密封部件的制作方法
【專利摘要】提供密封部件，即使在長時間使用的情況下也能夠得到良好的密封效果。一種環(huán)狀的密封部件，其在從內(nèi)側(cè)的貫通部分的貫通方向的一側(cè)和另一側(cè)被按壓的狀態(tài)下被使用，在被按壓的狀態(tài)下，具有外側(cè)比內(nèi)側(cè)在被按壓的方向上的壓縮比例大的部分。
【專利說明】
密封部件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及密封部件。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，有一種密封部件，其用于將相互連接的部件彼此間的間隙堵塞并抑制流體 從內(nèi)部漏出、或異物從外部進(jìn)入。
[0003] 例如，提出有如專利文獻(xiàn)1(日本特開2013-157155號公報)所述的墊圈那樣用于將 鋰電池的電極周邊密封。該墊圈是樹脂制，其構(gòu)成為具有向上下貫通的孔周圍擴展的部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明要解決的課題
[0005] 但是，上述那樣的專利文獻(xiàn)1中所示的墊圈只是構(gòu)成為整體上厚度一樣，關(guān)于能夠 更有效地抑制液體漏出或異物從外部進(jìn)入的墊圈等密封部件的形狀未記載。特別是，關(guān)于 即使在密封部件被使用而被按壓的狀態(tài)下經(jīng)過長時間的情況下也能夠維持良好的密封狀 態(tài)的形狀，未作任何研究。
[0006] 本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，本發(fā)明的課題在于，提供即使在長時間使用 的情況下也能夠得到良好的密封效果的密封部件。
[0007] 用于解決課題的手段
[0008] 第一方面的密封部件是環(huán)狀的密封部件，其在從內(nèi)側(cè)的貫通部分的貫通方向的一 側(cè)和另一側(cè)被按壓的狀態(tài)下被使用。在被按壓的狀態(tài)下，該密封部件具有在被按壓的狀態(tài) 下在被按壓的方向上的壓縮比例外側(cè)大于內(nèi)側(cè)的部分。
[0009] 第二方面的密封部件是第一方面的密封部件，其構(gòu)成為，被按壓的方向上的厚度 隨著從內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)而增加。
[0010] 第三方面的密封部件是第一方面或第二方面的密封部件，并且拉伸彈性模量為 0.8GPa以下。
[0011]第四方面的密封部件是第一方面至第三方面中的任一方面的密封部件，并且所述 密封部件是包含全氟聚合物而構(gòu)成的。
[0012]第五方面的密封部件是第四方面的密封部件，并且PFA的含有量是50wt%以上 100wt% 以下。
[0013] 第六方面的密封部件是第一方面至第五方面中的任一方面的密封部件，并且所述 密封部件用于電池用墊圈。
[0014] 發(fā)明效果
[0015] 本發(fā)明的密封部件具有與內(nèi)側(cè)相比外側(cè)的壓縮比例大的部分，從而在從貫通方向 被按壓來被使用的情況下，能夠提高密封效果。
【附圖說明】
[0016] 圖1是作為模擬對象的密封部件10的頂視圖。
[0017] 圖2是作為一個示例的密封部件110的頂視圖。
[0018] 圖3是作為一個示例的密封部件210的頂視圖。
[0019] 圖4是作為模擬對象的密封部件10的側(cè)面觀察剖視圖。
[0020] 圖5是作為模擬對象的密封部件10X的側(cè)面觀察剖視圖。
[0021 ]圖6是作為一個示例的密封部件310的側(cè)面觀察剖視圖。
[0022]圖7是作為一個示例的密封部件410的側(cè)面觀察剖視圖。
[0023]圖8是作為一個示例的密封部件510的側(cè)面觀察剖視圖。
[0024]圖9是作為一個示例的密封部件610的側(cè)面觀察剖視圖。
[0025]圖10是作為一個示例的密封部件710的側(cè)面觀察剖視圖。
[0026] 圖11是作為模擬的比較對象的密封部件10Y的側(cè)面觀察剖視圖。
[0027] 圖12是作為模擬的比較對象的密封部件10Z的側(cè)面觀察剖視圖。
[0028]圖13是示出公稱應(yīng)力與公稱應(yīng)變之間的關(guān)系的線圖。
[0029]圖14是示出真實應(yīng)力與真實應(yīng)變之間的關(guān)系的線圖。
[0030]圖15是示出與密封部件的使傾斜角度α、β變化的情況下的20萬小時后的反彈力大 小相關(guān)的模擬結(jié)果的圖表。
[0031]圖16是示出密封部件的與從開始使用起的經(jīng)過時間相應(yīng)的反彈力的變化的模擬 結(jié)果的圖表。
[0032]圖17是示出反彈力成倍的原材料的情況下的隨時間變化的模擬結(jié)果的圖表。
[0033]圖18是示出20萬小時后的反彈力與摩擦系數(shù)的關(guān)系相關(guān)的模擬結(jié)果的圖表。
[0034]圖19是示出與徑向的位置相應(yīng)的反彈力的最初的狀態(tài)的圖。
[0035]圖20是示出與徑向的位置相應(yīng)的反彈力的經(jīng)過1萬小時的狀態(tài)的圖。
