5.8mm)。

再有，外侧的侧表面56类似地在与内侧的侧表面54相对的基面50和顶表面52中间延伸。如从放大视图6可以看出，外侧的侧表面56最好在内侧的侧表面54的方向上沿轴76从基面50到顶表面52倾斜，以形成一个锐角，以θ表示，其具有一垂直轴78。外侧表面56这样的倾斜如下所述能进一步有助于垫片30的变形控制。

根据本发明的一些方案，外侧的侧表面56被构成为垫片30的第二波形外形。如在图5中能清楚看到，这样的外形，在图5中以80表示，被横向于顶表面52的第一波形外形53设置，并沿纵轴42轴向以第二周期系列交替的第二高幅度间隔或波峰延伸，其中一个参见图5的82，或以第二低幅度间隔或波谷延伸，其中一个在图5以84表示。外侧的侧表面56限定的第二波形外形80可以是各种样式，比如方波，斜波，或锯齿波，也可能相同于或不同于顶表面52的第一波形外形53的样式。然而，在图5的具体实施例中，第二波形外形80通常是比如绕着中心倾斜轴86，方向如标于每一成对槽84中间的箭头88所示具有凸曲率的正弦波形。每个这样的槽对也限定一较好的恒定波长，以λ₂表示，在图5的具体实施例中，其与第一波形外形53的(图6中)λ₁的大致相等。较好的是，让第二波形外形80的每个波峰82与第一波形外形53波峰70相一致，第二波形外形80的每个波谷84与相应的第一波形外形53的波谷52相对应，以便这些第一第二波形外形沿着纵轴42通常是相同的。

由于波形外形的组合构造，本发明垫片30从而能够展现当在外壳部件12的边缘表面20与来自配合壳体部分或其他部件的界面表面之间轴向压力下变形时一种可控变形特性曲线。垫片30这样的变形特性曲线示于图7中，其中垫片30横截面的三维网状物模型由90被展示在视图中，其是在无压缩或正常取向下，而该取向在变形或受压取向下被叠加，以92表示，假定在界面表面94和96之间的垫片30受压压缩。如在图7中可见，垫片30的可控变形特性曲线92的特征在于垫片主体40在基面50和顶表面52的中间，绕着相应的弯曲或力矩臂在由箭头98所示的径向方向有角度地变形，也就是，弯曲或折叠。图形中阴影区域表示增加压缩压力的范围。

有利的是，可以看出，这样弯曲的机械构造可减少影响垫片30给定的变形量所要求的负荷，较仅仅通过垫片压缩可达到的变形量，大约减少了50％或更多。对于以给定的压缩负荷，根据本发明垫片30轴向的变形量是传统设计的垫片变形量的两倍多，传统设计的垫片变形量没有表现所述的弯曲力矩。例如，在压缩负荷大约是1.0-4.0lbf/in(0.2-0.8kg/cm)的典型应用中，本发明垫片可变形至少有0.006-0.015英寸(0.15-0.4mm)。一个无波形和组合波形垫片构造效果被比较后绘图在图8的100处。在图8，标准化负荷变形特性曲线标绘在102和104处，作为沿着指定轴106的全部负荷压力和沿着指定了单位长度的轴108的变形位移，即分别为图7的波形垫片外形(曲线102)和相应的可比较尺寸的无波形外形(曲线104)，也就是，相等的顶部和底部的宽度和高度的函数。

从图8的结果可以看出，在指定应用中，使组合波形形状变形所需要的力比连续形状的设计要低。可清楚地了解到，本发明的垫片尤其适合用于EMI屏蔽的应用上，比如通信手机或其它手提装置，它们规定一个低闭合力屏蔽的解决方式。其实，由于垫片的变形，为了改进电的连续性，在垫片和界面表面之间可提高所增加的表面区域的接触。

并且，本发明的组合波形形状使得能够让垫片变形方向根据特殊应用的需要而被改变。例如，在图4-6的组件10中，垫片30的变形方向将在内侧，也就是，朝着外壳部件12的内部。做为选择，通过改变侧表面54和56的构形，垫片30的变形方向可能是外侧，也就是，朝着外壳部件12的外部。这样的性能可以在外壳设计时提供更大的适应性。其实，虽然在图4-6中的垫片30被构造为支撑在外壳的一个边缘表面上，很明显垫片能做成对称，也就是，两个相对的基面50和两个相对设置的顶表面52，可支撑在基层相对侧上，如隔板垫片框架，其进一步描述在共同转让，悬而未决申请U.S.S.N.08/377,412，申请日为1995年1月24日，以及美国专利号573,1541中。

