CN101725738B - 具有低滑动阻力密封圈的流体压力器 - Google Patents

具有低滑动阻力密封圈的流体压力器 Download PDF

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Abstract

本发明的主要目的在于提供一种具有低滑动阻力密封圈的流体压力器。安装于柱塞阀的阀杆上的密封圈包括，具有内周密封表面的环形的内周侧密封部，具有外周密封表面的环形的外周侧密封部，以及位于该两部分之间的因流体压力作用而弯曲的中间可挠部，该中间可挠部具有平坦且互相平行的左右两侧表面，同时，该中间可挠部的厚度比上述内周侧密封部及外周侧密封部的厚度小，并且该中间可挠部在密封圈半径方向上的槽幅宽大于或等于上述中间可挠部的厚度。

Description

具有低滑动阻力密封圈的流体压力器
技术领域
本发明涉及一种流体压力器，如流体换向阀或流体压力缸之类，并具有滑动阻力小的低滑动阻力密封圈的流体压力器。
背景技术
电磁阀或流体压力缸等流体压力器的结构为，于阀杆或活塞等滑动构件的外圆周上安装有密封圈，隔着该密封圈，上述滑动构件在流路腔内滑动。
上述密封圈有很多种类，例如，有像O形环一样的截面形状呈圆形的，有形体一部分变细、截面形状呈葫芦形的，或者为字母Y形或U形的等，根据流体压力器的种类和使用条件等来适当地选择使用这些密封圈。其中，截面呈葫芦形的密封圈在截面上沿半径方向的伸缩性较大，所以对比于上述O形环其滑动阻力较小，且密封性能也优良，因此被广泛地应用于上述阀杆或活塞等方面。例如日本实用新型公报2537236号中公开了作为流体压力器的一种柱塞阀，在其作为滑动构件的阀杆的外圆周上，安装有形体一部分变细、截面呈葫芦形的密封圈。
然而，上述的现有技术的葫芦形密封圈，因其在截面上沿半径方向的伸缩性较大，若在一个侧面上受到流体压力的作用而使该密封圈挤压在密封圈安装槽的槽侧壁上时，该密封圈受到挤压故会在截面上沿半径方向伸长，这样其内、外周的密封面会被强力地挤压在所接触的对象部位上从而使这部分的密封圈变形量增大。该变形量的增大，不仅使密封圈的滑动阻力增大从而使上述阀杆即滑动构件的响应性降低，并且当该滑动构件静止时甚至会导致密封圈被黏住或切换该滑动构件的位置时的启动迟缓等问题，这些问题会降低流体压力器的可靠性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种流体压力器，该流体压力器，对上述现有技术的葫芦形密封圈予以改良，通过使用滑动阻力更小的改良型的低滑动阻力密封圈，解决上述的现有技术的问题以提高响应性及可靠性。
为达到上述目的，本发明的流体压力器设置有：具备压力流体流动的流路腔的壳体；与在上述流路腔内沿该流路腔轴线方向可自由滑动的滑动构件，在该滑动构件的外周上形成有密封圈安装槽，在该密封圈安装槽内安装有呈环形的密封圈。
上述密封圈的构造包括：环形的内周侧密封部，该内周侧密封部具有圆弧状的内周密封表面，该内周密封表面与上述密封圈安装槽的槽底相接触；环形的外周侧密封部，该外周侧密封部具有圆弧状的外周密封表面，该外周密封表面与上述流路腔的腔内表面相接触；环形的中间可挠部，该中间可挠部因流体压力的作用可弯曲，并由底部平坦的环形的凹槽形成，该凹槽设置于该密封圈的左右两侧面的上述内周侧密封部与外周侧密封部之间的区域。
