CN1126888C - 密封构造 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种密封构造，该密封构造具有滑动构件2、可滑动地支承滑动构件的支承构件1、及介装于滑动构件2与支承构件1之间的密封圈5，上述密封圈由工作油压力所作用的唇部10和支承作用压力的棱部11，其中，上述唇部10的内周与外周之间的环状受压面积比上述棱部11的内周与外周之间的环状支承面积小，所以，可通过使唇部的受压面积比棱部的支承面积小，降低作用于密封圈的压力，防止棱部朝滑动面侧变形。

Description

密封构造
技术领域
本发明涉及密封构造，特别是涉及液压缸等所用密封构造的改良。
技术背景
过去，作为液压缸等的轴承部的密封构造，具有日本专利申请实开平4-138160号所记载的为了防止密封圈的棱部伸出设置了支承环的密封构造，及日本专利申请特公平6-100202号记载的为了减轻作用于密封圈的压力设置了卸载阀(缓冲装置)的密封构造。
然而，对于这样的现有密封构造，例如在日本专利申请实开平4-138160号所记载的密封构造中，密封圈的嵌入槽的内外径都平行，密封圈的轴向受压面积为内外唇直径全面，因此，棱部的支承面积与上述受压面积大体相同。
为此，在高压时，棱部的面压变高，朝滑动面的伸出变形和相对滑动面的面压梯度大，所以工作油膜的刮取性大，存在因刮取产生漏油的问题。
由于为压力越高则工作油膜的刮取性变强的构成，所以，滑动部成为无润滑状态，摩擦增大，并产生摩擦热，导致滑动部的热变质，存在异常摩擦的问题。
日本专利申请在特公平6-100202号记载的组合了缓冲装置和密封圈的构成中，缓冲装置为了确保工作油膜，没有成为完全密封的构造，例如，在液压缸的伸缩动作的所有场合，在杆侧油室为高压的流量再生回路中，压力积蓄在密封环与缓冲装置间，在长时间作用负荷压力的状态下，存在不能防止对密封圈作用高压的问题。
本发明的目的在于提供一种解决这些问题的密封构造。
发明的公开
为了解决上述问题，本发明提供一种密封构造，该密封构造具有滑动构件、可滑动地支承滑动构件的支承构件以及介装于滑动构件与支承构件之间的密封圈，其中，上述密封圈收容于形成在上述支承构件上的收容凹部，上述密封圈具有工作油压力所作用的唇部和由上述收容凹部的侧壁面支承作用于密封圈的压力的、上述密封圈的支承压力所作用的棱部，上述唇部的内周与外周之间的环状受压面积比上述棱部的内周与外周之间的环状支承面积小。
上述密封圈为介装于支承构件或滑动构件的构成。
因此，当在唇部作用工作油的压力时，由于唇部的受压面积比棱部的支承面积小，所以，使密封圈变形的推力减小。而且，由于棱部的支承面积比唇部的受压面积大，所以，在棱部产生的面压下降。为此，可防止棱部朝滑动面伸出的现象，提高对于漏油的耐久可靠性。由于可使棱部的面压以一定比率降低，所以可抑制作用高压时棱部在滑动面的接触，降低摩擦。另外，由于可减小棱部的面压，所以可使密封环的使用极限压力更加高压化，还可省略缓冲装置等减压机构。因此，可缩短密封件的滑动方向的尺寸，使密封构造全体小型化。由于密封圈的形状不对称，所以，可防止密封圈组装时误安装，可获得确实保证密封性的效果。
由于上述密封环的棱部由沿远离密封圈的滑动面的方向从唇部开始的锥面构成，所以作用高压时的密封件的变形力朝槽底方向退让，支承面的面压分布进一步均等化，可防止棱部朝滑动面的伸出和切入。
在上述收容凹部安装密封圈的棱部和保持棱部的保持构件，在上述保持构件与棱部之间设置间隙，当不作用工作油的压力时，该间隙越往与棱部的滑动接触面相反的方向走越大，所以，密封件的变形确实地朝向与滑动面相反的方向，抑制了朝滑动构件侧的变形，所以对于滑动构件的面压和面压梯度不易受到作用压力的影响，可实现极为稳定的密封功能。
由于在连接于上述密封圈的唇部与棱部之间的中间部的外周形成锥面，所以唇部的压力不依原样作用到棱部的支承面，而是沿锥面分散压力分布，在棱部可沿棱部的支承面全面获得更均匀的压力分布。
由于设置将上述中间部的锥面与安装密封圈的收容凹部内周部之间的工作油引导至棱部的工作油排出槽，所以，即使作用于唇部的高压漏到锥面，也可利用工作油排出槽排出到大气压的棱部侧，可防止锥面增加到高压作用的唇部受压面积。
在棱部侧的内周与滑动构件之间具有间隙，在棱部的外周与收容凹部的内周之间围成规定的密封圈变形吸收用间隙。
在棱部侧的内周与滑动构件之间具有间隙，上述唇部的受压面积与棱部的支承面积大体相同，另外，在棱部的外周与收容凹部的内周之间围成规定的密封圈变形吸收用间隙。
上述棱部的内外周间隙的合计容积为密封圈的体积的10～35％的容积，而且设置于外周部的间隙的总容积为内周部的间隙的总容积的0.6倍以上。
