JP4888912B2 - シール構造およびそのシール構造を用いた制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、相対移動する軸部のシールリングによる摺動抵抗を小さくしたシール構造およびそのシール構造を用いた制御弁に係わる。更に詳しくは、例えば、弁体の作動時に、軸部とその案内孔との間から作動流体が漏洩して弁室に流れるのを防止すると共に、軸部のシールリングに対する摺動抵抗を低減できるシール構造と、そのシール構造を用いた制御弁に関する。

本発明の関連技術としてソレノイドバルブが知られている。このソレノイドバルブは、図６に示すような構成である（例えば、下記の特許文献１参照）。このソレノイドバルブ１３０は、例えば、空調機などでＣＯ_２である作動流体の圧力と容量を制御する。このＣＯ_２を用いた冷媒サイクルにおいては、一般に、使用圧力領域が従来の冷媒の圧力に比較して１０倍以上の圧力で使用される。このため、作動するスプール１０６が高圧力を受けて弾性変形したＯリング１２５との圧接による摩擦により摺動抵抗を増大させる。さらに、スプール１０６外周面側の摺動面間から作動流体が漏洩する問題も惹起する。

図６において、ソレノイドバルブ１３０の構成を簡単に説明する。弁本体１０４には、図示右側の符号の１３０側に、図示省略するソレノイド部が弁本体１０４に一体に設けられている。そして、ソレノイド部に電流を印加することにより、スプール１０６が作動する。弁本体１０４には、軸方向に貫通する孔の周りにスプール１０６を案内する摺動面１０４Ａが設けられている。この図６の右側の断面にされていない内部にはスプール１０６と一体のスプール弁が設けられており、このスプール弁により吐出圧力の流体流入ポート１１２と制御室圧力の流体流出ポート１１３との流路を開閉する。

また、図示省略されているが、吐出圧力の流体流入ポート１１２と吸入圧力の流体流入流出ポート１１１とは中間にオリフィスを設けた配管により連通している。この吸入圧力の流体がスプール１０６と摺動面１０４Ａとの間から大気圧室１０７へ漏洩しないように、弁本体１０４に設けた凹部と支持プレート１２６により形成された環状溝にＯリング１２５が装着されている。なお、大気圧室１０７にはスプリング用リテーナ１０９に取り付けられたスプリング１０９Ａが設けられている。このスプリング１０９Ａによりスプール１０６をソレノイド部側へ弾発に押圧している。

このように構成されたソレノイドバルブ１３０においては、流体流入流出ポート１１１の吸入圧力の流体がスプール１０６と摺動面１０４Ａとの間隙から漏洩しないようにするために、スプール１０６と弁本体１０４とにＯリング１２５をトマリバメに嵌合している。このため、吸入圧力の流体が一方からＯリング１２５を径方向へ弾性変形させるように作用する。そして、ソレノイド部に印加された電流によりソレノイド部が作動してスプール１０６を作動させると、Ｏリング１２５との摩擦によりスプール１０６の摺動抵抗が大きくなる。特に、空調機などでは、前述したように、高圧の吸入圧力の流体をシールしなければならないから、この吸入圧力の流体がスプール１０４と摺動面１０４Ａの間からＯリング１２５に作用すると、Ｏリング１２５を潰すように弾性変形させてスプール１０６の摺動抵抗を益々増大させる。このため、ソレノイド部に印加する電流の大きさとスプール１０６の作動速度が比例しなくなり、ソレノイドバルブ１３０により流体の容量を制御する応答性が悪化するおそれがある。又、Ｏリング１２５の内周シール面は圧接されて摩耗するから、シール能力が低下する。

特開２０００−１９３１２４公報（図３および図４）

本発明は、前述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、シール構造において、シールリングのシール面が摩耗して軸部と軸部の案内面との間から被密封流体が漏洩するのを防止するとともに、軸部が相対移動するときの摺動抵抗を小さくすることにある。また、このシール構造を設けた制御弁において、弁体を作動させる軸部と、この軸部を案内する案内面との間から作動流体が漏洩するのを防止すると共に、軸部の摺動時の摺動抵抗を小さくして不用な力が弁体に作用するのを防止し、弁体の応答性を向上させることにある。