[0036]圖21是示出與徑向的位置相應(yīng)的反彈力的經(jīng)過10萬小時的狀態(tài)的圖。
[0037]圖22是示出與徑向的位置相應(yīng)的反彈力的經(jīng)過20萬小時的狀態(tài)的圖。
[0038]圖23是示出用于電池的電極周邊的墊圈的按壓前的狀態(tài)的側(cè)視圖。
[0039]圖24是示出用于電池的電極周邊的墊圈被按壓的使用狀態(tài)的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面，對本發(fā)明的實施方式的的密封部件進(jìn)行說明。
[0041] (1)密封部件的用途
[0042] 密封部件的用途不特別地限定，可列舉例如墊圈、襯墊等。
[0043] 其中特別優(yōu)選用于電池用墊圈的密封部件。
[0044]作為這樣的電池，可列舉例如鋰電池。作為該鋰電池的電解液，優(yōu)選的是，在未達(dá) 到60°C以上時不容易發(fā)生劣化的電解液。
[0045]在作為電池用墊圈使用的情況下，優(yōu)選的是，使電池的電極(例如正極或負(fù)極)位 于密封部件的內(nèi)側(cè)的貫通部分來使用密封部件。
[0046] (2)密封部件的形狀
[0047]密封部件的形狀是環(huán)狀，在從內(nèi)側(cè)的貫通部分的貫通方向的一側(cè)和另一側(cè)被按壓 的狀態(tài)下使用，在被按壓的狀態(tài)下，只要具有外側(cè)的在上述被按壓的方向上的壓縮比例大 于內(nèi)側(cè)的在上述被按壓的方向上的壓縮比例的部分，則不特別限定。
[0048] 雖不特別限定，但例如在上下具有傾斜面的情況下，該傾斜面相對于以貫通方向 為法線的平面既可以傾斜10度以上、80度以下，也可以傾斜20度以上、70度以下。
[0049] 另外，下面，關(guān)于環(huán)狀的密封部件的形狀，假定內(nèi)側(cè)的貫通部分沿上下方向貫通， 對上表面、下表面等進(jìn)行說明。
[0050] 這里，在稱為"環(huán)狀"的情況下，既包括如圖1的頂視圖所示的密封部件10那樣挖出 內(nèi)側(cè)的圓筒部分11并且外周12為圓形的圓柱形狀，也包括如圖2的頂視圖中的密封部件110 所示那樣挖出內(nèi)側(cè)的方形部分111并且外周112是方形的四方筒，還包括如圖3的頂視圖所 示的密封部件210那樣相對于內(nèi)側(cè)的被挖空的部分211的中心和相對于外周212的中心偏心 的形狀。此外，密封部件的俯視觀察時的內(nèi)側(cè)的被挖空的部分的形狀也不特別限定，既可以 是挖出圓柱形狀的形狀，也可以是挖出四方柱、五棱柱等多邊形柱的形狀。同樣，密封部件 的俯視觀察時的外緣的形狀也不特別限定，既可以是圓弧形狀，也可以是多邊形形狀。
[0051] 環(huán)狀的密封部件也可以構(gòu)成為，在使用狀態(tài)下將被按壓的被按壓部分的被按壓的 方向上的厚度隨著在未被按壓的狀態(tài)下從內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)而增加。具體而言，既可以是如圖4 所示的密封部件10那樣上表面13越向外側(cè)越位于上方、下表面14越向外側(cè)越位于下方的那 樣的形狀，其中，圖4是包括密封部件的內(nèi)側(cè)的貫通部分的中心在內(nèi)包括沿貫通方向延伸的 線的剖視圖，也可以是如圖5所示的密封部件10X那樣上表面13x越向外側(cè)越位于上方、下表 面14x擴展到相同高度位置的形狀。這里，從密封部件的從貫通方向上的一側(cè)和另一側(cè)被按 壓時容易良好地保持力的平衡以得到密封效果的角度而言，更優(yōu)選的是，從與貫通方向垂 直的方向觀察的上方側(cè)和下方側(cè)的形狀對稱。
[0052] 此外，密封部件的上方和下方無需構(gòu)成平面，例如，既可以是如圖6所示的密封部 件310那樣上方部分313朝向上方鼓出、下方部分314朝向下方鼓出的形狀，其中，圖6是包括 密封部件的內(nèi)側(cè)的貫通部分的中心在內(nèi)包括沿貫通方向延伸的線的剖視圖，也可以是如圖 7所示的密封部件410那樣上方部分413朝向下方凹陷、下方部分414朝向上方凹陷的形狀。 此外，也可以是如圖8所示的密封部件510那樣上方部分513和下方部分514兩方均傾斜、并 且各傾斜角度不同的形狀。并且，也可以是如圖9所示的密封部件610那樣上方部分613及下 方部分614伴隨凹凸形狀的同時整體傾斜的形狀。此外，也可以是如下的形狀：如圖10所示 的密封部件710那樣，具有上方傾斜部分713a和下方傾斜部分714a，所述上方傾斜部分713a 和下方傾斜部分714a位于內(nèi)側(cè)的貫通部分的周圍、并且相對于貫通方向傾斜成越向內(nèi)側(cè)貫 通方向上的長度越短，并且具有在上方傾斜部分713a的外側(cè)未傾斜的上方平面部分713b和 在下方傾斜部分714a的外側(cè)未傾斜的下方平面部分714b。
[0053] 密封部件在被按壓的狀態(tài)下具有外側(cè)比內(nèi)側(cè)在被按壓的方向上的壓縮比例大的 部分即可。這里，關(guān)于密封部件中被按壓的使用狀態(tài)下的被按壓部分，也可以構(gòu)成為不產(chǎn)生 內(nèi)側(cè)比外側(cè)壓縮比例大的部分。