上述内周侧密封部及外周侧密封部的结构为，具有平坦且互相平行的左右两侧表面，且该内周侧密封部及外周侧密封部的厚度相等，并且其厚度比上述密封圈安装槽的槽宽小，上述中间可挠部的结构为，具有平坦且互相平行的左右两侧表面，该中间可挠部的厚度比上述内周侧密封部及外周侧密封部的厚度小，该中间可挠部在半径方向上的槽幅宽与该中间可挠部的厚度相等或比其大。
本发明优选，上述密封圈的内周密封表面及外周密封表面的圆弧的曲率半径，小于该密封圈的半径方向上的厚度的1/2，并且，上述外周密封表面的曲率半径比内周密封表面的曲率半径小。
另外上述密封圈的中间可挠部的槽幅宽，比上述内周侧密封部及外周侧密封部的环宽大为佳。上述密封圈的中间可挠部，当因流体压力的作用而发生弯曲时，与上述密封圈安装槽的一个槽侧壁相接触为佳。
在本发明中，当上述密封圈的左右两侧表面不受到流体压力的作用或受到均等的流体压力作用的时候，该密封圈的中间可挠部不向左右两侧的任一侧弯曲，从而该密封圈在半径方向笔直地伸展且呈左右对称的形态。
切换滑动构件，使上述密封圈的一个侧表面受到流体压力的作用，则上述中间可挠部因流体压力的作用而向另一侧方向弯曲，从而该密封圈变形为字母C形。上述中间可挠部具有平坦且互相平行的左右两侧面，同时，该中间可挠部的厚度比上述内周侧密封部及外周侧密封部的厚度小，并且该中间可挠部的密封圈半径方向上的槽幅宽大于或等于该中间可挠部的厚度，由此，该中间可挠部可以圆滑可靠地进行上述所述变形。并且，通过该变形，该密封圈的内周密封表面与外周密封表面之间的距离缩小，因而使得该密封圈的变形量减小，进而滑动阻力也随之减小。
附图说明
图1所示为将本发明应用于柱塞阀的情况的实施方式的剖面图；
图2为图1的局部放大图；
图3为图1的另一个局部放大图；
图4为密封圈的斜视图；
图5为密封圈的局部放大剖面图。
具体实施方式
下面根据附图来详细地说明本发明的流体压力器的一个实施方式。图1中为将5孔式柱塞阀作为本发明的流体压力器一个例子的示意图。该柱塞阀具有截面形状为矩形的细长的壳体1，在该壳体1的内部形成有走向与该壳体1的长度方向相一致的圆形的流路腔2，同时，在该壳体1的底部形成有分别与上述流路腔2连通的5个孔P、A、B、EA、EB，作为切换这5个孔间流路的滑动构件的阀杆3，于上述流路腔2的轴线L方向插入到该流路腔2的内部并可自由滑动。
上述阀杆3通过使用电磁力或流体压力等适当的驱动方法在上述流路腔2内可往复地进行切换，但该驱动方法并未在图中表示。
上述的5个孔具体包括：中央的供输孔P；位于该供输孔P的两侧的第1及第2的2个输出孔A、B；位于这些输出孔A、B的两侧的第1及第2的2个排放孔EA、EB，这些孔以上述的配置方式分别与上述流路腔2相连通。
上述阀杆3具有4个密封圈5，这4个密封圈5将上述流路腔2中，相邻接的孔之间的部分开放或封闭。为了安装这些密封圈5，在该阀杆3上，形成有呈凸缘状凸出的多个密封圈安装部6，同时，在该密封圈安装部6的外周，围绕阀杆3形成具有一定的槽宽及槽深的环形密封圈安装槽7，呈环形的上述密封圈5，以该密封圈5外周的一部分凸出上述密封圈安装槽7的外部的方式，收装在上述密封圈7之内。
且，上述阀杆3的两端安装有导向环8，该导向环8用于该阀杆3的移动导向，另外，该阀杆3的两端还安装有密封件9，该密封件9将上述排放孔EA、EB与流路腔2的外部之间的部分密封。
