CN101553675A - 密封件和密封系统 - Google Patents

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CN101553675A CNA2007800446379A CN200780044637A CN101553675A CN 101553675 A CN101553675 A CN 101553675A CN A2007800446379 A CNA2007800446379 A CN A2007800446379A CN 200780044637 A CN200780044637 A CN 200780044637A CN 101553675 A CN101553675 A CN 101553675A
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加藤久志
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Abstract

提供能提高蓄压避免功能的密封件和密封系统。密封件(1)安装在环形槽中，该槽设于在具有轴孔的壳体和插入轴孔的轴中的一个部件，该密封件密封这两个部件间的环形间隙，并具有：基部(10)，和从基部(10)的位于环形槽的槽底侧的一侧向密封侧突出的唇部(12)，该密封件构成为：基部(10)和唇部(12)的在环形槽的槽底侧的周面与环形槽的槽底紧密接触；密封侧的相反侧的压力高于密封侧的压力时，基部(10)和唇部(12)变形使得密封侧与密封侧的相反侧在基部以及唇部与环形槽的槽底之间的接触部连通，从而降低密封侧的相反侧的压力，基部(10)具有使唇部(12)与环形槽的槽底间的接触部与密封侧的相反侧连通的导压路。

Description

密封件和密封系统
发明领域
本发明涉及一种使用在液压缸等中的密封件(packing)和一种装有该密封件的密封系统(sealing system)。
发明背景
液压缸的密封系统通常使用活塞杆密封系统(rod sealing system)等。活塞杆密封系统用在液压缸等中，而液压缸等用作建筑机械或运输车辆等的致动器。下面结合图6说明使用现有活塞杆密封系统的普通液压缸。图6为示出液压缸的概略剖面的立体图。
液压缸101包括：缸102；插入缸102中而可自由滑动的活塞103；以及与活塞103连接的杆104。此外，液压缸101设有活塞杆密封系统，该活塞杆密封系统装在缸102一端部中的安装凹槽中，从而密封缸102的内周与杆104之间的间隙。
缸102在活塞103两侧两油压导入孔105、106。通过将工作油的压力选择性地作用在油压导入孔105或106上，可轴向移动活塞103，并改变缸102、杆104的安装部107、108的相对位置。
下面结合图7说明活塞杆密封系统。图7为现有活塞杆密封系统的半剖面图。
该活塞杆密封系统包括：防止工作油向外泄漏的活塞杆用密封件R(rod packing)；装在该活塞杆用密封件R的油压侧、受到大负载时吸收(缓冲)冲击压力或压力波动或削减流向活塞杆用密封件R的高温工作油、从而提高活塞杆用密封件R使用寿命的缓冲环B；以及位于活塞杆用密封件R外侧、防止泥水或灰尘进入的防尘密封D(dust seal)。
缓冲环B包括：U形密封件110，该密封件包括分别从基部111的内周和外周向油压侧O突出的内周唇部112和外周唇部113、和在内周唇部112与外周唇部113之间的U形环形槽(U形槽)114；以及装在U形密封件110的基部111内周侧上的支撑环115。活塞杆用密封件R包括U形密封件120和装在该U形密封件外侧的支撑环121。防尘密封D包括：其外周上的安装部，金属环133用烘烤法固定于其上；防尘唇131以及油密封唇130。