本発明は、前述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。

本発明に係わるシール構造は、軸受部の案内面と軸部との嵌合間の高圧流体側から低圧流体側をシールするシール構造であって、案内面の高圧流体側に軸部を囲む径方向の接触面を有するシールリング収容部と、シールリング収容部に配置されて内周面が軸部の外周面に密接に嵌合するとともに接触面と対向する側面が接触面に接触するシールリングとを有し、シールリングとシールリング収容部とは被密封流体の圧力を受けて弾性変形しても弾性変形した膨張部分がシールリング収容部の周面によって規制されない相対寸法に形成されているものである。

又、本発明に係わるシール構造を用いた制御弁は、作動手段により弁体を開閉して作動流体を流す制御弁であって、弁体を有する軸部と、軸部と嵌合して案内する案内面と、案内面の軸方向の一方に有して軸部の周りに形成されて径方向の接触面を有するシールリング収容部と、案内面の軸方向の他方に弁部と開閉して作動流体を流す弁座を有する弁室と、シールリング収容部と連通して作動流体を導入する補助通路とを具備し、シールリング収容部には内周面が軸部の外周面に密接に嵌合するとともに接触面と対向する側面が接触面に接触するシールリングを有してシールリングは被密封流体の圧力を受けて弾性変形しても弾性変形した膨張部分がシールリング収容部の周面と接触しない相対寸法に形成されているものである。

本発明に係わるシール構造によれば、シールリング収容部に配置されたシールリングは、軸部の外周面に嵌合するとともに、側面が接触面に接触しており、このシールリングが高圧の作動流体により押圧されて弾性変形しても、弾性変形した膨張部分がシールリング収容部の周面と接触しない相対寸法に形成されているので、シールリングは外径方向へ弾性変形することができる。このため、シールリングは内周面が軸部と強く接合するのが防止できるので、シャープな面圧を形成してシール能力を発揮できる効果を奏する。また、軸部がシールリングと相対移動するときにも摺動抵抗を小さくすることが可能になる。さらに、シールリングが高圧の作動流体により接触面に押圧されても、シールリングの内周面は軸部と強く接合しないから、互いの摺動面が摩耗するのを防止できる。このため、シールリングはシール能力の向上と共に、耐久性が向上する効果を奏する。

又、本発明に係わるシール構造を用いた制御弁によれば、シールリングは軸部の外周面とシールリング収容部の接触面にのみ接触した状態に配置されている。また、シールリング収容部は弁体側の作動流体圧力とほぼ同じ作動流体が流れる補助通路と連通しているので、シールリングの軸方向両側が同じ作動流体圧力を受ける。このためシールリングに作動流体圧力が作用しても、この流体圧力によりシールリングは外径方向へ自由に弾性変形することができる。また、シールリングの内周面のシール面は、軸方向両側がほぼ同じ圧力であるから、軸部との密接を弱くしても高圧力をシールすることができる。さらに、軸部の相対移動時には、軸部の外周面とシールリングの内周面とは強く圧接しない構成から、摺動抵抗も小さくなる。その結果、作動手段により軸部を作動して弁体を開閉弁するとき、弁体の開閉の応答は作動手段の設定力に応じた作動を行うことができるので、弁体の開閉による流量の制御が向上する効果を奏する。

図１は、本発明の第１実施例に係わる制御弁の全断面図である。 図２は、図１に示すシールリング収容部とシールリング収容部に配置したシールリングの拡大断面図である。 図３は、本発明の第２実施例に係わる制御弁の要部の断面図である。 図４は、図３に示すシールリング収容部とシールリング収容部に配置したシールリングの拡大断面図である。 図５は本発明の第３実施例に係わるシール構造の断面図である。 図６は、本発明に類似する関連技術のソレノイドバルブの一部の断面図である。

符号の説明

１ 制御弁
２ 弁部
２Ａ バルブハウジング（弁本体）
３ 第1弁座
４ 第２弁座
５ 軸受部
５Ａ 案内面
５Ｂ 周面
５Ｃ 接触面
６ 第1流体通路
６Ａ 第１連通路
７ 第２流体通路
７Ａ 第２連通路
８ 第３流体通路
８Ａ 第３連通路
９ 制御流体通孔
１０ 弁体
１０Ａ 第１弁面
１０Ｂ 第２弁面
１１ 軸部
１１Ａ 外周面
１１Ｂ ロッド部
１２ 感圧室
１３ 感圧装置
１４ 弁室
１５ 補助通路
１６ 導入路
１７ シールリング収容部（シールリング収容室）
２０ ソレノイド部
２１ 本体
２２ コイル部
２３ スリーブ
２３Ａ 内周面
２４ 可動吸引子
２４Ａ 外周面
２５ 固定吸引子
２５Ａ 案内孔
２６ ソレノイドロッド
２６Ａ 外周摺動面
３０ シールリング
３０Ａ 内周面
３０Ｂ 側面
３２ 回転軸
３２Ａ 外周面
３５ ハウジング
３５Ａ 軸受面
３５Ｂ 周面
４１ 第１ばね
４２ 第２ばね