上述棱部的内外周间隙的合计容积为密封圈体积的20～45％的容积，而且设置于外周部的间隙的容积为内周部间隙的容积的1.0倍以上。
上述棱部的外周间隙以凹状设置在支承构件的收容凹部。
上述棱部的外周间隙以凹状设置在密封圈。
上述密封圈的棱部外周具有锥状。
在上述密封圈的棱部外周形成环状槽，该环状槽在与收容凹部间形成多个环状间隙。
在上述密封圈的唇部与棱部之间形成锥状的中间部，在密封圈的中间部与对面的收容凹部的内周之间设置间隙。
上述密封圈的中间部和与其接触的收容凹部的内周形成为圆弧状。
以直径不同的多个台阶部形成上述密封圈的棱部外周。
按照以上构成，通过在棱部的外周侧设置具有与作用于唇部的压力使密封圈的变形体积相当的容积的间隙，可将作用压力使密封圈产生的变形引导至该间隙，使得朝密封圈内周侧的变形小到基本上可以忽略的程度，防止棱部与活塞杆干涉，消除摩擦的增大和摩擦热导致的密封圈的异常磨损和耐久性能下降的问题。
由于可抑制棱部朝活塞杆侧的变形，所以还可提高耐压性能，在比现有技术高的高压条件下也可确保密封性和耐久性。
贯通支承构件设置泄压孔，该泄压孔将上述密封圈的外周与收装密封圈的收容凹部的内周之间压力排出。
设置泄压孔，该泄压孔将上述密封圈的外周与收装密封圈的收容凹部的内周之间的压力引导至棱侧。
由于在支承构件设置泄压孔或在密封圈设置泄压槽，所以可利用泄压孔或槽将间隙内的压力排出到大气压侧，防止残留于间隙的流体阻止密封圈变形。
在上述密封圈变形吸收用间隙配置弹性构件，该弹性构件容许而且吸收密封圈朝外周侧的变形。
在上述弹性构件与上述密封圈之间或在上述弹性构件与上述支承构件之间的至少一方设置空隙。
上述弹性构件无间隙地收装在间隙部。
按照以上构成，密封圈由其本体和设于其外周侧的弹性构件构成，通过考虑弹性构件的形状、材料特性、及间隙容积等，可与作用于唇侧的压力成比例地容许朝外周侧的变形并将其吸收，可使内径尺寸的变化大体为零。因此，可防止与活塞杆的接触和咬入，消除摩擦增大和漏油的问题。
弹性构件为与密封圈独立的部件，所以可自由地改变形状和材料，自由地控制密封圈的变形。
另外，通过分割成密封圈和弹性构件，可使各部件的形状单纯化，可减少金属模具费用和提高作业效率。
通过减小密封圈的内径尺寸变化，可降低产生于内径部的应力，提高密封件的疲劳强度，提高耐久性。
通过在弹性构件的内周侧、外周侧设置规定的间隙，可对应于弹性构件的弹性特性控制密封圈的变形。
设置与紧密接触在上述唇部外周部的收容凹部的直径大体相同的连通孔，该连通孔将上述密封圈的唇部外周紧密接触的上述收容凹部与在上述支承构件与上述滑动构件之间划分成的油室连通。
上述密封圈在唇部与棱部之间的外周部设置缩径部，上述缩径部的内周与外周间的环状受压面积形成得比上述棱部的内周与外周之间的环状支承面积小，设置比缩径部外周直径大的连通孔，该连通孔将上述密封圈的唇部外周紧密接触的上述收容凹部与在上述支承构件与上述滑动构件之间划分成的油室连通。
在收容凹部收装润滑材料的压力作用的唇部受压面积或缩径部的受压面积比棱部支承面积小的密封圈的支承构件，该收容凹部的形状可使紧密接触于唇部外周的收容凹部与油室通过连通孔连接，该连通孔具有与唇部外周接触的收容凹部的内径大体相同的直径或缩径部的外周直径以上的大小。
当安装密封圈时，可通过与密封圈的唇部外周接触的支承构件的收容凹部和连通孔进行，从而可减小各部件的变形量，防止部件受伤，提高部件的安装精度，提高作业性。可降低镗孔的切削量，提高加工精度和降低加工费用。
对密封性能起到很大作用的唇部外周所紧密接触的收容凹部的切削加工可从镗孔加工改变成通常的内径加工，所以可提高加工面的光洁度及尺寸精度，其管理也变得容易。
在工作油压作用于唇部的场合，由于唇部的受压面积比棱部的支承面积小，所以，即使在没有缓冲装置的条件下直接在唇部作用高压，使密封圈变形的推力也小。而且，棱部的支承面积比唇部的受压面积大，所以，作用于棱部的面压下降。为此，可防止棱部伸出到滑动面的现象，提高对漏油的耐久可靠性。由于可使棱部的面压以一定比例降低，所以，可抑制高压作用时棱部在滑动面的接触，降低摩擦。
另外，由于密封圈的形状不相对滑动构件的中心轴直角方向对称，所以还可获得防止误装密封圈的效果。
此外，作用于唇部的压力也由于其受压面积变小而下降，可降低支承构件的耐压强度，所以，可减小支承构件的外径，获得轻量化和降低成本的效果。
在上述效果的基础上，由于解除了唇部的尺寸限制，所以具有提高形状自由度的效果。
贯通支承构件并对着密封圈外周部设置工作油排出孔，该工作油排出孔用于将上述密封圈外周部与安装密封圈的收容凹部的内周部之间的工作油排出。