[0054] 此外，關(guān)于密封部件的壓縮比例，在包括密封部件的內(nèi)側(cè)的貫通部分的中心在內(nèi) 包括沿貫通方向延伸的線的剖面中以內(nèi)外方向上的厚度的中心為基準(zhǔn)將密封部件分成內(nèi) 偵_外側(cè)的情況下，優(yōu)選的是，內(nèi)側(cè)的壓縮比例小于外側(cè)的壓縮比例，外側(cè)的壓縮比例減去 內(nèi)側(cè)的壓縮比例而得到的值優(yōu)選的是2%以上、60%以下，更優(yōu)選的是3%以上、50%以下， 進(jìn)一步優(yōu)選的是10%以上、30%以下。
[0055] 優(yōu)選的是，密封部件的整體的壓縮比例而非分割成內(nèi)側(cè)和外側(cè)的壓縮比例在10 % 以上，以減少尺寸公差的影響。并且，為了長期維持高反彈力，優(yōu)選的是20%以上。
[0056] 這里，壓縮比例是指，在包括包含密封部件的內(nèi)側(cè)的貫通部分的中心而沿貫通方 向延伸的線的剖面中，密封部件從貫通方向的一側(cè)和另一側(cè)被按壓而密封的狀態(tài)(使用狀 態(tài))的密封部件(或者密封部件的特定的部位)的截面積的減少部分相對于未對密封部件作 用任何力的狀態(tài)下的密封部件(或者密封部件的特定的部位)的截面積的比例（1-按壓狀態(tài) 的密封部件的截面積/未作用任何力的狀態(tài)下的密封部件的截面積）。該壓縮比例是在密封 部件從貫通方向的一側(cè)和另一側(cè)被按壓而密封的狀態(tài)(使用狀態(tài)）下假設(shè)密封部件簡單地 按壓方向的尺寸變短、內(nèi)外方向上尺寸不變化而得到的值。
[0057] 此外，在包括密封部件的內(nèi)側(cè)的貫通部分的中心在內(nèi)包括沿貫通方向延伸的線的 剖面中，在由上方部分傾斜的面構(gòu)成的情況下，優(yōu)選的是，該面的傾斜角度相對于水平面傾 斜5度以上，更優(yōu)選的是傾斜10度以上，進(jìn)一步優(yōu)選的是傾斜20度以上。
[0058] (3)密封部件的原材料
[0059] 作為密封部件的原材料，不特別限定，為了更長時間得到密封部件的密封效果，優(yōu) 選的是，密封部件的拉伸彈性模量的上限是〇.8GPa，更優(yōu)選的是0.7GPa。此外，優(yōu)選的是，密 封部件的拉伸彈性模量的下限是〇.3GPa。該拉伸彈性模量的優(yōu)選范圍的依據(jù)將后述。
[0060] 此外，作為密封部件的原材料，不特別限定，可以采用橡膠狀物質(zhì)、氟樹脂以外的 樹脂、氟樹脂和它們的混合物等。優(yōu)選的是，包含這些原材料作為密封部件的主要成分。
[0061] 作為橡膠狀物質(zhì)，可以采用選自由例如丁腈橡膠(NBR)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、氟 橡膠(FKM)、全氟橡膠(FFKM)、硅橡膠(VMQ)、三元乙丙橡膠(EPDM)、氯丁橡膠(CR)、丙烯酸類 橡膠(ACM)、異丁基橡膠（IIR)、氨基甲酸酯橡膠（U)、天然橡膠(NR)、氯磺化聚乙烯橡膠 (CSM)和表氯醇橡膠(CO，ECO)構(gòu)成的組中的至少一種。
[0062]作為氟樹脂以外的樹脂，可以采用選自由例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯 (PC)、甲基丙烯酸類樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS)、聚甲基戊烯樹脂(PMP)、聚苯 乙烯(PA)、聚對苯二甲酸乙酯(PET)、三聚氰胺樹脂、酚樹脂和不飽和聚酯樹脂構(gòu)成的組中 的至少一種。在例如是PP的情況下，氟樹脂以外的樹脂的熔體流動速率是根據(jù)ASTM D 1238 并作為溫度230°C、負(fù)荷2.16kg而測定出的值，優(yōu)選的是5以上、60以下。
[0063]作為氟樹脂，可以采用從由例如聚四氟乙烯（PTFE)、四氟乙烯（TFE)/六氟丙烯 (HFP)共聚物(FEP)、TFE/全氟(烷基乙烯基醚）（PAVE)共聚物(PFA)、聚苯硫醚(PPS)、乙烯 (Et)/四氟乙烯（TFE)共聚物、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、三氟氯乙烯（CTFE)/TFE共聚物、Et/ CTFE共聚物、聚偏氟乙稀(PVdF)、TFE/偏氟乙烯(VdF)共聚物、VdF/HFP共聚物和聚氟乙烯 (P VF)構(gòu)成的組中選擇的至少一種。
[0064]這里，在記載為例如"TFE/HFP共聚物"的情況下，表示是包括基于TFE的聚合單元 (TFE單元)和基于HFP的聚合單元(HFP單元)的共聚物。