以下、本発明に係わる実施の形態のシール構造及び制御弁を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、設計図を基にした正確な図面である。

図１は、本発明に係わる実施の形態を示す制御弁の断面図である。図１に於いて、１は制御弁である。この制御弁１は、弁部２とソレノイド部２０とを組み合わせて構成する。制御弁１には、弁部２の外径を形成するバルブハウジング（弁本体とも言う）２Ａを設ける。このバルブハウジング２Ａは、軸心に弁室１４を設ける。この弁室１４を中心にして外部から弁室１４に第１作動流体（作動流体とも言う）Ｐ１を流入させる第１流体通路６を設ける。この第１流体通路６と弁室１４との間は第１連通路６Ａに形成する。第１流体通路６に対して周方向へ約１８０度の距離が離れた位置に弁室１４と連通する第２流体通路７を設けている。この第２流体通路７へ第１流体通路６から流出した第１作動流体Ｐ１を第２作動流体Ｐ２として流入させる。また、第２流体通路７から第２作動流体Ｐ２を第３作動流体Ｐ２Ａとして弁室１４へ流入させる。なお、この第３作動流体Ｐ２Ａの圧力は、第１作動流体Ｐ１の圧力とほぼ同じ圧力の場合もあるが、第２作動流体Ｐ２が流入側で作動して第１作動流体Ｐ１の圧力よりも低圧になる場合もある。さらに、第２流体通路７から約１４５度の離れた他の位置に弁室１４と連通する第３流体通路８を設ける。また、第２流体通路７と第３流体通路８の間は第３連通路８Ａに形成する。この第３流体通路８は、第２流体通路７から第３作動流体Ｐ２Ａとして流入した第４作動流体Ｐ３を流出させる。この第１流体通路６と第２流体通路７と第３流体通路８のバルブハウジング２Ａにおける位置関係は、上述のように限定するものではなく、円周上で配管しやすいような位置に間隔を隔てて配置すると良い。

さらに、図示する弁室１４の上部の貫通孔には軸受部５を嵌着する。さらに、軸受部５の図示上部には二段の取付穴が設ける。この取付穴にはソレノイド部２０を嵌着する。また、軸受部５の図示の上面には、周面に沿って放射状に複数の溝状の切欠部を形成する。さらに、切欠部を設けた軸受部５の外周はバルブハウジング２Ａとソレノイド部２０との結合面間に空間部を形成する。この空間部と切欠部とを導入路１６に形成する。この導入路１６は補助通路１５を通して第１流体通路６と連通させる。つまり、補助通路１５は一端が第１流体通路６に連通すると共に、他端が導入路１６を介してシールリング収容部（シールリング収容室とも言う）１７と連通する。この補助通路１５は、バルブハウジング２Ａに対して軸方向の孔として形成する。なお、この補助通路１５は、例えば、バルブハウジング２Ａの外部に配管を設けて連通させることもできる。なお、補助通路１５は第１流体通路６を流れる作動流体Ｐ１が流れてシールリング収容部１７内に流入する。このシールリング収容部１７内の第１作動流体の圧力は第３連通路８Ａ内の第３作動流体の圧力とほぼ同圧か、第３作動流体の圧力より高圧になる場合が普通である。

弁室１４には、第１流体通路６の軸芯と直交する第１連通路６Ａの開口の周りに、第１弁座３を設ける。また、第１弁座３と対向する第３連通路８Ａの開口の周りにも第２弁座４を設ける。さらに、弁室１４には弁体１０を配置する。この弁体１０に第１弁座３と離接して開閉する第１弁面１０Ａを設ける。また、この弁体１０に第２弁座４と離接して開閉する第２弁面１０Ｂを設ける。そして、弁体１０は弁室１４の内周面と摺動自在に嵌合して第１弁面１０Ａが第１弁座３と閉弁するときは、第２弁面１０Ｂが第２弁座４と開弁する。反対に、第１弁面１０Ａが第１弁座３と開弁するときは第２弁面１０Ｂが第２弁座４と閉弁する。つまり、３方弁としての弁体１０が作動すると、第１弁座３と第２弁座４とが交互に開閉する構成である。