设置工作油排出孔，将上述密封圈的外周部与安装密封圈的收容凹部的内周部之间的工作油引导至棱部与其支承面之间的间隙。
由于在支承构件设置工作油排出孔或在密封圈设置工作油排出槽，所以作用于唇部的高压即使漏到锥面，也可用工作油排出孔或槽排出到大气压侧，防止增加到高压作用的唇部的受压面积。
附图的简单说明
图1为示出本发明第1实施形式的构成图。
图2为示出本发明第1实施形式的密封圈的主要部分断面图。
图3为示出本发明第1实施形式的密封圈的自由形状的剖切图。
图4为示出现有密封圈形状下的作用压力和变形的模式图。
图5为示出第1实施形式下的密封圈的作用压力和变形的模式图。
图6为示出第2实施形式的形状的主要部分断面图。
图7为示出第3实施形式的形状的主要部分断面图。
图8为示出第4实施形式的形状的主要部分断面图。
图9为示出第5实施形式的形状的主要部分断面图。
图10为示出第6实施形式的密封圈的详细形状的主要部分断面图。
图11为示出第6实施形式的密封圈作用压力与变形的模式图。
图12为示出第7实施形式的形状的主要部分断面图。
图13为示出第8实施形式的形状的主要部分断面图。
图14为示出第9实施形式的形状的主要部分断面图。
图15为示出第10实施形式的形状的主要部分断面图。
图16为示出第11实施形式的形状的主要部分断面图。
图17为示出第12实施形式的形状的主要部分断面图。
图18为示出第13实施形式的形状的主要部分断面图。
图19为示出第14实施形式的形状的主要部分断面图。
图20为示出第15实施形式的构成图。
图21为示出第15实施形式的密封圈的详细形状的主要部分断面图。
图22为示出第15实施形式的密封圈的作用压力与变形的模式图。
图23为示出第16实施形式的形状的主要部分断面图。
图24为示出第17实施形式的形状的主要部分断面图。
图25为示出第18实施形式的形状的主要部分断面图。
图26为示出第19实施形式的形状的主要部分断面图。
图27为示出第20实施形式的形状的主要部分断面图。
图28为示出第21实施形式的形状的主要部分断面图。
图29为示出第22实施形式的形状的主要部分断面图。
图30为示出第23实施形式的形状的主要部分断面图。
图31为示出第24实施形式的形状的主要部分断面图。
图32为示出第25实施形式的形状的主要部分断面图。
图33为示出第26实施形式的构成图。
图34为示出第27实施形式的构成图。
图35为示出第28实施形式的构成图。
实施发明的最佳实施形式
下面根据附图说明本发明的实施形式。
如图1～图3所示，液压缸20的活塞杆2可自由滑动地贯通缸盖1的滑动孔21，在该贯通部形成轴承部30，在该轴承部30配置轴承4和密封圈5，在最外侧具有尘封8。密封圈5收装在形成于滑动孔21的环状收容凹部25。
该密封圈5由唇部10、棱部11、及中间部12构成，该唇部10直接接受液压缸20的杆侧油室35的工作油的压力，该棱部11由缸盖1的收容凹部25接受作用在唇部10的压力，该中间部12连接这些唇部10和棱部11。唇部10大体分成内周唇10a和外周唇10b，唇部10的外周唇10b的外径形成得比棱部11的外径小，并且中间部12的外径由从唇部侧朝棱部侧慢慢扩大的锥面12a形成。
收容该密封圈5的缸盖1的收容凹部25具有与密封圈5的外形对应的槽断面，由与唇部10的外周唇10b的外周接触的唇底壁25a、与中间部12的外周锥面12a接触的倾斜壁部25b、与棱部11的支承面11a接触的棱壁25c、与唇部10一起接受工作油的压力的唇纵壁25d的壁构成，唇部10的外周唇10b的外周具有一定过盈配合量地紧密安装在收容凹部25的唇底壁25a内面，使作用在唇部10的压力不直接作用在棱部11和中间部12(即，防止工作油漏到棱部11和中间部12)。
换言之，唇部10的受压面积Am为组装密封圈时唇部10的外周与相对活塞杆2滑动的内周之间的环状区域，棱部11的外周与内周之间的环状区域为棱部11的支承面积As，其关系为Am＜As。
如图3所示，在密封圈5的自由状态下，唇部10内周侧的唇10a缩小与过盈配合量相当的量地形成在内径侧从而以规定压力接触于活塞杆2，外周侧的外周唇10b的外周扩大与过盈配合量相当的量地形成在外径侧，并紧密接合在收容凹部25的内面。
下面，说明上述构成的作用。
图4所示现有密封构造的密封圈50的嵌入槽的内外径平行，密封圈50的唇部55的受压面积Ap大，与棱部56的支承面积As大体相同。因此，作用于唇部的压力所产生的推力变大，棱部56的面压也变大。因此，棱部56有压坏变形的倾向，但外径侧由缸盖1约束，变形集中到活塞杆2侧。这样，棱部56的一部分强力接触在活塞杆2，引起摩擦增加等问题。