[0065]這里，在被壓縮的密封部件的一部分是面、并且相對于壓縮的一側(cè)的部件的面傾 斜的情況下，壓縮前接觸的面非平行。因此，作為密封部件，優(yōu)選的是，變形成與柔軟地變形 而壓縮的一側(cè)的部件的面平行。從這樣的角度而言，作為密封部件的原材料，優(yōu)選的是作為 比較柔軟的樹脂的全氟聚合物，其中特別優(yōu)選的是PTFE、PFA、FEP。作為PFA中的PAVE，優(yōu)選 的是，具有碳數(shù)1~6的烷基，更優(yōu)選的是，全氟甲基乙烯基醚(PMVE)、全氟（乙基乙烯基醚） (PEVE)或者全氟丙基乙烯基醚(PPVE)。上述PFA優(yōu)選的是PAVE單元超過2質(zhì)量％、8質(zhì)量％以 下，更優(yōu)選的是2.5~6質(zhì)量％。這些聚合物的各單量體單元的含有量可通過根據(jù)單量體的 種類適當(dāng)?shù)亟M合NMR、FT-IR、元素分析、熒光X線分析來計算出（下面同樣）。若上述PFA具有 上述的組成，則也可以進(jìn)一步地聚合其它單量體。作為其它單量體，可以列舉例如HFP。含有 量優(yōu)選的是1重量％以下。上述其它單量體可以采用1種或2種以上。此外，在PFA中，由于耐 蠕改性優(yōu)異，因此特別優(yōu)選TFE/PPVE共聚物。作為PPVE的共聚組成，優(yōu)選2.0重量％到5.0重 量％。這里，還可以添加可熔融流動的PTFE，表觀上降低PPVE的含有量，提高耐蠕改性，降低 壓縮永久應(yīng)變。在該情況下，優(yōu)選的是，合計的PPVE含有量是1.0重量％到4.0重量％。當(dāng)合 計的PPVE含有量低于1重量％時，容易發(fā)生破裂，當(dāng)超過4重量％時，添加 PTFE的效果變差。 [0066]此外，在將密封部件用作鋰電池用墊圈的情況下，優(yōu)選的是，含有不易溶脹于極性 強的溶劑中、不易發(fā)生接觸導(dǎo)致的劣化的原材料。具體而言，作為極性強的溶劑，可以列舉 例如下述非水類電解液等:該非水類電解液是將LiCF 3S03、LiCl〇4、LiBF4和/或LiPF6溶解于 適當(dāng)?shù)鼗旌嫌刑妓醽喴阴ァ⑻妓醽啽ァ?，2_二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的非 水溶劑中而得到的。因此，作為這些不易溶脹于極性強的溶劑中、不易發(fā)生接觸導(dǎo)致的劣化 的原材料，優(yōu)選的是ETFE或全氟聚合物，在全氟聚合物中尤其優(yōu)選PTFE、PFA、FEP。在這些當(dāng) 中，特別優(yōu)選PFA，這是出于這樣的考慮：由于水蒸汽透過性低，因而能夠抑制LiPF 6等電解 質(zhì)的水分導(dǎo)致的分解，并且具有足夠的硬度，溶劑溶脹性小于橡膠，對于廣泛化學(xué)物質(zhì)具有 耐化學(xué)藥品性，不易氧化劣化，能夠長期使用。另外，在密封部件含有PFA的情況下，優(yōu)選的 是，PFA的含有量在50wt %以上、100wt %以下，更優(yōu)選的是，其下限在70wt %以上。
[0067] 上述的PTFE既可以是TFE均聚物，也可以是改性PTFE。這里，"改性PTFE"是指，將對 所得到的共聚物不賦予熔融加工性的程度的少量（1重量％以下）的共聚單體（改性劑）與 TFE聚合而成的PTFE。作為改性劑，可以列舉例如HFP等全氟烯烴、CTFE等氯氟烯烴、三氟乙 稀、全氣烷基乙烯基釀等。
[0068] 作為上述的TFE/VdF共聚物，優(yōu)選的是，TFE單元：VdF單元的摩爾比是45-8_5 / 55-15,更優(yōu)選的足50-80 / 50-20,
[0069] 作為上述的VdF/HFP共聚物，優(yōu)選的是，VdF單元與HFP單元的摩爾比是45 一85 / 55-15,更優(yōu)選的是50-80 / 50-20,進(jìn)一步優(yōu)選的是60-80 / 40-2(kVdF/HFP共 聚物是包括基于VdF的聚合單元和基于HFP的聚合單元的共聚物，也可以具有基于其它含氟 單體的聚合單元。例如，是VdF/HFP/TFE共聚物也是優(yōu)選的形態(tài)之一。作為VdF/HFP/TFE共聚 物，優(yōu)選的是，VdF/HFP/TFE的摩爾比是40-80/ 10~35 / 10~25。
[0070] 在密封部件包含全氟共聚物的情況下，出于不易流動且容易確保反彈力的考慮， 優(yōu)選的是，其熔體流動速率(MFR)在40g/10分鐘以下，更優(yōu)選的是10g/10分鐘以下，進(jìn)一步 優(yōu)選的是3g/10分鐘以下。這里，MFR稱為聚合物在372°C時的熔體流動速率，根據(jù)ASTM D 1238-98,使用熔體指標(biāo)測試儀(東洋精機制作所制），將約6g的樹脂放入到保持為372°C的 圓筒中，在放置5分鐘而溫度達(dá)到平衡狀態(tài)后，在5kg的活塞負(fù)荷下通過直徑為2.1mm、長度 為8_的小孔將樹脂擠出，針對同一樣品各測定3次單位時間(通常是10~60秒)采集的樹脂 的質(zhì)量(g)，將其平均值換算成每10分鐘的擠出量而得到的值(單位:g/l〇分鐘）即為MFR。
[0071] 另外，在上述的氟樹脂中，從熔融加工性優(yōu)異的角度而言，優(yōu)選的是，從由FEP、 PFA、Et/TFE 共聚物、PCTFE、CTFE/TFE 共聚物、Et/CTFE 共聚物、PVdF、TFE/VdF 共聚物、VdF/ HFP共聚物和PVF構(gòu)成的組中選擇的至少一種。通過采用這樣的熔融加工性氟樹脂，能夠容 易地進(jìn)行成形。