また、弁体１０の弁室１４と摺動する下方部は段部を成す小径に形成して第１流体通路６と第２流体通路７とを連通させる通路として第１作動流体Ｐ１を通入させる。また、この小径部の外周に第１ばね４２を同芯に配置する。この第１ばね４２は、弁体１０をソレノイド部２０側へ弾発に押圧する。なお、弁体１０の摺動する大径部には、軸方向へ貫通する第２連通路７Ａを周方向に沿って複数個に設ける。この第２連通路７Ａは、第２弁座４が開弁した時に、第３連通路８Ａと連通する。また、第３連通路８Ａは、第３流体通路８と連通して外部の配管と連通する。さらに、軸受部５は、バルブハウジング２Ａとは別部品として、バルブハウジング２Ａの貫通孔に嵌着しているが、第３連通路８Ａを内部に設けることができれば、軸受部５を設けることなく、バルブハウジング２Ａを加工して内部へ直接に案内面５Ａを形成しても良い。この軸受部５の案内面５Ａの内径寸法ＤＸは軸部１１の直径寸法Ｄと摺動可能にした近似の寸法に形成すると良い。そして、バルブハウジング２Ａは、真鍮、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属、合成樹脂材等で製作する。

この軸受部５における案内面５Ａの図示する上部には、前述したように、シールリング収容部１７を設ける。図２は、このシールリング収容部１７の付近を拡大して示すものである。このシールリング収容部１７は、軸受部５の上面に案内面５Ａの内径寸法ＤＸより大径寸法Ｄ２にした穴状の周面５Ｂにより凹部に形成する。シールリング収容部１７は、図２から明らかなように、周面５Ｂと、周面５Ｂの穴底の径方向を成す接触面５Ｃとにより形成する。このシールリング収容部１７には、ゴム材製で断面がＯ形のシールリング３０を装着する。シールリング３０の接触面５Ｃと対向する側面３０Ｂは、接触面５Ｃと接合させる。また、シールリング３０の内周面３０Ａは、軸部１１の外周面１１Ａに軽く密接させる。さらに、シールリング３０の外周面は、作用する圧力により弾性変形しても、シールリング収容部１７の周面５Ｂとは常に接触しない寸法関係に形成されている。なお、シールリング３０は軸方向から第１作動流体Ｐ１圧力と第３作動流体Ｐ３圧力を対向して受けるので、第１作動流体Ｐ１及び第３作動流体Ｐ３の圧力が高圧であってもシールリング３０を介した他方への漏れは少ない。このため、シールリング３０の内周面３０Ａは、軸部１１の外周面１１Ａと軽く密接できるのである。

軸部１１の直径寸法Ｄは、案内面５Ａの内径寸法ＤＸよりも微少だけ小さく形成して相対移動できるようにしている。そして、シールリング３０は、導入路１６から流入した第１作動流体Ｐ１が軸部１１の外周面１１Ａと案内面５Ａとの嵌合間から弁室１４へ漏洩するのを防止する。なお、この第１作動流体Ｐ１は、ソレノイドロッド２６の外周摺動面２６Ａと固定吸引子２５の案内孔２５Ａとの間隙側に流入し、軸部１１の端面に作用させて軸部１１を下方へ押し下げる。そして、この押し下げる力と第１作動流体Ｐ１が弁体１０および軸部１１に作用して上方へ押圧する力とを対抗させて釣り合わせる。このとき、シールリング収容部１７の周面５Ｂの直径寸法Ｄ２は、シールリング３０が作動流体Ｐ１により押圧されて弾性変形しても接触しないように、シールリング３０の外周面の直径寸法Ｄ１を間隙Ｃだけ小さくなる寸法関係に形成する。このため、シールリング３０は、第１作動流体Ｐ１の圧力により軸方向へ圧縮されて径方向へ弾性変形しても、シールリング３０の内周面３０Ａが軸部１１の外周面１１Ａと強く圧接するのが防止できる。特に、シールリング３０の両側から圧力を受けるとシールリング３０は、外径方向へ延ばされるようになる。このため、シールリング３０の内周面３０Ａは、軸部１１との圧接力を増加させることもなく、効果的にシールすることができる。その結果、弁体１０が開閉弁するために軸部１１が上下に摺動するときに、シールリング３０との摺動抵抗は小さくできる。