构成缓冲环B的密封件110为用橡胶材料如聚安酯橡胶(polyurethanerubber)制成的环形件。密封件110装在缸102内周面上的环形槽102a中。内周唇部112在杆104的外周面上滑动，外周唇部113与环形槽102a的槽底102b紧密接触。
密封在缓冲环B的油压侧O的工作油由于活塞103和杆104的来回运动而稍稍漏到活塞杆用密封件R一侧。由活塞103和杆104反复来回运动造成的漏油的积累造成工作油积累在缓冲环B与活塞杆用密封件R之间的空间S中。空间S充满工作油后，空间S中的工作油的油压提高(即油压积累或蓄压)。
如油压如上所述在空间S中积累，油压就会不断作用在活塞杆用密封件R上，从而磨损、发热和滑动阻力增加，导致活塞杆密封系统使用寿命下降和工作性能劣化。
已知有若干避免这一油压积累的手段。
例如，一种手段如下所述。相对内周唇部减小U形密封件的外周唇部的厚度，从而使得外周唇部比内周唇部更易变形。因此，U形密封件的外周侧弹性变形，从而当缓冲环与活塞杆用密封件之间的压力增加时密封侧(密封对象侧)与密封侧的相反侧(反密封对象侧)连通。因此油压积累得以避免(参见专利文件1)。
另一种手段如下。缓冲环与活塞杆用密封件之间的压力增加、U形密封件被压向密封侧时，内周唇部和外周唇部与安装凹槽的侧面接触，造成该U形槽密封，从而压力在该凹槽中积累。为防止这种情况，在内周唇部前端表面上形成一缝(slit)(参见专利文件1)。
此外，避免油压积累的其它手段是在支撑环的内周面上形成凹槽(参见专利文件2和3)。相关技术的例子见专利文件4和5。
专利文件1：日本特开2001-355739号公报
专利文件2：日本实开平1-152151号公报
专利文件3：日本特开2004-28160号公报
专利文件4：日本特开2004-19782号公报
专利文件5：日本特开8-326924号公报
发明内容
本发明要解决的问题
但是，在U形密封件外周侧弹性变形的那种结构中，不仅外周唇部而且支撑外周唇部的基部也得变形。如油压增加得不够，密封侧与密封侧的相反侧无法连通，从而很难避免油压积累。
即使基部外径做成小于环形槽槽底直径以使外周部侧易于变形，在密封件直径比方说由于长期使用或比方说由受热造成的塑性变形(creepdeformation)而增加的情况下，基部的外周面仍会与槽底紧密接触。这最终需要基部变形以避免油压积累。
在支撑环内周侧上形成凹槽的那种结构中，凹槽由于支撑环的滑动而磨损。因此长期使用后凹槽的作用会失去。如为限制磨损加深凹槽，密封件的一部分会挤入凹槽中，从而支撑环本来的防止该密封件挤出的功能下降。
本发明即是要克服上述现有技术的问题。因此本发明的一个目的是提供一种能提高油压积累避免功能的密封件和提供一种装有该密封件的密封系统。
解决问题的手段
为实现上述目的，本发明提供一种密封件，该密封件装在环形槽中，该环形槽设置于在具有轴孔的壳体和插入所述轴孔的轴中的一个部件上，该密封件密封这两个部件之间的环形间隙，其特征在于，
该密封件具有：基部，和从所述基部的位于所述环形槽的槽底侧的一侧向密封侧(密封对象侧)突出的唇部，
该密封件构成为：所述基部和所述唇部的在所述环形槽的槽底侧的周面与所述环形槽的槽底紧密接触；在密封侧的相反侧的压力高于密封侧的压力时，所述基部和所述唇部变形，使得密封侧与密封侧的相反侧在所述基部与所述环形槽的槽底之间以及所述唇部与所述环形槽的槽底之间的接触部连通，从而降低密封侧的相反侧(反密封对象侧)的压力，其中：
所述基部具有：使所述唇部与所述环形槽的槽底之间的接触部与密封侧的相反侧连通的导压路。