[0072] (4)模擬
[0073] 由于本發(fā)明的密封部件具有外側(cè)的在被按壓的方向上的壓縮比例大于內(nèi)側(cè)的在 被按壓的方向上的壓縮比例的部分，因此，即使在密封部件被使用的狀態(tài)下經(jīng)過長時間（例 如20萬小時)后，也容易殘留有密封部件的反彈力，能夠良好地維持密封效果。
[0074] 這里，作為本發(fā)明的密封部件的示例，列舉上述的圖4所示的密封部件10和圖5所 示的密封部件10X為例，進(jìn)行了確認(rèn)形狀的優(yōu)勢性的模擬。
[0075]圖4所示的密封部件10是如下的示例：是越朝向外側(cè)貫通方向的寬度越增大的形 狀，上表面13側(cè)和下表面14側(cè)均相對于水平面按傾斜角度α傾斜。
[0076] 此外，圖5所示的密封部件10Χ是如下的示例：是越朝向外側(cè)貫通方向的寬度越增 大的形狀，上表面13χ相對于水平面按傾斜角度α傾斜，下表面14χ在水平面上擴展。
[0077] 此外，在模擬中，作為非本發(fā)明的密封部件的比較對象，采用了圖11所示的密封部 件10Υ和圖12所示的密封部件10Ζ。圖11所示的密封部件10Υ是以上表面13y越向外側(cè)越位于 下方、下表面14y越向外側(cè)越位于上方的方式越朝向外側(cè)貫通方向的寬度越縮小的形狀，上 表面13y和下表面14y均相對于水平面按傾斜角度β傾斜。圖12所示的密封部件10Z是如下的 形狀:下表面14ζ在水平面上擴展，上表面13ζ越朝向外側(cè)越位于下方，從而越朝向外側(cè)貫通 方向的寬度越縮小的形狀;上表面13ζ相對于水平面按傾斜角度β傾斜。
[0078]此外，用于模擬的密封部件10、1(^、10￥、102均是環(huán)狀，采用了內(nèi)側(cè)的貫通部分是 圓筒形狀且內(nèi)徑Α均為6mm、外周面也是圓筒形狀且外徑Β均為18mm的密封部件。此外，這些 密封部件1〇、1(^、1(^、1〇2在水平方向的寬度的中心位置(徑向上的內(nèi)周與外周的中間位 置)處的貫通方向的寬度C均為5_這點上相同。
[0079] 另外，在60°C的環(huán)境下，密封部件被具有沿水平方向擴展的面的剛體從貫通方向 的一側(cè)和另一側(cè)這兩側(cè)按壓并這樣保持，以此為條件，采用ANSYS V14.5進(jìn)行了模擬。另外， 進(jìn)行按壓直至密封部件的水平方向的寬度的中心位置(徑向上的內(nèi)周與外周的中間位置） 處的貫通方向的寬度C成為3mm并維持該3mm。
[0080] 這里，用于模擬的密封部件10、10X、10Y、10Z的原材料均為"四氟乙烯與全氟烷基 乙烯基醚的共聚物"，具體而言，采用了氺才7口^(注冊商標(biāo))PFA ΑΡ-230的物性值。這里， 作為PFA ΑΡ-230的材質(zhì)的物性值，基于ASTM D 3307標(biāo)準(zhǔn)的MFR是2.0g/10分鐘，基于ASTM D 4591標(biāo)準(zhǔn)的融點是306°(：，基于43了]\10 3307標(biāo)準(zhǔn)的比重是2.14，基于43了]\10 3307標(biāo)準(zhǔn)的拉 伸強度是34.OMPa，基于ASTM D 3307標(biāo)準(zhǔn)的伸長率是320%。拉伸彈性模量是430MPa。用于 模擬的60°C時的物性值是僅將ASTM D 3307的測定空氣溫度變更成60 °C而測定的值，拉伸 強度是23.5Mpa，伸展是330 %，拉伸彈性模量是186. IMPa，屈服應(yīng)力是3.42MPa。泊松比是 0.46〇
[0081 ]這里，采用作為使用的原材料的PFA AP-230的蠕變特性來確定所使用的原材料的 隨時間變化的條件。另外，蠕變特性如下面的算式所示，假定為通過校正時間固化型的蠕變 模型來表現(xiàn)。從將AP230的lL3mm fxML的試驗樣品壓縮成型而成的塊通過切削而制成，在 60 °C下實際測量了 6.9Mpa、14MPa、20MPa、30MPa、40MPa的負(fù)荷時的蠕變特性。采用該實際測 量值，將實際測量數(shù)據(jù)擬合下面的算式1，從而求出&χ 2χ3χ4。
[0082] [算式 1]
[0083] C^σc?0"1e''C4 ?Γ/(C3 -1)
[0084] 此外，密封部件與剛體之間的摩擦系數(shù)是0.1，該剛體是用于從貫通方向的一側(cè)和 另一側(cè)的按壓的剛體。
[0085] 另外，通過對所采用的原材料進(jìn)行拉伸試驗，從而得到將圖13所示的公稱應(yīng)力與 公稱應(yīng)變的關(guān)系示出的線圖。此外，通過根據(jù)圖13的線圖進(jìn)行計算，從而得到將圖14所示的 真實應(yīng)力與真實應(yīng)變的關(guān)系示出的線圖。并且，從這些線圖得到時效行為(経年挙動)分析 的模擬條件。
[0086] 另外，在模擬中，對以下的示例進(jìn)行了研究:將約束條件確定成即使是在密封部件 10、1(^、10￥、102的各外周的外側(cè)配備假定為圖1所示的剛體的約束部件20以從貫通方向被 按壓的情況下外周也未向外側(cè)擴展的示例；以及在不采用這樣的約束部件20的情況下使外 周的擴展不受約束的示例。