弁部２におけるバルブハウジング２Ａの上端部に設けた取付穴には、ソレノイド部２０の本体２１の下端部を嵌着する。このソレノイド部２０は、有底円筒状のスリーブ２３を同心に設ける。スリーブ２３の外周側には、コイル部２２が巻かれている。そして、コイル部２２は本体の内周面に取り付ける。さらに、スリーブ２３の内周面２３Ａの一端側には、可動吸引子２４の外周面２４Ａを移動自在に嵌合する。また、スリーブ２３の内周面２３Ａの他端側には、固定吸引子２５を嵌着する。さらに、可動吸引子２４には、ソレノイドロッド２６の一端部を結合する。更に、ソレノイドロッド２６の他端面を軸部１１の端面に接面する。また、ソレノイドロッド２６の外周摺動面２６Ａは、固定吸引子２５の案内孔２５Ａと遊嵌合する。そして、ソレノイド部２０の上部に結線した配線を介して電流がコイル部２２に印加されると、可動吸引子２４が固定吸引子２５に吸着する。また、電流が切れると可動吸引子２４は第１ばね４２により押圧されて固定吸引子２５から離脱する。このようにしてソレノイド部２０に流れる電流の大きさに応じて可動吸引子２４は、ソレノイドロッド２６により弁体１０を第１弁座３と第２弁座４に対して交互に開閉する。なお、可動吸引子２４は、第１ばね４２より小さなばね力の補助ばね４１により弁体１０側へ弾発に押圧されている。

前述のように構成された制御弁１は、弁体１０と軸部１１とを連結するとともに、ソレノイドロッド２６と軸部１１とを接面して弁体１０を作動させる。この弁体１０の開閉時に、弁体１０に第１作動流体Ｐ１が作用すると、弁体１０を押圧する。この弁体１０に作用する第１作動流体Ｐ１の不釣り合いの作用力は、ソレノイド部２０に流れる電流の大きさにより作動させる力を不正確にする。また、設定された補助ばね４１と第１場ね２の力にも影響を与える。このため、作動流体Ｐ１を弁体１０とは反対の軸部１１の端面にも作用させて第１作動流体Ｐ１が弁体１０に作用する力とキャンセルできるようにする。同時に、シールリング収容部１７とシールリング３０との構成により第１作動流体Ｐ１が軸部１１と案内面５Ａとの嵌合間に漏洩するのを防止するとともに、シールリング３０の軸部１１との摺動抵抗も低減することができる。その結果、弁体１０の開閉は、ソレノイド部２０の作用力、第１ばね４２の力および補助ばね４１の力等の設定された力によって作動することが可能になる。このため、ソレノイド部２０に流れる電流の大きさに対応した作動力により、弁体１０の開閉を設定通りに作動させることができる。

図３は本発明に係わる第２実施例の制御弁１である。図３において、バルブハウジング２Ａには、貫通孔の一端に大きな穴を形成している。この穴を塞ぐ支持部を嵌着して内部に感圧室１２を形成する。感圧室１２には支持部に保持された感圧装置１３を取り付ける。また、バルブハウジング２Ａの端部の外周は、ソレノイド部２０を結合させるための結合部に形成する。そして、弁部２とソレノイド部２０とを組み合わせて制御弁１を形成する。

バルブハウジング２Ａの貫通孔の各部には、感圧室１４に連通して感圧室１４の径より小径のスライド孔を連設する。更に、貫通孔にはスライド孔に連通する制御流体通孔９を設ける。又、この貫通孔の制御流体通孔９に連通して制御流体通孔９より大径の弁室１４を形成する。更に、貫通孔の他端には、弁室１４に連通して固定吸引子２５の下側のフランジ部と嵌合する弁室１４より大径の第１取付穴と、軸受部５が嵌着する第２取付穴を二段穴に連設する。更に、弁室１４と制御流体通孔９との境の開口の周りには、第１弁座３を設ける。この第１弁座３を設けた面は、制御流体通孔９に向かってテーパー面に形成しても良い。