仅通过唇部变形就可互相连通密封侧与密封侧的相反侧。即，即使基部与环形槽的槽底紧密接触，密封侧的相反侧上的油压也可作用在唇部上，使唇部变形。因此，密封侧的相反侧上的油压提高到使得基部变形之前就使得密封侧与密封侧的相反侧连通而减小密封侧的相反侧上的油压。
所述基部可在与所述环形槽的槽底之间的接触面上有缝，该导压路可由通过该缝在所述基部与所述环形槽的槽底之间的接触部形成的间隙构成。
所述基部可在与所述环形槽的槽底之间的接触面上有多个突起部，所述导压路可由在所述多个突起部之间形成的间隙而形成。
这一结构可在基部上形成导压路，密封侧的相反侧上的油压可经该导压路导入到唇部与环形槽的槽底之间的接触部。从而无需基部变形而仅通过唇部的变形就可使密封侧的相反侧上的油压漏到密封侧上。
可以设置成：所述唇部为第一唇部，该密封件具有：从所述基部的另一部件侧向密封侧突出、突出量大于所述第一唇部的第二唇部，在密封侧的相反侧的压力大于密封侧的压力从而该密封件被压向密封侧时，所述第二唇部与所述环形槽的密封侧的侧壁接触(抵接、触接)。
在此结构中，突出量大于第一唇部的第二唇部与环形槽的密封侧上的侧壁接触。从而第一唇部无法与该侧壁接触。这可防止如下情况的发生：密封侧的相反侧上的油压提高、从而该密封件被压向密封侧时，第一唇部与环形槽该侧壁接触，从而无法变形以在密封侧与密封侧的相反侧之间建立连通。换言之，即使密封件被压到密封侧，第一唇部也易于变形，从而油压积累避免功能提高。
在所述第二唇部与所述环形槽的密封侧的侧壁之间的接触部，具有用来互相连通所述环形槽的槽底侧与开口侧的连通路。
如此，即使在第二唇部与环形槽的侧壁接触时，也可防止第一唇部和第二唇部与密封侧之间的空间完全被第二唇部堵塞。从而阻止油压在第一唇部与第二唇部之间的空间中提高。
为实现上述目的，本发明提供一种密封系统，包括：
主密封件(main seal)；以及
上述的密封件(packing)，该密封件用作该主密封件的缓冲环。
这可提高该密封系统的油压积累避免功能。
本发明效果
如上所述，本发明可提高油压积累避免功能。
附图说明
图1为根据本实施例的密封件的结构示意图；
图2为根据本实施例的密封件的结构的立体图；
图3为密封系统结构的半剖视图；
图4为根据本实施例的密封件的安装状态的半剖面图；
图5为根据变形例的密封件的结构的立体图；
图6为示出液压缸的构形的立体剖面图；
图7为现有活塞杆密封系统的结构的半剖面图。
标号说明
1密封件(packing)
10基部
10a外周面
10b缝
11内周唇部
11a端面
11c内周凸部
12外周唇部
12c外周凸部
13U形槽
14支撑环(backup ring)
100活塞杆密封系统
101液压缸
102缸
102a环形槽
102b槽底面
102c侧壁面
103活塞
104杆
B缓冲环(buffer ring)
D防尘密封
R活塞杆用密封件
具体实施方式
下面结合附图，根据各实施例详细例示说明用于实施本发明的最佳方式。应该指出，各实施例中所述构成部件的尺寸、材料、形状、相对位置等除非另作说明并不限制本发明范围。
(第一实施例)
参见图1-3，下面说明根据本发明第一实施例的密封件的概略结构。图1为根据本实施例的密封件的结构示意图。图1A示出从轴向看去的该密封件，图1B为沿图1A中A-A线剖取的剖面图，图1C为从图1A中箭头B看去的该密封件。图2为根据本实施例的密封件的结构的立体图，图2A示出从密封侧看去的该密封件，将密封件的一段除去以显示出剖面。图2B为从密封侧的相反侧看去的该密封件。图3为适用根据本实施例的密封的密封系统的半剖视图。
<该密封件的结构和概要>