下面的例子阐述了本发明其中所包含的实际和独特的特征，但不应构成任何限制意义。

实例

为确定本发明的方案，根据本发明所构成的两个垫片外形的静态负荷变形特性曲线是用非线性的有限元件分析(FEA)模制程序，MARCK6(MARC Ahalysis Research Corp.，Palo Alto，CA)进行预测。在图9A及10A中的0.020英寸(0.50mm)变形量下和在图9B及10B中0.025英寸(0.635mm)变形量下，绘出图9A及9B的200和图10A及10B的300处的垫片外形对于柯西压力第二分量的结果。这些外形使用八节点三维Hermann element元件模制，其被表现在格子线上，通常以400表示。

外形200及300的压缩用一个接触元件来模拟，其接触元件表示为平面，通常以502表示。在分析中相对边缘表面(没标出)被认为是相对于垫片外形的刚性体。可以看出图10A及10B的外形300不同于图9A及9B的外形200，其实际上具有一基面50，该基面包括有角度的部分302，用于把外形300支撑在相应的倒角边缘表面上。

基于以上模型，垫片外形负荷变形特性曲线用Mooney-Rivlin应变能函数通过有限元件分析能够被预测，

     W＝C₁(I₁-1)+C₂(I₂-1)                        (1)

其中C₁，C₂是材料系数，而I₁，I₂是应变不变量，它们能简化奥格登(Ogden)函数， $W=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\mathrm{\μi}}{\mathrm{\αi}}({\mathrm{\λ}}_1^{\mathrm{\α}1}+{\mathrm{\λ}}_2^{\mathrm{\α}1}+{\mathrm{\λ}}_2^{\mathrm{\α}1}-3)----\left(2\right)$

其中λ1，λ2，λ3是伸缩比，α_i，μ_i是材料系数。对于2项Ogden模型，也就是，m＝2，Eqs.1和2是相等的。图表1概括出2项Ogden恒量和体积模量，其用于弹性材料，填充弹性模压材料的典型硅树脂的不可压缩的计算。

图表1

代表Ogden模型材料的常数

体积模量              K＝200000psi

Ogden常数             μ₁＝-173psi

                      μ₂＝-522psi

                      α₁＝2

                      α₂＝-2

在图9和10的FEA模型中，垂直方向上被预测的应力分量分布示出在较黑区域的阴影区域中，较黑区域表示了所增加的压应力。外形的弯曲机械特性曲线可看出明显减少了所要求变形垫片的力。当然，根据上述模拟，垫片在图8和9中的其它几何图形可以被预想到，包括了这种弯曲机械的特征。因此，这些其它几何图形将被认为在本发明的范围内。

数量上，被描述的弯曲特性曲线的效果如图11的600所示，其中标准负荷力(轴线602)相对的变形(轴线604)曲线被绘成图9中组合波形垫片外形的单位长度(曲线606)和传统的，也就是，没有弯曲的，图1的波形外形(曲线608)。比用于模型的各个垫片外形的尺寸有相同的顶宽和底宽以及相同的高度。

从图11中可以看出，所述的的弯曲机械的构造可减少影响波形外形的给定变形量的所要求的负荷，比仅仅通过垫片压缩可达到的变形量，大约减少了50％或更多。也就是，对于一个给定的加压负荷，根据本发明的组合波形外形垫片的轴向变形量(曲线606)可能是传统设计垫片的变形量(曲线608)的两倍多，传统设计垫片变形量未表现出所述的弯曲力矩。例如，在加压负荷大约是1.0-2.0lbf/in(0.2-0.4kg/cm)下，尤其对于小型电子装置或其它非常低的闭合力的应用中，本发明组合波形垫片可能变形至少0.03-0.035英寸(0.76-0.89mm)，而传统外形的变形量仅约为0.01-0.015英寸(0.25-0.38mm)。显然，弯曲机械特性曲线增大了本发明垫片的外形变形范围，使其适合用于各种各样的应用中。

可以预料，在本发明中可做出的某些变化不会脱离在此所包含的方案，这就意味着，上述所有内容应理解为举例说明而未有限定的意义。在此所涉及的所有参考文献可被结合参考。

Claims (26)