さらに、図４も参照してさらに説明する。図４は、軸受部５の要部の拡大図である。バルブハウジング２Ａの第２取付穴には、Ｏリングを介して軸受部５を密封に嵌着する。軸受部５の図示上部にはシールリング収容部１７を形成する。シールリング収容部１７には、図１の軸受部５と同形状にして周面５Ｂと接触面５Ｃを設ける。さらに、端面には、溝状に切り欠いた導入路１６を周面に沿って等配に複数個を形成する。また、軸部１１の外周面１１Ａの直径寸法Ｄと、案内面５Ａの内径寸法ＤＸと、シールリング３０の外周面の直径寸法Ｄ１と、周面５Ｂの直径寸法Ｄ２との関係寸法は、図１の軸受部１１及びシールリング３０と同様である。軸受部５の案内面５Ａは軸部１１が相対移動するときに案内する。そして、シールリング収容部１７にはシールリング３０を配置する。シールリング３０の内周面３０Ａは軸部１１の外周面１１Ａと密接させる。同時に、シールリング３０の側面３０は接触面５Ｃと密接させる。また、シールリング３０により、この軸部１１の外周面１１Ａと案内面５Ａとの間隙に作動流体Ｐｓが流入するのを防止する。シールリング３０は、断面がＤ形に形成されてゴムまたは樹脂材から形成する。このシールリング３０の断面が半円状の内周面３０Ａは直径寸法Ｄである。また、シールリング３０の外周のカット平面と周面５Ｂとの間隙Ｃは、シールリング３０が作動流体Ｐｓの圧力により平面上に弾性変形しても接触しない寸法に形成する。

このような軸受部５を設けたバルブハウジング２Ａにおいて、バルブハウジング２Ａには、弁室１４に連通する第２流体通路７を形成する（図３参照）。この第２流体通路７から制御流体Ｐｄが流入する。この第２流体通路７から流入した制御流体Ｐｄは、弁体１０が開弁したときに制御流体通孔９へ流入する。更に、制御流体通孔９には、第２流体通路７から開弁時に流入した制御流体Ｐｄを図示省略の制御室へ流出させるために第３流体通路８を連設する。尚、第３流体通路８もバルブハウジング２Ａの外周面に沿って２等配の個所に制御流体通孔９を設ける。更に、バルブハウジング２Ａには、感圧室１２からシールリング収容部１７へ連通する補助通路１５を形成する。この補助通路１５とシールリング収容部１７との間は導入路１６により連通させる。

バルブハウジング２Ａの軸芯を通る貫通孔には、軸部１１を挿通する。軸部１１には、スライド孔と摺動するロッド部１１Ｂと弁体１０を設けている。ロッド部１１Ｂの直径は軸部１１の直径寸法Ｄとほぼ同一の寸法に形成する。ロッド部１１Ｂのうちの制御流体通孔９と嵌合する部分はロッド部１１Ｂの直径よりも小径に形成して制御流体Ｐｄを通過できる流通路に形成する。また、弁体１０は第１弁座３と開閉する。この軸部１１の端面は、ソレノイドロッド２６の端面と接面状態に連結しており、両部品はともに連動する。

ソレノイドロッド２６は、スリーブ内に移動自在に配置された可動吸引子２４と一体に連結する。可動吸引子２４と対抗する位置には、固定吸引子２５がスリーブ内に嵌着するとともに、端部がバルブハウジング２Ａの第１取付穴に嵌着する。更に、ソレノイドロッド２６は、固定吸引子２５の案内孔２５Ａと遊合して相対移動可能に配置されている。そして、ソレノイドロッド２６と案内孔２５Ａとの間隙に導入路１６からの作動流体Ｐｓが流入可能にされている。

次に、バルブハウジング２Ａの感圧室１２には、第１流体通路６が連通する。この第１流体通路６はバルブハウジング２Ａの周面に２等配に形成されている。この第１流体通路６により外部から作動流体Ｐｓを感圧室１２に導入する。作動流体Ｐｓは、感圧室１２内で感圧装置１３が収縮するように作用する。そして、感圧装置１３は、内部の弾発力と外部からの作動流体Ｐｓの圧縮力に応じて作動し、ソレノイド部２０の作動とともに、軸部１１を作動させる。このソレノイド部２０と感圧装置１３の作動により軸部１１と一体の弁体１０を開閉させる。このソレノイド部２０の吸引力は、コイル部に流れる電流の大きさに比例する。図３における制御弁１のその他の符号は、図１の部品と同様である。