与此不同，图5所示本发明形状的密封构造由于减小了唇部10的受压面积Am，所以，可减小作用在密封圈5的推力，降低棱部11的面压。这样，可减小密封圈5的变形，极力防止棱部11的棱部角部11i朝活塞杆2伸出，从而可防止摩擦减少导致异常磨损和工作油被带出导致漏油。
另外，可增大作用于唇部10的压力，这样，还可废除为了限制对密封圈5的压力而设置的缓冲器等减压构件。
由于用从唇部10朝棱部11慢慢扩大的锥面12a形成中间部12的外形，所以，唇部10的压力分布不依原样作用到棱部11的支承面11a，可沿锥面12a分散压力分布，在棱部11沿棱部11的支承面11a全面分散分布压力。因此，作用于棱部11的压力相对唇部10的作用压力按其面积比减小。
图6示出第2实施形式。其中，在密封圈5的背面配置支承环6，将密封圈5的棱部11的支承面11a和与支承面11a相向的支承环6的接触面6a形成为锥面。
将棱部11的支承面11a形成为锥面，使得越往外径部走就离唇部10越远，通过使工作油压力作用时的密封圈5的变形朝槽底方向退让，可使支承面11a的面压分布更为均匀，可进一步有效地防止棱部11的角部11i朝活塞杆方向伸出和粘连，而且可防止棱部11内径侧的角部11i的异常面压和面压梯度的发生。
在本实施形式中，考虑收容凹部25的加工性，用支承环6形成锥面(接触面6a)，当然也可在收容凹部25直接形成锥面。
图7示出第3实施形式。它是在第2实施形式所示密封圈中，使棱部11的支承面11a和与该支承面11a相向的支承环6的接触面6a的锥角相互不同，以便当不作用工作油的压力时，在密封圈5的锥状棱部11与保持棱部11的支承环6之间形成朝棱部11外径方向逐渐增大的间隙13。
在该场合，可比第2实施形式更能朝槽底方向引导密封圈5的变形，活塞杆2的面压和面压梯度不易受到棱部11的作用压力的影响，可实现极为稳定的密封功能。
图8示出第4实施形式，其中，设置了将上述密封圈5的外周面部与收容凹部25的内周部之间的工作油排出到大气压的棱部11的工作油排出槽14。
在工作油侵入到中间部12的场合，可防止中间部的锥面12a也增加为唇部10的受压面积而使受压面积和支承面积大体相同，导致减小唇部10的受压面积的效果消失。
通过这样构成，残留在密封圈5的中间部12与收容凹部25的倾斜部25b之间的工作油从工作油排出槽14排出到大气压的棱部11侧，所以，可防止工作油对中间部12的锥面12a进行加压而增大受压面积。
图9示出第5实施形式。其中，在相对作为支承构件的缸筒34滑动的活塞杆32设置密封圈5，密封圈5的基本构成与第1实施形式相同。
在该场合，使唇部10与高压更多作用的一侧的油室相向地配置密封圈5。或者，在高压作用于活塞等的两方向的场合，进一步反向配置2个密封件是理所当然的事。
下面，根据图10说明第6实施形式。
在本实施形式中，在棱部11的外周部11b和收容凹部25的棱底壁25e之间形成用于吸收高压作用时密封圈5的压缩变形量的环状间隙40，其必要容积等详细情况将与下述作用一起进行说明。
图4所示现有技术如上述那样，密封圈50的嵌入槽的内外径平行，密封圈50的唇部55的受压面积Ap大，与棱部56的支承面积As大体相同，棱部56的一部分与活塞杆2强力接触，引起摩擦增加等问题。
与此不同，图11所示本实施形式通过与棱部11的外周部11b相接地设置的环状间隙40，具有上述图5所示密封圈构造的作用，而且具有以下作用。
设定由密封圈5的棱部11外周部11b和环状凹部25的棱底壁25e围成的环状间隙40的容积，使由受压面来除去唇部10的受压面积投影下的体积而计算出的环状圆柱的高度H与由作用于唇部10的压力产生的变形的体积相当，通过这样设定，压力作用造成的密封圈5的变形即与环状圆柱高度H的减少量相当的体积基本上通过进入间隙40而被吸收，密封圈5的内径变形基本上没有，可确实防止滑动部摩擦增加和漏油这样的密封圈5的内径侧尺寸变化导致的问题。
因此，在作用于密封圈5的压力的宽范围区域，可抑制密封圈5的内径侧尺寸变化，发挥出直到高压区域都稳定的密封功能。
发明者将密封圈的变形看作环状圆柱体的变形，制成支承下面并在上面作用一定分布负荷的环状圆柱状模型，使内外周的支承条件变化，进行确认模型变形的解析。
由结果可知，如表1所示那样使内外周为自由状态的模型朝内外周扩径，使内周为自由状态，使外周为约束状态，则内周缩小直径。
由该结果可确认，通过如本发明那样控制外径的扩径，可使内径的变形为零。