1.一种用于插入在第一界面表面和相对设置的第二界面表面之间的弹性垫片，所述的垫片包含不限长度细长主体，其沿着纵轴延伸，所述的主体包括：

一个沿着上述主体长度延伸的基面，所述基面被构造为用以把所述的垫片最接近地支撑在第一界面表面上；

一个沿着纵轴径向延伸的顶表面，用以末端接触第二界面表面，所述顶表面沿着纵轴延伸，以限定一个具有第一高或低幅度间隔交替的第一周期系列特征的第一波形外形；

一个在所述基面和所述顶表面中间延伸的第一侧面；

一个相对所述第一侧面的在所述基面和所述顶表面的中间延伸的第二侧面，

由此所述垫片在一个位于第一和第二界面表面之间的预定压力下可变形为受应力的取向状态，其特征在于所述主体在上述基面和上述顶表面之间变形。

2.根据权利要求1所述的垫片，其中上述的第二侧面沿着上述纵轴延伸，以限定一个通常横向于上述第一波形轮外形所设置的并且使其具有一第二高或低幅度间隔交替的第二周期系列的特征的第二波形外形。

3.根据权利要求2所述的垫片，其中所述的第一高或低幅度间隔交替的第一周期系列一般与第二高或低幅度间隔交替的第二周期系列同相。

4.根据权利要求1所述的垫片，其中所述的垫片主体的受应力的取向状态是朝着所述的第一侧面变形。

5.根据权利要求1所述的垫片，其中所述主体是直线的。

6.根据权利要求1所述的垫片，其中所述主体是曲线的。

7.根据权利要求1所述的垫片，其中所述第一波形外形通常是正弦波形。

8.根据权利要求2所述的垫片，其中所述的第二波形外形通常是正弦波形。

9.根据权利要求2所述的垫片，其中所述的第一波形外形和上述第二波形外形通常都是正弦波形。

10.根据权利要求1所述的垫片，其中所述的第一侧面通常是凹的。

11.根据权利要求1所述的垫片，其中所述第二侧面是成角度地朝着所述第一侧面。

12.根据权利要求1所述的垫片，其中所述的主体是弹性体聚合材料形成。

13.根据权利要求12所述的垫片，其中所述的聚合体材料包含一种导电填充料。

14.一个密封组件，其包括：

一个第一界面表面；和

一个压缩在上述第一界面表面和相对设置的第二界面表面之间的弹性垫片，所述垫片包含不限长度沿着纵轴延伸的主体，所述主体包括：

一个沿着上述主体长度延伸的基面，所述基面被最接近支撑在第一界面表面上；

一个沿着纵轴径向延伸的顶表面，用以末端接触第二界面表面，所述顶表面沿着纵轴延伸，以限定一个具有第一高或低幅度间隔交替的第一周期系列特征的第一波形外形；

一个在所述基面和所述顶表面中间延伸的第一侧面；

一个相对所述第一侧面的在所述基面和所述顶表面的中间延伸的第二侧面，

由此所述垫片在一个位于第一和第二界面表面之间的预定压力下可变形为受应力的取向状态，其特征在于所述主体在上述基面和上述顶表面中间变形。

15.根据权利要求14所述的密封组件，其中上述的第二侧面沿着上述纵轴延伸，以限定一个通常横向于上述第一波形的外形所设置的并且使其具有第二高或低幅度间隔特征的第二波形外形交替的第二周期系列。

16.根据权利要求15所述的密封组件，其中所述的第一高或低幅度间隔交替的第一周期系列一般与第二高或低幅度间隔交替的第二周期系列同相。

17.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的垫片主体的受应力的取向状态是朝着所述的第一侧面变形。

18.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的主体通常是直线的。

19.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的主体通常是曲线的。

20.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的第一波形外形通常是正弦波形。

21.根据权利要求15所述的密封组件，其中所述的第二波形外形通常是正弦波形。

22.根据权利要求15所述的密封组件，其中所述的第一波形外形和上述第二波形外形通常都是正弦波形。

23.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的第一侧面通常是凹的。

24.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的第二侧面是成角度地朝着所述的第一侧面。

25.根据权利要求14所述的密封组件，其中所述的主体是由弹性体聚合材料形成的。

26.根据权利要求25所述的密封组件，其中所述的聚合材料包含一种导电填充料。

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