この第２実施例の制御弁１は、弁体１０を作動させるときに、弁体１０やロッド部１１Ｂに作用する作動流体Ｐｓまたは制御流体Ｐｃの不要な圧力に対し、この圧力と対抗する作動流体Ｐｓの圧力をシールリング収容部１７から軸部１１の端面（受圧面）に作用させて軸部１１の全体に受ける不要な圧力をキャンセルすることが可能になる。同時に、シールリング収容部１７から弁室１４に作動流体Ｐｓが漏洩するのをシールリング３０により防止する。このシールリング３０は軸部１１との摺動抵抗を前述のように構成することにより低減することが可能になる。その結果、弁体１０はソレノイド部２０の作用力、感圧装置１３作用力、ばね力等の設定圧力によってのみ開閉することが可能になる。そして、弁体１０の第１弁座３との開閉の応答性が向上する。

図５は、本発明の第３実施例に係わるシールリング３０のシール構造である。このシールリング３０は、図示上方からのみ被密封流体（作動流体）の圧力が作用する場合である。このようなシール構造は、ポンプ、空気機械、圧縮機、計器などに採用される。ハウジング３５には軸受けとなる案内面３５Ａを設ける。また、案内面３５Ａの図示上部には、凹部の開口を保持部３６により塞ぐようにしてシールリング収容部１７を形成する。この案内面３５Ａとシールリング収容部１７には、回転軸３２を貫通する。そして、シールリング収容部１７には、シールリング３０とバックアップリング３１とを装着する。シールリング３０は、ゴム材製で断面が楕円形に形成されている。また、バックアップリング３１は樹脂材製でリングに形成されている。シールリング３０の側面３０Ｂは、バックアップリング３１と接合状態に配置する。バックアップリング３１は、内周面３１Ａが回転軸３２の外周面３２Ａとの間に微少な間隙に形成する。なお、シールリング３０の断面はＯ形に形成しても良い。また、シールリング３０の断面を六角、八角状に形成しても良い。

回転軸３２の外周面３２Ａの直径寸法Ｄとシールリング３０の内周面３０Ａの直径寸法とは、密接して嵌合する寸法に形成する。また、シールリング３０の外径の直径寸法Ｄ１は、シールリング収容部１７における周面３５Ｂの内径の直径寸法Ｄ２より小さく形成する。この間隙Ｃ（Ｄ２−Ｄ１／２）は、シールリング３０が被密封流体に圧縮されて弾性変形しても、シールリング３０の外周面がシールリング収容部１７の周面３５Ｂに接触しない大きさに形成されている。さらに、案内面３５Ａの直径寸法ＤＸは、回転軸３２の外周面３２Ａの直径寸法Ｄよりやや大きく（約０．０２ｍｍから０．８ｍｍ）形成する。更に、シールリング３０の軸方向の幅Ｗ１とバックアップリング３１の軸方向の幅Ｗ２は、Ｗ１＋Ｗ２＝Ｗ寸法に形成されており、シールリング収容部１７の軸方向の幅Ａより小さく形成する。

シールリング３０の外周面は、周面３５Ｂと間隙Ｃを設けているから、被密封流体の圧力を受けてもシールリング収容部１７の周面３５Ｂによって弾性変形が規制されないようになる。このため、シールリング３０の内周面３０Ａが回転軸３２の外周面３２Ａと強く接触して摺動するのを防止できる。さらに、従来は、シールリング３０が回転軸３２の外周面３２Ａに圧接して回転軸３２の摺動抵抗を大きくするので問題となっていたが、この大きな摺動抵抗を本発明のシールリング３０のシール構造により低減することが可能になる。更に、シールリング３０の摺動抵抗が小さいことは、シールリング３０の内周面３０Ａの摩耗を防止して耐久能力を向上させる。

以下、本発明に係わる他の実施態様の発明について、その構成と作用効果を説明する。

本発明に係わる第１発明のシール構造を用いた制御弁は、弁室には前記弁座に対向する対向弁座を有し、対向弁座の開口と連通するとともに補助通路と連通する第１流体通路を有し、かつ対向弁座の開口と連通可能であるとともに弁座の開口と連通可能な第２流体通路を有し、第２流体通路には弁座の開口を介して連通する第３連通路を有し、弁体が対向弁座と弁座とを交互に開閉するものである。