如图1和2所示，该密封件1为环形件，包括：基部10；从基部10内周侧朝轴向的一个方向突出的内周唇部11(第二唇部)；以及从基部10外周侧朝轴向的一个方向突出的外周唇部12(第一唇部)。密封件1为所谓的U形密封件，内周唇部11与外周唇部12之间形成横截面大致呈U形的环形槽(下面称为U形槽)13。此外，密封件1在内周唇部11的轴向的另一侧即基部10的内周侧上具有支撑环14。
密封件1的材料的例子包括丁腈橡胶(nitrile rubber)、聚氨酯弹性体或(聚)四氟乙烯(PTFE，聚四氟乙烯，polytetrafluoroethylene)等的弹性体、树脂材料。
密封件1的基部10的外周面10a上有等距分布在外周面10a的周方向上的多个缝10b。各缝10b由从基部10的外周面10a向基部10的轴向另一侧的端面斜切基部10的外周面10a而成，使得缝10b的径向深度在轴向的另一方向上递增。
密封件1的内周唇部11的厚度和在轴向的一个方向上的突出量比外周唇部12大。此外，内周唇部11的在轴向一侧上的端面11a上有等距分布在周方向上的多个径向延伸的缝11b。
密封件1装在壳体的轴孔中的环形槽中而密封该壳体与插入该轴孔的轴之间的环形间隙。作为根据本实施例的密封件1的具体实施方式的一个例子，如图3所示，下面说明该密封件1适用于液压缸101的活塞杆密封系统100的情况。液压缸101的结构与上述现有液压缸相同，其说明从略。根据本实施例的密封件1不但可用在图3所示的活塞杆密封系统中，也可用在其它活塞密封系统等中。不用说，密封件1可用作单独的密封件。
如图3所示，活塞杆密封系统100包括：防止工作油向外泄漏的活塞杆用密封件R；装在该活塞杆用密封件R的油压侧O、受到大负载时吸收冲击压力或压力波动或削减流向活塞杆用密封件R侧的高温工作油、从而提高活塞杆用密封件R使用寿命的缓冲环B；以及位于活塞杆用密封件R的外部侧A、防止外部泥水或灰尘侵入的防尘密封D。在这样一种活塞杆密封系统100中，密封件1执行缓冲环B的功能。活塞杆用密封件R由U形密封件20和装在该U形密封件外侧上的支撑环21构成。防尘密封D包括：其外周上的安装部，金属环33用烘烤法固定于其上；防尘唇31以及油密封唇30。
密封件1装在用作壳体的缸102的内周面上的环形槽102a中，密封在杆104或该轴与缸102之间的环状间隙。
密封件1安装成：轴向的一侧(即该唇部的突出方向)为油压侧O(即密封侧)，轴向的另一侧为形成在缓冲环B与活塞杆用密封件R之间的空间S的一侧(即密封侧的相反侧)。因此，内周唇部11与杆104的外周面接触而在其上滑动，外周唇部12与环形槽102a的槽底面102b紧密接触。
密封件1的内周唇部11有从其内周侧径向向里突出的内周凸部11c。内周凸部11c的前端的直径设定成小于杆104外周面的直径。此外，密封件1的外周唇部12有从其外周侧径向向外突出的外周凸部12c。外周凸部12c的前端的直径大于缸102的环形槽102a的槽底面102b的直径。
因此，密封件1装好时，杆104外周面径向向外弹性压缩内周唇部11的内周凸部11c(即内周凸部11c被扩张地增大直径)，而环形槽102a的底面102b径向向里弹性压缩外周唇部12的外周凸部12c(即外周凸部12c收缩以减小其直径)。内周唇部11和外周唇部12如上所述径向受压，从而分别与杆104的外周面和环形槽102a的底面102b紧密接触。
形成在内周唇部11与外周唇部12之间的U形槽13接收来自油压侧O的油压，从而弹性变形而径向胀开(扩张)。因此，U形槽13进一步使得内周唇部11和外周唇部12分别压靠杆104的外周面和环形槽102a的底面102b，从而提高两唇部的附着(密着性，贴紧)。