由发明者详细研究内径变形为零的条件的结果可知，间隙40和间隙40以外存在的间隙，例如存在于密封圈5的内径部和活塞杆2的滑动面的间隙40a的总容积最好为与密封圈5的体积的10-35％相当的容积，而且，包含存在于密封圈5外周侧的环状间隙40的外周侧间隙的总容积最好确保内周侧间隙的总容积的0.6倍以上。[表1]
图12示出第7实施形式，其中，与收容凹部25的棱底壁25e相向的密封圈5的棱部11近旁的外周部11b为锥状，在收容凹部25与棱部25之间形成三角形断面的环状间隙41。即，密封圈5的变形吸收间隙40也可通过改变密封圈5侧的形状进行设置。
图13示出第8实施形式。其中，收容凹部25的棱底壁25e和密封圈5的棱部11外周部11b接触，而且在棱部25外周部的外周面上设置多个凹环状间隙42。
图14示出第9实施形式。其中，除棱部11的外周部11b与收容凹部25的棱底壁25e之间的间隙40外，还在密封圈5的中间部12的锥面12a与收容凹部25的倾斜壁部25b之间设置间隙43。
图15示出第10实施形式。其中，密封圈5的中间部12的锥面12a和与其相接的收容凹部25的倾斜壁部25b形成为圆弧状，与上述相同地在棱部11的外周部形成间隙40。
在将间隙设置于密封圈5的外周的本发明的实施形式中，密封圈5的形状按唇部10的受压面积和棱部11的支承面积不同的密封形状进行了说明，但不限于这种形状。
即，也可适用于现有的受压面积和支承面积大体相同的密封构造，下面说明该场合。
作为第11实施形式，图16示出将本发明适用于现有的具有环状圆柱形密封圈的情形。与第6实施形式不同的部分在于，密封圈变更成受压面积和支承面积大体相同的密封圈5，密封圈5的唇部10设置有限制往油室3的移动的环状壁61。
即，收容凹部25的与密封圈5的唇部10的紧密接触的唇底壁25a的直径和在与棱部11之间围成间隙40的棱底壁25f的直径不同，成为棱底壁25f的直径大的构成。在该场合，当在唇部10作用高压时，棱部11的压缩变形部分也被吸收到间隙40，往杆滑动面侧的变形受到阻止。
下面，说明该场合的密封圈5的间隙40的容积。
关于间隙的必要容积，与第6实施形式同样地考虑，按照发明者的研究，间隙的总容积最好为与密封圈5的体积的20-45％相当的容积，而且，包含存在于密封圈5外周侧的间隙40的外周侧间隙总容积最好确保为内周侧间隙40a的总容积的1.0倍以上的容积。
图17示出第12实施形式，以直径不同的台阶部形成密封圈5的棱部11外周部11b，在台阶部与收容凹部25之间设置间隙44。
从第7到第12实施形式示出第6实施形式中说明的密封圈在压力作用下变形时作为退让部的间隙的其它形状，当然是根据间隙的必要容积决定间隙的容积。
图18示出第13实施形式，其中，设置将上述密封圈5的外周部与收容部凹部25的内周部之间的压力排出到大气压的棱部11的泄压槽14。在唇部10直接作用油室3的高压，但棱部11被隔断，通常维持在接近大气压的压力。
通过这样构成，残留在密封圈5的中间部12与收容凹部25的倾斜壁部25b之间的流体和间隙45的封入流体从泄压槽14排出到大气压棱部11侧，所以，可防止封入流体阻止密封圈5变形。
图19示出第14实施形式。其中，用于排出密封圈5的中间部12的外周部与介装密封圈5的收容凹部25的内周部(倾斜壁25b、棱底壁25e)之间的封入流体的泄压孔13贯通缸盖1，对着密封圈5的外周部。
通过这样构成，作用压力时存在于间隙46的封入流体受到压缩，存在阻止密封圈5变形的危险，但可通过设置作为受压封入流体的退让通道的泄压孔13加以防止。
下面，根据附图20说明本发明的第15实施形式。其中，在上述间隙40配置用于控制密封圈本体5a的变形的控制环。
如图20和图21所示，液压缸20的活塞杆2可自由滑动地贯通缸盖1的滑动孔21，在该贯通部形成轴承部30。在该轴承部30配置轴承4和密封圈5，密封圈5收容在形成于滑动孔21的收容凹部25。
密封圈5由密封圈本体5a和设于密封圈本体5a外周部用于控制密封圈本体5a变形的控制环5b构成，安装在直接对液压缸20的杆侧油室3开口的收容凹部25。
控制环5b安装在密封圈本体5a的外周侧，配置在收容凹部25内。控制环5b从对应于其变形的形状和材质中选择，以容许和吸收密封圈5朝外周侧的变形。
下面，说明以上那样构成的作用。
密封圈5由具有唇部10的密封圈本体5a和控制环5b构成，该唇部10具有密封功能，该控制环5b用于吸收控制密封圈本体5a朝外侧的变形。
由发明者等人的解析可知，通过这样构成，当在唇部10作用压力时，如图22所示那样，使棱部11的支承面积As比唇部10的受压面积Am大，所以，可减小作用于密封圈5的推力，降低棱部11的面压。这样，可减小密封圈5的变形，极力防止棱部11的棱部角部11x朝活塞杆2的伸出。