この第１発明に係わるシール構造を用いた制御弁によれば、摺動抵抗を小さくしたシールリングによって、第１流体通路を流れる作動流体の圧力が弁体に作用する力に対し、軸部と反対の端部に補助通路を介して第１流体通路からの作動流体の圧力を作用させることにより、弁体の軸方向の両側の力をキャンセルすることができる。このため、弁体の開閉作動において、弁体に作用する不要な力をキャンセルし、作動手段のみによって弁体を作動させることができる。そして、弁体の弁座との開閉に対する応答性を向上させることができる。また、シールリングの軸部との摺動抵抗を小さくできるので、作動手段よる弁体の応答性を向上させることができる。

本発明に係わる第２発明のシール構造を用いた制御弁は、作動手段が電流の大きさに応じて互いに吸引する吸引子を有するソレノイド部に構成されているものである。

この第２発明のシール構造を用いた制御弁によれば、ソレノイド部は電流の強さに応じて作動する。このため、軸部の抵抗が大きくなるとソレノイド部の作動させる精度が低下する。これに対し、シールリングと軸部との摺動抵抗を小さくできるので、ソレノイド部の電流に応じて弁体の開閉する応答性を発揮させることができる効果を奏する。

本発明に係わる第３発明のシール構造を用いた制御弁は、シールリングがゴムまたは樹脂材製で断面の内周面が円弧状に形成されているものである。

この第３発明のシール構造を用いた制御弁によれば、シールリングがゴムまたは樹脂材製に形成されているので、シールリングの内周の円弧面が軸部の外周面および接触面と最小の接触面積で接合させることができる。このため、シールリングのシール面をシャープな面圧でシール能力を向上できるとともに、軸部の摺動抵抗を最小にして弁体の応答性を向上させる効果を奏する。同時に、ゴムまたは樹脂材製のシールリングにより、摩擦抵抗を最小にして軸部と案内面との間隙から作動流体が弁室側へ漏洩するのを効果的に防止できる。

以上の説明のように、本発明のシール構造及びシール構造を用いた制御弁は、制御弁、空気機械、圧縮機等の軸部とハウジングとの間の間隙を流れる被密封流体をシールするのに適し、且つ、軸部の摺動抵抗を小さくできるとともに、軸部に有する弁体の開閉作動時の応答性に優れるので有用である。

Claims (5)

1. 軸受部の案内面と軸部との嵌合間の作動流体をシールするシール構造であって、前記軸受部の高圧作動流体側に軸部を囲む径方向の接触面を有するシールリング収容部と、前記シールリング収容部に配置されて内周面が前記軸部の外周面に密接に嵌合するとともに前記接触面と対向する側面が前記接触面に接触するシールリングとを有し、シールリングとシールリング収容部とは被密封流体の圧力を受けて弾性変形しても弾性変形した膨張部分がシールリング収容部の周面によって規制されない相対寸法に形成されていることを特徴とするシール構造。
2. 作動手段により弁体を開閉して作動流体を流す制御弁であって、前記弁体を有する軸部と、前記軸部と嵌合して案内する案内面と、前記案内面の軸方向の一方に有して前記軸部の周りに形成されて径方向の接触面を有するシールリング収容部と、前記案内面の軸方向の他方に前記弁体と開閉して前記作動流体が流れる連通路の周りに弁座を有する弁室と、前記シールリング収容部と連通して作動流体を導入する補助通路とを具備し、前記シールリング収容部には内周面が前記軸部の外周面に密接に嵌合するとともに前記接触面と対向する側面が前記接触面に接触するシールリングを有し、且つ前記シールリングは作動流体の圧力を受けて弾性変形しても弾性変形した膨張部分が前記シールリング収容部の周面によって規制されない相対寸法に形成されていることを特徴とするシール構造を用いた制御弁。
3. 前記弁室には前記弁座に対向する対向弁座を有し、前記対向弁座の開口と連通するとともに前記補助通路と連通する第１流体通路を有し、かつ前記対向弁座の開口と連通可能であるとともに、前記弁座の開口と連通可能な第２流体通路を有し、前記第２流体通路には前記弁座の開口を介して連通する第３連通路を有し、前記弁体が前記対向弁座と前記弁座とを交互に開閉することを特徴とする請求項２に記載のシール構造を用いた制御弁。
4. 前記作動手段が電流の大きさに応じて互いに吸引する吸引子を有するソレノイド部に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシール構造を用いた制御弁。
5. 前記シールリングがゴムまたは樹脂材製で断面の内周面が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシール構造を用いた制御弁。

Images