基部10设计成：即使其外径由于其相对于环形槽102a的尺寸公差或由于塑性变形等造成的密封件1的直径变大或变形而变得大于槽底面102b的直径时，在缝10b形成部位或基部10与槽底面102b互相接触部位也确保有间隙，从而防止整个外周面10a完全与环形槽102a的底面102b接触。
<油压积累避免功能>
下面结合图4说明根据本实施例的密封件1的油压积累避免功能。图4为示出根据本实施例的密封件1的安装状态的半剖面图。图4A示出空间S侧的油压(压力，液压)高于油压侧O的油压的状态；图4B示出空间S侧的油压从图4A所示状态进一步增加的状态。
密封在用作缓冲环B的密封件1的油压侧O的工作油由于活塞103和杆104的来回运动而稍稍漏到活塞杆用密封件R一侧。随着活塞103和杆104反复来回运动，工作油泄漏和积累，从而充满活塞杆用密封件R与用作缓冲环B的密封件1之间的空间S。因此空间S中的工作油的油压提高(即油压积累)。
如图4A所示，空间S侧上的油压高于油压侧O上的油压时，密封件1被压向油压侧O。因此，其突出量大于外周唇部12的内周唇部11的端面11a与环形槽102a的侧壁面102c(在油压侧O上)发生接触。由于密封件1被压向油压侧O，在密封件1与环形槽102a的空间S侧上的侧壁面之间形成间隙。
空间S侧(密封侧的相反侧)上的油压，经穿过在密封件1与环形槽102a的侧壁面(空间S侧)之间的该间隙和由外周面10a上的各缝10在基部10与槽底面102b之间的接触部形成的间隙的、由箭头C所示通道(即导压路)，作用在外周唇部12的外周侧根部上。
空间S侧上的油压进一步提高时，作用在该根部上的空间S侧油压使得外周唇部12弹性变形，从而外周唇部12如箭头D所示径向向里倾倒。因此，在外周唇部12与环形槽102a的底面102b之间的接触部形成间隙。由该间隙和由基部的外周面10a上的各缝10b形成的间隙，使得空间S侧在密封件1与环形槽102a的底面102b之间的接触部与油压侧O连通。
此外，由于内周唇部11的端面11a上有缝11b，因此在内周唇部11与环形槽102a的侧壁面102c之间的接触部形成有间隙。
因此，形成图4(b)中的箭头E所示的通道。确切说，密封件1中形成跨过环形槽102a底侧(绕经槽底侧)的通道。该通道使得密封件1的油压侧O与空间S侧连通。因此，空间S侧的高压向油压侧O泄漏而下降，从而空间S中可避免油压积累。
<该实施例的优异特征>
在根据本实施例的密封件1中，把空间S侧的油压引向在外周唇部12与环形槽102a的底面102b之间的接触部的导压路，可由基部的外周面10a上的缝10b形成在基部10与槽底面102b之间的接触部。
这无需基部10变形而只须使得外周唇部12变形就可连通空间S侧(密封侧的相反侧)与油压侧O(密封侧)。即，即使基部10与环形槽102a的底面102b紧密接触时，空间S侧上的油压也作用在外周唇部12上而使得外周唇部12变形。因此，在空间S侧上的油压提高到使得基部10变形之前，空间S侧就可与油压侧O连通，从而可使空间S侧上的油压下降。
此外，连通空间S侧与油压侧O的缝形成在环形槽102a的槽底侧周面上，即环形槽102a的非滑动面上。因此，缝对密封件1的基本性能如密封作用、滑动特性、而压性和使用寿命等的不利作用可减小。从而油压积累避免功能稳定。
此外，内周唇部11的突出量比外周唇部12大，从而该密封件1被压向油压侧O时内周唇部11与环形槽102a的侧壁面102c发生接触。因此可阻止外周唇部12抵靠环形槽102a的侧壁面102c后无法变形以连通空间S侧与油压侧O。这使得外周唇部12容易变形，从而进一步提高密封件1的油压积累避免功能。
<变形例>
在该实施例中，缝10b形成用来形成导压路的间隙。但是，只要能在基部10与环形槽102a的底面102b之间的接触部形成间隙，本发明不限于这一结构。例如，如图5所示，不是在基部的外周面10a上形成缝，而是用多个突起10c形成用于形成界定导压路的间隙。