发明者等人将密封圈的变形作为环状圆柱体的变形，构成支承下面并在上面作用一定分布负荷的环状圆柱状模型，使内外周的支承条件变化，进行确认模型变形的解析。
由结果可知，使内外周成为自由状态时，模型的内外周都扩大直径，当使内周为自由状态并使外周为约束状态时，内周缩小直径。
由该结果可确认，如本发明那样在密封圈本体5a的外周设置用于吸收抑制密封圈本体5a朝外侧变形的控制环5b，控制密封圈本体5a的外径的扩大，从而可将内径的变形为零。
为此，在维持密封圈的效果的状态下，考虑控制环5b的形状、材料特性、容积等，从而可与作用的压力成比例地产生密封圈本体5a的外周部的变形，并可使内径尺寸的变化大体为零。
因此，可防止与活塞杆2的接触和咬入，消除摩擦增大和漏油的问题。
控制环5b由于是独立于密封圈本体5a的部件，所以通过自由改变其形状和材料，也可自由控制密封圈5的变形。
通过将密封圈5分割成密封圈本体5a和控制环5b，可使各部件的形状单纯化，可减少模具费用和提高作业效率。
由于密封圈5的内径尺寸变化可变小，所以可减少在内径部产生的应力，提高密封的疲劳强度，提高寿命。
为了控制密封圈的变形，改变安装密封圈5的的收容凹部25的槽形状也极为有效，另外，决定密封圈5的形状后，也可对应于其变形进行切削，以更高的精度控制密封圈5的变形。
图23示出第16实施形式，其中，在控制环5b与密封圈本体5a的接合面的一部分以及控制环5b与收容凹部25间分别设置间隙47、40。支承控制环5b的棱部11y的支承面11b不与密封圈本体5a棱部11x的支承面11a处于相同平面，带有不同角度地形成。
通过这样配置间隙部40、41和控制环5b，与沿密封圈5的径向直列配置不同弹簧常数的弹簧的场合相同，可扩大控制密封圈本体5a变形的弹簧系的自由度。
图24示出第17实施形式。其中，没有设置控制环5b、密封圈本体5a及收容凹部25之间的间隙。通过这样构成，也可吸收控制密封圈的变形。
图25示出第18实施形式。其中，在控制环5b从密封圈5的轴中心以放射状开设孔48，由该孔48的大小和分布密度将控制环5b的弹性特性设定成最适于吸收密封圈本体5a的数值。
在本实施形式中，密封圈5的形状按唇部的受压面积与棱部的支承面积不同的密封形状进行了说明，但不限定于该形状。
即，也可适用于现有的受压面积与支承面积大体相同的密封构造，下面说明该场合。
图26示出第19实施形式。其中，密封圈本体5a的唇部10的外径比棱部11x的外径大，由此在棱部11x与收容凹部25之间形成间隙，将密封圈5的变形引导到扩径方向，由设置于间隙的、将例如材料特性不同的材料重叠成层状形成的控制环5b控制该变形。
通过在间隙设置控制环5b，使密封圈5的形状成为环状圆柱体，可使收容凹部25的加工容易。
通过使用将材料特性不同的材料重叠成层状形成的控制环5b，可扩大材料特性的选择自由度。
图27示出第20实施形式。其中，在控制环5b、密封圈本体5a及收容凹部25之间不形成间隙地设置控制环5b。
图28示出第21实施形式。其中，在控制环5b与密封圈本体5a及收容凹部25的各边界的一部分设置间隙49。
图29示出第22实施形式。其中，在控制环5b与密封圈本体5a的边界的一部分设置间隙50，沿与收容凹部25的边界全周设置间隙51。
图30示出第23实施形式。其中，在控制环5b与密封圈本体5a的边界的一部分设置间隙52。
图31示出第24实施形式。其中，在控制环5b与密封圈本体5a的边界全周设置间隙53。
图32示出第25实施形式。其中，在密封圈本体5a的外周部设置直径不同的台阶部，沿该台阶部形成控制环5b，在密封圈本体5a的外周部的直径小的一侧的一部分设置间隙54，另外，在控制环5b与收容凹部25的边界全周设置间隙55。
按照第20～第25实施形式，可相应于密封圈本体5a的变形形式和变形量进行对应。
下面，根据附图说明第26实施形式。
在图33中，液压缸20的直径为d的活塞杆2可自由滑动地贯通于缸盖1的滑动孔21，在该贯通部形成轴承部30，另外，在缸盖1与活塞杆2之间设置压送工作油的油压室3。
连通收容凹部25与油室3的连通孔15设于轴承部30，该连通孔15为与唇部10的外径部接触的收容凹部25的唇底壁25a同心而且具有相同直径的圆形孔。
在本实施形式中，为了接受施加在密封圈5的压力，使用了支承环6，但不一定非要支承环6。
由这样的构成说明组装顺序和作用。
首先，从图33的右侧将轴承4由图33的右向压入到槽24，该槽24设置在缸盖1并具有直径D4。接着，除去压入时产生的金属粉等污垢物。此时，由于易存积污垢物的密封安装用槽仅是朝左侧开放的尘封9的安装用槽29，所以，污垢物的去除比现有构造容易，而且可确实地去除。