上述密封圈5与公知的通常的密封圈相同，使用合成橡胶制成，从图2-图5看出，该密封圈5包括内周侧密封部5A、外周侧密封部5B及中间可挠部5C，这三部分皆为环状，其中，内周侧密封部5A具有内周密封表面11，该内周密封表面11与上述密封圈安装槽7的平坦的槽底7a相接触，外周侧密封部5B具有外周密封表面12，该外周密封表面12与上述流路腔以滑动的方式相接触，中间可挠部5C位于内周侧密封部5A与外周侧密封部5B之间，可因流体的压力而弯曲。上述密封圈5相对于平面S形成左右对称的结构，该平面S为与该密封圈5的中心轴线即上述轴线L相正交的假想平面。
上述内周侧密封部5A被呈圆弧状的上述内周密封表面11，与平坦且互相平行的左右两侧面13三方所围，另外，上述外周侧密封部5B被呈圆弧状的上述外周密封表面12，与平坦且互相平行的左右两侧面14三方所围，这些内周侧密封部5A及外周侧密封部5B的侧面13及14，位于和上述轴线L相正交的同一平面上。所以，这些内周侧密封部5A及外周侧密封部5B的轴线L方向上的厚度T，相等并具有一定的大小，其大小比上述密封圈安装槽7的槽宽要小。因此，在该密封圈安装槽7的槽侧壁7b与上述密封圈5的侧表面之间，形成该密封圈能够弯曲的空隙15。上述内周侧密封部5A及外周侧密封部5B的厚度T与整个密封圈5的厚度相等。
上述外周侧密封部5B的密封圈半径方向的环宽Wb，与上述内周侧密封部5A的同一环宽Wa相等，或者比其小。
上述内周密封表面11及外周表面12，分别呈向外凸出的圆弧状，其圆弧的曲率半径小于密封圈5的半径方向的厚度W的1/2。此时，上述内周密封表面11与外周密封表面12的曲率半径可以相等，在图1所示的实施方式中，滑动于流路腔2的腔内表面上的外周密封表面12的曲率半径，比与密封圈安装槽7的槽底7a相接触而并不滑动的内周密封面11的曲率半径小。然而，也能够将内周密封表面11的曲率半径形成为比外周密封表面12的曲率半径小。
上述内周密封表面11形成方式在密封圈5的整个厚度方向上，而外周密封表面12形成在密封圈5的厚度方向上除去两端的中间区域。然而，也可与这种情况相反，内周密封表面11形成在上述的中间区域，而外周密封表面12形成在密封圈5的整个厚度方向上。或者是，上述内周密封表面11与外周密封表面12，二者均形成在密封圈5的整个厚度方向上，或二者均形成在密封圈5的厚度方向上除去两端的中间区域。
在上述内周侧密封部5A及上述外周侧密封部5B的一部上，于径向上形成有将该两部分5A、5B截断的多个小槽17。当密封圈5的侧面即内周侧密封部5A及外周侧密封部5B的侧面13及14，与上述密封圈安装槽7的槽侧壁7b相接触的时候，该小槽17防止该密封圈5与槽侧壁7b及槽底7a之间形成密闭的空间，从而防止因密闭空间而造成的槽侧壁7b对该密封圈5的吸附。
当有流体压力作用在密封圈5上时，通过上述中间可挠部5C可使该密封圈5弯曲以使滑动阻力降低，为实现可弯曲性，需使该可挠部5C具备必要的柔软性并在流体压力的作用下能够弯曲为圆滑的曲面的特性，其构造如下所述。
即，于密封圈5的左右两侧面的上述内周侧密封部5A和上述外周侧密封部5B之间的区域，设置左右对称的底部平坦的环形的凹槽18，以此形成上述中间可挠部5C。所以，该中间可挠部5C的左右两侧平面19为平坦且互相平行并与上述轴线L正交的平面，该中间可挠部5C的厚度Tc，比上述内周侧密封部5A和上述外周侧密封部5B的厚度T小，并且在该中间可挠部5C的整体上保持一定的大小。上述厚度Tc与T之比Tc/T选取的较佳的范围为0.6～0.65。