[0087] 圖15中示出了密封部件的使傾斜角度α、β變化的情況下的20萬小時后的與反彈力 的大小相關(guān)的模擬結(jié)果。
[0088]如圖15所示，關(guān)于任一密封部件10、10Χ、10Υ、10Ζ均可知，采用了約束部件20的情 況下即使在20萬小時后也殘余有較多的反彈力，密封效果良好。此外，關(guān)于越朝向外側(cè)貫通 方向的厚度越縮小的密封部件1〇Υ、1〇Ζ，即使傾斜角度β增大，20萬小時后剩余的反彈力也 不佳。關(guān)于僅上表面?zhèn)葍A斜的密封部件10Χ，反彈力隨著傾斜角度α增大而稍微變好，傾斜角 度在15度以上、22度以下的范圍內(nèi)反彈力極大。關(guān)于越朝向外側(cè)貫通方向的厚度越增大的 形狀的密封部件10,可以確認(rèn)，傾斜角度α越增大20萬小時后剩余的反彈力也越良好，與密 封部件10Χ比較，效果顯著。即使在沒有約束部件20的情況下，由于α增大，因而反彈力也良 好。
[0089] 由此，作為密封部件可知，優(yōu)選的是，如密封部件10那樣越朝向外側(cè)貫通方向的厚 度越增大，在存在約束部件20的狀態(tài)下使用上表面13和下表面14兩方傾斜的形狀。
[0090] 此外，圖16示出了密封部件的與從開始使用起的經(jīng)過時間相應(yīng)的反彈力的變化的 模擬結(jié)果。另外，這里，還使用了平板形狀的無傾斜的形態(tài)（"無傾斜"的示例）用于比較。
[0091] 根據(jù)該圖16的結(jié)果，關(guān)于任一密封部件10、1(^、10￥、102均可知，依然是使用了約 束部件20的情況下隨著時間經(jīng)過的反彈力的降低穩(wěn)定，存在約束部件20的一方密封效果更 良好。
[0092] 此外，作為密封部件的原材料，對上述原材料的物性中拉伸試驗時的應(yīng)力和蠕變 的反彈力成倍的原材料也進(jìn)行了模擬。這里，模擬作為施加實際測量的成倍的負(fù)荷時的蠕 變量與實際測量的蠕變量相同的原材料而進(jìn)行了處理。此外，以相對于某變形量產(chǎn)生實際 測量的成倍的應(yīng)力而制成了模擬用數(shù)據(jù)。
[0093]圖17對用于密封部件的原材料的拉伸試驗時的應(yīng)力和蠕變的反彈力為1倍和2倍 的原材料示出了反彈力的隨時間變化的模擬結(jié)果。
[0094]根據(jù)該圖17的結(jié)果，優(yōu)選的是最初反彈力是2倍的模型，但可知，于1個小時左右反 彈力是1倍的模型與2倍的模型的差消失，然后，反而1倍的情況的一方反彈力維持較大。在 密封部件的原材料的物性值中，作為對反彈力依存性高的物性值，有拉伸彈性模量。關(guān)于室 溫下的拉伸彈性模量，由于反彈力是2倍的模型是0.86GPa，因此，具有0.86GPa的拉伸彈性 模量的情況下反彈力過大，不優(yōu)選。因此，優(yōu)選的是，原材料的拉伸彈性模量小于ο. 8GPa，更 優(yōu)選的是在〇.7GPa以下。
[0095]此外，進(jìn)行了對密封部件10(傾斜角度α = 10度）、10X(傾斜角度α = 20度）、10Y(傾 斜角度β= 10度）、1〇Ζ(傾斜角度β=20度)分別求出將密封部件與接觸的按壓的部分之間的 摩擦系數(shù)改變的情況下的20萬小時后的反彈力的模擬。這里，關(guān)于各密封部件的條件，除了 與按壓的部件的摩擦系數(shù)相關(guān)的條件以外如上所述。圖18示出了該模擬結(jié)果?？芍缭摻Y(jié) 果所示密封部件與接觸的按壓的部件之間的摩擦系數(shù)影響來自密封部件的反彈力的大小。 根據(jù)該結(jié)果可知，上述摩擦系數(shù)越大，得到的反彈力越大。該效果不限于密封部件的形狀， 任一密封部件1〇、1(^、1(^、1〇2均相同。此外，由摩擦系數(shù)的增加導(dǎo)致的反彈力的增大比率 與經(jīng)過時間的長短無關(guān)，大致為相同比率。例如，當(dāng)使摩擦系數(shù)從1.0變化到2.0后，反彈力 增大約25 %。
[0096] 此外，在將上述密封部件中上表面和下表面無傾斜的圓筒形狀的密封部件從貫通 方向的一側(cè)和另一側(cè)按壓以將5mm的厚度維持為3mm的情況下，在沒有內(nèi)側(cè)和外側(cè)的約束這 樣的條件下，進(jìn)行了求出與徑向的位置相應(yīng)的反彈力的隨時間變化的模擬。
[0097] 關(guān)于剛按壓后的狀態(tài)，在圖19中示出了該模擬的結(jié)果，關(guān)于在按壓的狀態(tài)下經(jīng)過1 萬小時的狀態(tài)，在圖20中示出了該模擬的結(jié)果，關(guān)于在按壓的狀態(tài)下經(jīng)過10萬小時的狀態(tài)， 在圖21中示出了該模擬的結(jié)果，關(guān)于在按壓的狀態(tài)下經(jīng)過20萬小時的狀態(tài)，在圖22中示出 了該模擬的結(jié)果。另外，在圖19至圖22中示出了密封部件的側(cè)截面的一部分，圖的左側(cè)是徑 向內(nèi)側(cè)，圖的右側(cè)示出了徑向外側(cè)。此外，在圖19至圖22中，利用不同的影線示出了不同的 反彈力的區(qū)域。