除去污垢物后，要按支承环6、密封圈5的顺序安装到缸盖1，但它们可经过紧密接触到密封圈5的唇部10外径的具有内径D2的收容凹部25的唇底壁部25a和连通孔15，不需要象现有例那样经过与活塞杆2的直径d接触的滑动孔21，所以可减小各部件的变形量，防止部件受伤，提高部件安装精度，提高作业性。
与对密封性能起到很大作用的外周唇10b的外周接触的具有直径D2的收容凹部25的唇底壁25a由于可将其加工从镗孔加工改变成通常的内径加工，所以可提高加工面的光洁度和尺寸精度，具有管理容易的效果。
同样，具有与收容凹部25的唇底壁25a大体相同直径的连通孔15的加工也可在收容凹部25的唇底壁25a的切削加工时同时进行加工，从而可缩短切削工序。
在加工收容凹部25的棱底壁25e时，按与加工收容凹部25的唇底壁25a时唇底壁25a相同的直径进行孔加工，由该镗孔加工进行精加工。此时，镗孔加工的切削量可为(D1-D2)/2，可提高加工精度和降低加工费用。
密封圈5的形状相对活塞杆2的轴中心直角方向不具有对称形状，所以还可有防止误装的效果。
此外，作用于唇部10的压力也由于其受压面积变小而减少，可降低缸盖1的耐压强度，结果，可减小缸盖1的外径D0，具有轻量化和降低成本的效果。
通过提高工作油使用极限压力，也可提高液压缸的性能。
最后从图33的左侧将尘封9压入到缸盖1，完成组装。
还可得知，在本实施例中，密封圈5和支承环6设置于油室3与轴承4之间，但不限于此，在密封圈5与油室3之间配置轴承也可获得相同的效果。
密封圈的形状的作用具有与第1实施形式相同的作用。
图34示出第27实施形式。本实施形式相对第1实施形式在中间部设置缩颈部14(直径D3)，使其成为比棱部11的支承面积小的受压面积。
通过这样构成，在维持第26实施形式的密封安装性和缸盖的加工性的效果的状态下，具有解除唇部10的尺寸形状的制约、提高形状自由度的效果。
图35示出第28实施形式。其中，在第1或第2实施形式的基础上，贯通缸盖1并对着密封圈5的外周部设置泄压孔13，该泄压孔13排出密封圈5的中间部12的外周部与介装密封圈5的收容凹部25的内周部(倾斜壁25b、棱底壁25e)之间的工作油。
通过这样构成，当压力作用时，如具有存在于密封圈5的中间部12的外周部与缸盖1的收容凹部25的内周部之间的工作油，则工作油受到压缩，存在受压面积增大的危险，但可设置作为受压工作油的退让通道的工作油排出孔13。因此，当工作油泄漏到缸盖1的收容凹部25的内周部与密封圈5的中间部12的外周部之间时，排出工作油，保持小的唇部受压面积，具有可防止工作油的压力作用到密封圈5的中间部12的外周部的效果。
在第28实施形式中，工作油排出孔13设置于缸盖1，但也可在密封圈5的外周部设置工作油排出槽，该工作油排出槽将密封圈5的外周部与装密封圈5的收容凹部25的内周部之间的工作油引导至棱侧。
产业上利用的可能性
如以上那样，本发明的密封构件在工作油的压力作用于唇部时，使唇部的受压面积比棱部的支承面积小，所以，使密封圈变形的推力小，而且棱部的支承面积比唇部的受压面积大，所以产生于棱部的面压下降，所以有利于提高液压缸等对漏油的耐久可靠性。

Claims (25)

1.一种密封构造，具有滑动构件、可滑动地支承滑动构件的支承构件以及介装于滑动构件与支承构件之间的密封圈，其特征在于：上述密封圈收容于形成在上述支承构件上的收容凹部，上述密封圈具有工作油压力所作用的唇部和由上述收容凹部的侧壁面支承作用于密封圈的压力、上述密封圈的支承压力所作用的棱部，上述唇部的内周与外周之间的环状受压面积比上述棱部的内周与外周之间的环状支承面积小。
2.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：上述密封圈的棱部由沿远离密封圈的滑动面的方向从唇部开始的锥面构成。
3.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：在上述收容凹部安装保持密封圈的棱部的保持构件，在上述保持构件与棱部之间设置间隙，当不作用工作油的压力时，该间隙越往与棱部的滑动接触面相反的方向走越大。
4.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：在连接于上述密封圈的唇部与棱部之间的中间部的外周形成锥面。
5.如权利要求4所述的密封构造，其特征在于：设置将上述中间部的锥面与安装密封圈的收容凹部内周部之间的工作油引导至棱部的工作油排出槽。