上述中间可挠部5C在密封圈半径方向上的槽幅宽Wc与该中间可挠部5C的厚度Tc相同或者比该厚度Tc大。优选该中间可挠部5C的槽幅宽Wc进一步比上述内周侧密封部5A和上述外周侧密封部5B的环宽Wa及Wb还要大。
如图2所示，在流路腔2开放的状态下，当上述密封圈5的两侧表面不受到流体压力作用或受到相同的流体压力作用时，具有上述结构的密封圈5，不向左右两侧的任一侧弯曲，从而维持在半径方向上笔直且左右对称的形态。
与此相对，如图3所示，当因上述密封圈5将流路腔2封闭从而使得该密封圈5的一个侧表面受到流体压力的作用时，该密封圈5的中间可挠部5C，因在一个侧表面19上受到流体压力的作用从而向另一个侧表面19顺利地弯曲，其结果为该密封圈5变形为字母C形。并且，通过该变形使得该密封圈5的内周密封表面11与外周密封表面12之间的距离缩短，所以可以减小密封表面11、12对密封圈安装槽7的槽底7a及流路腔2的腔内表面的压力，从而使得该密封圈5的变形量减小，进而也减少了该密封圈5的滑动阻力及外周密封表面12的滑动阻力。
特别地，在上述密封圈5弯曲的时候，呈圆弧状的上述内周密封表面11及外周密封表面12分别与密封圈安装槽7的槽底7a及流路腔2的接触位置，分别从各个密封表面的中央部向靠近端部的位置变化，当该内周密封表面11及外周密封表面12的曲率半径小于密封圈5半径方向的厚度的1/2时，上述接触位置发生变化的同时，两密封表面11、12上的接触位置之间的距离的缩小程度也增加，从而可以确实且有效地降低滑动阻力。
具有这样的结构的上述密封圈5，可以较低的滑动阻力在流路腔2内滑动直到切换位置。
再者，如图3所示，当因流体压力作用而弯曲时，上述密封圈5的中间可挠部5C的结构方式也可为，其侧表面19的一部分特别是中央部分与上述密封圈安装槽7的一个槽侧壁7b相接触。如此构造，可使该密封圈5在内周侧密封部5A、外周侧密封部5B及中间可挠部5C三处位置上与上述槽侧壁7B相接触，因而可使该密封圈5弯曲时的形态稳定，从而可以轻易地实现调整内周密封表面11与外周密封表面12之间的距离、即减小滑动阻力的效果。
在此，上述密封圈5能够弯曲为圆滑的字母C形的原因是，上述中间可挠部5C具有平坦且互相平行的左右两侧表面19，因而该可挠部的厚度可形成为恒定，若将该中间可挠部5C的两侧面19形成为例如像现有的葫芦形密封圈一样的圆弧状的曲面的时候，因该中间可挠部是在厚度最小的部位急剧地弯曲，所以该密封圈会呈现不规则的变形从而不能达到所期望的减小滑动阻力的目的。
在图1中的具有阀杆3的阀上，当阀杆3位于如图1所示的左侧的切换位置时，该阀杆3的左数第2个及第4个密封圈5将流路腔2封闭，第1个及第3个密封圈5将流路腔2开放，从而，供输孔P与第2输出孔B相连通，同时，第1输出孔A与第1排放孔EA相连通。
如图2所示，此时，上述第1个及第3个密封圈5不受到流体压力的作用或者两侧表面受到均等的流体压力作用，所以该密封圈5处于其中间可挠部不向左右两侧任一侧弯曲的状态。即，该密封圈5维持在半径方向上笔直伸展且呈左右对称的形态。
与此相对，如图3所示，将流路腔2封闭的上述第2个及第4个密封圈5，因流体压力作用在该密封圈5的一个侧表面上，从而中间可挠部因流体压力的作用向另一侧表面方向弯曲，该密封圈5变形为字母C形。通过此变形，该密封圈5变为使滑动阻力减小的状态。