下面结合图5说明根据本发明的变形例的密封件1’。图5为示出变形例的密封件1’的结构的立体图。图5(a)为从密封侧看去的密封件1’的立体图，其一部分切除剖示。图5(b)为从密封侧的相反侧看去的密封件1’的立体图。下面只说明与上述实施例的密封件的特征不同的特征，相同部件等用同一标号表示，其说明从略。
在密封件1’中，基部10的外周面10a上在周方向上等距分布有多个突起10c，突起10c之间形成凹部10d。因此，由该凹部10c在基部10与环形槽102a的底面102b之间的接触部形成间隙。从而可形成把空间S侧上的油压引入在外周唇部12与环形槽102a的底面102b之间的接触部的导压路。
<其它>
在该实施例的密封件1中，如图1和2所示，基部外周面10a上的缝10b的轴向尺寸比外周面10a的轴向尺寸短。缝10b也可如图3和4所示伸展到外周唇部12的根部。为更令人满意地发挥油压积累避免功能，缝10b最好伸展到外周唇部12的根部。
此外，从整个密封件1的抗压观点看，缝10b的周尺寸最好大致等于基部10的轴向尺寸。
在该实施例中，以活塞杆密封系统为例作了说明，在该活塞杆密封系统中，用来安装该密封件的环形槽形成在壳体(缸)中。但是，本发明不受此限制，也可使用在这样一个密封系统中，在该密封系统中，密封件装在轴上的环形槽中且可在壳体的内周面上滑动，从而密封轴与壳体之间的环形槽。
该密封件不但可用于由上述多个密封件构成的密封系统，只要是用于存在油压积累的部位，也可作为单个密封件。
以上说明了密封油的一例，但本发明不受此限制，也可用于受流体压力作用的任何部位。

Claims (6)

1、一种密封件，该密封件装在环形槽中，该环形槽设置于在具有轴孔的壳体和插入所述轴孔的轴之中的一个部件，该密封件密封这两个部件之间的环形间隙，其特征在于，
该密封件具有：基部，和从所述基部的位于所述环形槽的槽底侧的一侧向密封侧突出的唇部，
该密封件构成为：所述基部和所述唇部的在所述环形槽的槽底侧的周面与所述环形槽的槽底紧密接触；在密封侧的相反侧的压力高于密封侧的压力时，所述基部和所述唇部变形，使得密封侧与密封侧的相反侧在所述基部与所述环形槽的槽底以及所述唇部与所述环形槽的槽底的接触部连通，从而降低密封侧的相反侧的压力，其中：
所述基部具有：使所述唇部与所述环形槽的槽底之间的接触部与密封侧的相反侧连通的导压路。
2、按权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述基部在与所述环形槽的槽底之间的接触面上有缝，该导压路由通过该缝在所述基部与所述环形槽的槽底的接触部形成的间隙形成。
3、按权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述基部在与所述环形槽的槽底的接触面上具有多个突起部，所述导压路由在所述多个突起部之间形成的间隙形成。
4、按权利要求1-3中任一项所述的密封件，其特征在于，所述唇部为第一唇部，
该密封件具有：从所述基部的另一部件侧向密封侧突出、且突出量大于所述第一唇部的第二唇部，
在密封侧的相反侧的压力大于密封侧的压力从而该密封件被压向密封侧时，所述第二唇部与所述环形槽的密封侧的侧壁接触。
5、按权利要求4所述的密封件，其特征在于，在所述第二唇部与所述环形槽的密封侧的侧壁的接触部，具有将所述环形槽的槽底侧和开口侧连通的连通路。
6、一种密封系统，包括：
主密封件；以及
权利要求1～5中任一项所述的密封件，该密封件用作所述主密封件的缓冲环。
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