6.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：在棱部侧的内周与滑动构件之间具有间隙，在棱部的外周与收容凹部的内周之间围成规定的密封圈变形吸收用间隙。
7.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：在棱部侧的内周与滑动构件之间具有间隙，上述唇部的受压面积与棱部的支承面积大体相同，另外，在棱部的外周与收容凹部的内周之间围成规定的密封圈变形吸收用间隙。
8.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：上述棱部的内外周间隙的合计容积为密封圈的体积的10～35％，而且设置于外周部的间隙的总容积为内周部的间隙总容积的0.6倍以上。
9.如权利要求7所述的密封构造，其特征在于：上述棱部的内外周间隙的合计容积为密封圈体积的20～45％，而且设置于外周部的间隙的容积为内周部间隙容积的1.0倍以上。
10.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：上述棱部的外周间隙以凹状设置在支承构件的收容凹部。
11.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：上述棱部的外周间隙以凹状设置在密封圈。
12.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：上述密封圈的棱部外周具有锥状。
13.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：在上述密封圈的棱部外周形成环状槽，该环状槽在与收容凹部间形成多个环状间隙。
14.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：在上述密封圈的唇部与棱部之间形成锥状的中间部，在密封圈的中间部与对面的收容凹部的内周之间设置间隙。
15.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：上述密封圈的中间部和与其接触的收容凹部的内周形成为圆弧状。
16.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：以直径不同的多个台阶部形成上述密封圈的棱部外周。
17.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：贯通支承构件地设置泄压孔，该泄压孔将上述密封圈的外周与收装密封圈的收容凹部的内周之间的压力排出。
18.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：设置泄压槽，该泄压槽将上述密封圈的外周与收装密封圈的收容凹部的内周之间的压力引导至棱侧。
19.如权利要求6所述的密封构造，其特征在于：在上述密封圈变形吸收用间隙配置弹性构件，该弹性构件容许而且吸收密封圈朝外周侧的变形。
20.如权利要求19所述的密封构造，其特征在于：在上述弹性构件与上述密封圈之间或在上述弹性构件与上述支承构件之间的至少一方设置间隙。
21.如权利要求19所述的密封构造，其特征在于：上述弹性构件无间隙地收装在间隙部。
22.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：设置与紧密接触在上述唇部外周部的收容凹部直径大体相同的连通孔，该连通孔将上述密封圈的唇部外周紧密接触的上述收容凹部与在上述支承构件与上述滑动构件之间划分成的油室连通。
23.如权利要求1所述的密封构造，其特征在于：上述密封圈在唇部与棱部之间的外周部设置缩径部，上述缩径部的内周与外周间的环状受压面积形成得比上述棱部的内周与外周之间的环状支承面积小，设置比缩径部外周直径大的连通孔，该连通孔将上述密封圈的唇部外周紧密接触的上述收容凹部与在上述支承构件与上述滑动构件之间划分成的油室连通。
24.如权利要求22所述的密封构造，其特征在于：贯通支承构件并对着密封圈外周部设置工作油排出孔，该工作油排出孔用于将上述密封圈外周部与安装密封圈的收容凹部的内周部之间的工作油排出。
25.如权利要求22所述的密封构造，其特征在于：设置工作油排出槽，将上述密封圈的外周部与安装密封圈的收容凹部的内周部之间的工作油引导至棱部与其支承面之间的间隙。
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