再者，图3所示为第2个密封圈5的弯曲状态，第4个密封圈5的弯曲方向与其相反。
若上述阀杆3从上述的切换位置向右侧的切换位置移动，则上述第2个及第4个密封圈5从流路腔2脱离，从而供输孔P与第1输出孔A之间的流路及第2输出孔B与第2排放孔EB中间的流路开放，同时，因上述第1个及第3个密封圈5嵌合在流路腔2内，从而第1输出孔A与第1排放孔EA之间的流路及供输孔P与第2输出孔B之间的流路被封闭，所以，上述供输孔P与第1输出孔A相连通，同时，第2输出孔B与第2排放孔EB相连通。
此时，上述第2个及第4个密封圈5，从上述流路腔2脱离之前，持续受到流体压力的作用，所以，如图3所示，在该流路腔2内其始终保持弯曲的形态滑动，且其滑动阻力很小。
另外，在阀杆3启动的时候，在上述第2个及第4个密封圈5上，因受到外周密封表面12的滑动阻力的作用从而该密封圈受到启动方向力的作用，所以，这些密封圈5伴随着上述外周密封表面12的动作，像从流路腔2的腔内表面被剥离一样地开始滑动，从而解决了密封圈5的黏着问题。
当上述第2个及第4个密封圈5从流路腔2脱离时，因其不受到流体压力的作用，所以这些密封圈5恢复为如图2所示的笔直的形态。
另一方面，上述第1个及第3个密封圈5，在嵌合在流路腔2内从而将该流路腔2封闭之前，持续地保持笔直的形态，一旦将流路腔2封闭，因流体压力的作用该第1个及第3个密封圈5将变形为如图3所示的字母C形，并维持其形态以较小的滑动阻力在该流路腔内滑动到切换位置。
上述的实施方式是以柱塞阀为例，除此之外，本发明还能够应用于流体压力缸，或者活塞等滑动构件上设置有运动用的密封件(密封圈)的其他流体压力器上。

Claims (2)

1.一种流体压力器，该流体压力器中配置有低滑动阻力密封圈，其特征在于，所述流体压力器包括：设置有压力流体流动用流路腔的壳体；与在上述流路腔内沿该流路腔轴线方向可自由滑动的滑动构件，在该滑动构件的外周上形成有密封圈安装槽，在该密封圈安装槽内收装有呈环形的密封圈，
上述密封圈包括：环形的内周侧密封部，该内周侧密封部具有圆弧状的内周密封表面，该内周密封表面与上述密封圈安装槽的槽底相接触；环形的外周侧密封部，该外周侧密封部具有圆弧状的外周密封表面，该外周密封表面与上述流路腔的腔内表面相接触；因流体压力的作用可弯曲的中间可挠部，该中间可挠部通过开设底部平坦的凹槽的方式来形成，开设的位置是，上述密封圈的左右两侧面的且位于上述内周侧密封部与外周侧密封部之间的区域，
上述内周侧密封部及外周侧密封部的结构为，具有平坦且互相平行的左右两侧表面，该内周侧密封部及外周侧密封部的厚度相等，并且比上述密封圈安装槽的槽宽小，
上述密封圈的内周密封表面及外周密封表面的圆弧的曲率半径，小于该密封圈的半径方向上的厚度的1/2但大于上述内周侧密封部与上述外周侧密封部的厚度的1/2，并且，上述外周密封表面的曲率半径比内周密封表面的曲率半径小，
上述中间可挠部的结构为，具有平坦且互相平行的左右两侧表面，该中间可挠部的厚度比上述内周侧密封部及外周侧密封部的厚度小，该中间可挠部在半径方向上的槽幅宽大于或等于该中间可挠部的厚度且比上述内周侧密封部及外周侧密封部的径向环宽大。
2.根据权利要求1所述的流体压力器，其特征在于，在流体压力的作用下，该中间可挠部发生弯曲，从而呈现与上述密封圈安装槽的一个槽侧壁相接触的形态。
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