[0098] 這里，在剛按壓的狀態(tài)下，反彈力最大的部分的面壓的值是37.7MPa，在按壓的狀 態(tài)下經(jīng)過1萬小時的狀態(tài)下反彈力最大的部分的面壓的值是16.4MPa，在按壓的狀態(tài)下經(jīng)過 10萬小時的狀態(tài)下反彈力最大的部分的面壓的值是15.OMPa，在按壓的狀態(tài)下經(jīng)過20萬小 時的狀態(tài)下反彈力最大的部分的面壓的值是14.7MPa。
[0099] 由此可知，如圖19至圖22所示，在維持從上下方向按壓在上表面及下表面未設(shè)置 傾斜的密封部件(用單點劃線表示)而使之變形的狀態(tài)(用雙點劃線表示)的情況下，經(jīng)過20 萬小時時的密封部件的外側(cè)的反彈力降低。另外，可以認(rèn)為，并非越朝向外側(cè)貫通方向的厚 度越增大的形狀，而是未設(shè)置傾斜的形狀在貫通方向上的反彈力容易減弱，這是由于未設(shè) 置傾斜的形狀由于在被按壓的狀態(tài)下向外側(cè)擴展，從而發(fā)生變形，徑向外側(cè)周邊的部分的 外徑進(jìn)一步變長(長外徑化）。相對于此，在以徑向外側(cè)被約束的方式使用密封部件的情況 下，可以認(rèn)為，由于不易發(fā)生這樣的按壓時的長外徑化的變形，因此能夠抑制反彈力的減 少。
[0100] (5)使用例
[0101] 關(guān)于墊圈51作為電池的電極周邊的密封部件而被使用的情況，圖23中示出了被按 壓前的狀態(tài)的示例，圖24中示出了被按壓的使用狀態(tài)的示例。
[0102] 在該電池的上蓋63和覆蓋上蓋63的一部分的絕緣蓋62設(shè)置有沿上下方向貫通的 貫通部分。在該貫通部分，通過鉚接設(shè)置有被用作電極等的鉚接銷61。該鉚接銷61由金屬構(gòu) 成，具有彼此連接而一體化的銷上部6 la和銷下部6 lb。
[0103] 鉚接銷61的銷上部61a在被鉚接前的狀態(tài)下如圖23所示具有如下形狀:外徑小于 上述貫通部分的內(nèi)徑的圓柱形狀從比上蓋63靠下方的高度經(jīng)上述貫通部分的內(nèi)側(cè)而沿上 下方向到達(dá)延伸到比上蓋63靠上方的高度。
[0104]鉚接銷61的銷下部61b在被鉚接前的狀態(tài)下如圖23所示具有如下形狀:外徑大于 上述貫通部分的內(nèi)徑的圓柱形狀在上蓋63的下方從銷上部61a的下端進(jìn)一步朝向下方延 伸。該鉚接銷61的銷下部61b被由剛性高的部件構(gòu)成的約束部件64從徑向周圍覆蓋。另外， 通過利用未圖示的其它部件使該約束部件64被固定成不會相對于例如上蓋63相對地移動， 從而該約束部件64被定位。
[0105]墊圈51被設(shè)置成介于上蓋63、絕緣蓋62和約束部件64與鉚接銷61之間，具有上方 圓筒部分51a、圓板部分51b和下方圓筒部分51c。
[0106] 上方圓筒部分51a具有稍小于上蓋63和絕緣蓋62的內(nèi)側(cè)的貫通部分的內(nèi)徑的外徑 和稍大于鉚接銷61的銷上部61a的外徑的內(nèi)徑，并具有從比上蓋63靠下方的高度經(jīng)上述貫 通部分的內(nèi)側(cè)沿上下方向到達(dá)延伸到比上蓋63靠上方的高度的形狀。上方圓筒部分51a介 于上蓋63和絕緣蓋62與鉚接銷61的銷上部61a之間，從而將兩者絕緣。
[0107] 下方圓筒部分51c具有稍大于鉚接銷61的銷下部61b的外徑的內(nèi)徑和稍小于約束 部件64的內(nèi)徑的外徑，并具有從鉚接銷61的銷下部61b的外周和約束部件64的內(nèi)周對置的 高度位置起朝向上蓋63的下表面向上方延伸的形狀。下方圓筒部分51c介于鉚接銷61的銷 下部61b與約束部件64之間，從而將兩者絕緣。
[0108] 圓板部分51b是擴展成將上方圓筒部分51a的下端外周部分和下方圓筒部分51c的 上端內(nèi)周部分在徑向上連接起來的部件，構(gòu)成例如上述的密封部件10那樣的形狀。圓板部 分51b的徑向外側(cè)端部具有:外側(cè)上平面部分，其與上蓋63的下表面面接觸;和外側(cè)下平面 部分，其與鉚接銷61的銷下部61b的上表面部分面接觸。圓板部分51b中比外側(cè)上平面部分 和外側(cè)下平面部分靠徑向內(nèi)側(cè)的部分成為上表面和下表面傾斜成隨著朝向徑向內(nèi)側(cè)而上 下方向的厚度變薄的結(jié)構(gòu)。另外，雖然不特別限定，但在該使用例中，構(gòu)成為這樣:從徑向外 側(cè)直至到達(dá)上方圓筒部分51a的下端外周，隨著朝向徑向內(nèi)側(cè)而上下方向的厚度連續(xù)地變 薄，但也可以例如在即將到達(dá)上方圓筒部分51a的下端外周的部分設(shè)置上下方向的厚度固 定的部分。此外，在圓板部分51b的徑向上，設(shè)置有外側(cè)上平面部分和外側(cè)下平面部分的部 分與比該部分靠內(nèi)側(cè)的部分的徑向的長度的比例不特別限定，但例如在如圖23所示被鉚接 前的狀態(tài)下，優(yōu)選的是1:9~5:5的范圍。
[0109] 如上所述，針對圖23所示的被鉚接前的狀態(tài)的鉚接銷61，在墊圈51被約束部件64 約束向徑向移動的狀態(tài)下，將鉚接銷61的銷上部61a的上端朝向下方壓扁，從而鉚接銷61的 銷上部61a被壓扁，并如圖24所示的變形銷上部61a'那樣變形成從上方覆蓋墊圈51的上方 圓筒部分51a的上端。此外，此時，墊圈51的圓板部分51b被上蓋63的下表面部分和鉚接銷61 的銷下部61b的上表面部分從上下方向按壓，并以上下方向的厚度變小的方式變形。這樣， 墊圈51在徑向上被約束并在從上下方向被按壓的狀態(tài)下被固定并成為使用狀態(tài)。另外，這 里，關(guān)于墊圈51的上方圓筒部分51a，也以上下方向的長度變短的方式變形。
[0110] 另外，在如圖24所示被鉚接后的狀態(tài)下，設(shè)置有墊圈51的圓板部分51 b的徑向上的 外側(cè)上平面部分和外側(cè)下平面部分的部分與比該部分靠內(nèi)側(cè)的部分的徑向的長度的比例 不特別限定，但優(yōu)選的是例如7:3~9.5:1。
[0111] 產(chǎn)業(yè)上可利用性
[0112] 由于本發(fā)明的密封部件即使在長時間使用的情況下也能夠得到良好的密封效果， 因此在例如用作墊圈等的情況下特別有用。
[0113] 標(biāo)號說明
[0114] 10、10X、110、210、310、410、510、610、710:密封部件
[0115] 11:圓筒部分
[0116] 111:方形部分
[0117] 211:被穿過的部分
[0118] 12、112、212:外周
[0119] 13、13叉、13丫、132:上表面
[0120] 313、413、513、613:上方部分
[0121] 713a:上方傾斜部分
[0122] 713b:上方平面部分
[0123] 14、14x、14y、14z:下表面
[0124] 714a:下方傾斜部分
[0125] 714b:下方平面部分
[0126] 314、414、514、614:下方部分
[0127] 20:約束部件
[0128] 51:墊圈
[0129] 51a:上方圓筒部分
[0130] 51b:圓板部分
[0131] 51c:下方圓筒部分
[0132] 61:鉚接銷
[0133] 61a:銷上部
[0134] 61a'：變形銷上部
[0135] 61b:銷下部
[0136] 62:絕緣蓋
[0137] 63:上蓋
[0138] 64:約束部件
[0139] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0140] 專利文獻(xiàn)
[0141] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2013-157155號公報
【主權(quán)項】
1. 一種密封部件，其是環(huán)狀的密封部件，該密封部件的特征在于， 該密封部件在從貫通方向的一側(cè)和另一側(cè)被按壓的狀態(tài)下被使用，該貫通方向是在內(nèi) 側(cè)的貫通部分中的貫通方向， 在上述被按壓的狀態(tài)下，所述密封部件具有外側(cè)的在上述被按壓的方向上的壓縮比例 大于內(nèi)側(cè)的在上述被按壓的方向上的壓縮比例的部分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封部件，其中， 所述密封部件構(gòu)成為，上述被按壓方向上的厚度隨著從內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)而增加。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密封部件，其中， 拉伸彈性模量為0.8GPa以下。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的密封部件，其中， 所述密封部件是包含全氟聚合物而構(gòu)成的。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封部件，其中， PFA的含有量是50wt%以上lOOwt%以下。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的密封部件，其中， 所述密封部件用于電池用墊圈。
【文檔編號】F16J15/10GK106068413SQ201580010017
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年2月27日 公開號201580010017.8, CN 106068413 A, CN 106068413A, CN 201580010017, CN-A-106068413, CN106068413 A, CN106068413A, CN201580010017, CN201580010017.8, PCT/2015/55888, PCT/JP/15/055888, PCT/JP/15/55888, PCT/JP/2015/055888, PCT/JP/2015/55888, PCT/JP15/055888, PCT/JP15/55888, PCT/JP15055888, PCT/JP1555888, PCT/JP2015/055888, PCT/JP2015/55888, PCT/JP2015055888, PCT/JP201555888
【發(fā)明人】青山高久, 河野英樹, 劉繼紅
【申請人】大金工業(yè)株式會社