本发明涉及一种密封构造，特别是涉及一种被用在液压气压设备等中的杆(活塞杆)与缸之间的滑动间隙中的密封构件的构造。
背景技术：
为了防止被导入到油室的液压油泄漏(液压油从高压侧向低压侧泄漏)，并且为了实现杆顺畅地进行往复运动，例如，针对液压设备中的缸与杆(活塞杆)之间的滑动间隙采用了一种密封构造，该密封构造是通过使密封构件嵌入在设于缸的密封槽所做成的。像上述这样的密封构造被日本特开2005－337440号公报(专利文献1)、日本特开2014－214769(专利文献2)等公开。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－337440号公报
专利文献2：日本特开2014－214769号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
近年来，为了进一步提高密封构造的密封性能，一直在对密封构件进行改善。
本发明即是为了解决上述问题而做成的，其目的在于，提供一种能够进一步提高密封构造的密封性能的密封构件。
用于解决问题的方案
一种基于本发明做成的密封构件，其在液压气压设备中的缸与杆之间的滑动间隙分隔出高压侧和低压侧，该密封构件被收容在密封槽的内部，该密封槽以沿着所述杆的外周面的周向呈环状的方式设置，该密封构件封堵所述缸与所述杆之间的滑动间隙，该密封构件具有下述结构。
该密封构件具有：跟部，其位于低压侧；及唇部，其位于高压侧，所述跟部具有：第一侧面，其位于所述杆所在侧；第二侧面，其位于与所述第一侧面相对的位置；及第三侧面，其位于高压侧，所述唇部具有：第一唇部，其朝向所述杆所在侧扩展；及第二唇部，其朝向与所述杆所在侧相反的一侧扩展，在所述跟部的第一侧面和所述第三侧面相交的区域设有弯曲面和斜面，所述弯曲面设置为与所述第一侧面和所述斜面相切，所述斜面设置为与所述第三侧面相交。
另一技术方案中，所述弯曲面和所述斜面的朝向所述第三侧面的投影长度为0.3mm以上2mm以下，所述弯曲面的半径为2mm以上15mm以下，所述斜面的相对于所述第三侧面而言的倾斜角度为30°～80°。
发明的效果
采用本发明，能够提供一种能够进一步提高密封构造的密封性能的密封构造。
附图说明
图1是表示实施方式的液压设备所采用的密封构造的剖视图。
图2是表示实施方式的第一密封构件的构造的立体图。
图3是沿图2中的ⅲ线剖切后得到的向视剖视图。
图4是表示实施方式的第一密封构件的密封状态的局部放大示意图。
图5a是表示实施方式的装配时的第一密封构件的密封压力状态的图。
图5b是表示实施方式的装配时的第一密封构件的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
图6a是表示实施方式的受到压力负载时的第一密封构件的密封压力状态的图。
图6b是表示实施方式的受到压力负载时的第一密封构件的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
图7是表示相关技术的第一密封构件的构造的剖视图。
图8是表示相关技术的第一密封构件的密封状态的局部放大示意图。
图9a是表示相关技术的装配时的第一密封构件的密封压力状态的图。
图9b是表示相关技术的装配时的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
图10a是表示相关技术的受到压力负载时的第一密封构件的密封压力状态的图。
图10b是表示相关技术的受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
图11是表示实施方式和相关技术中的滑动距离和漏油量之间的关系的图。
图12是表示实施方式的第一密封构件的变形例的剖视图。
图13是表示实施方式的第一密封构件的另一变形例的剖视图。
图14a是表示实施例1(r＝15，θ＝80°，a＝0.3)的、受到压力负载时的密封压力状态的图。
图14b是表示实施例1的受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
图15a是表示实施例2(r＝2，θ＝30°，a＝2)的、受到压力负载时的密封压力状态的图。
图15b是表示实施例2的受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
图16a是表示实施例3(r＝0.5，θ＝30°，a＝2)的、受到压力负载时的密封压力状态的图。
图16b是表示实施例3的受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对基于本发明的实施方式的密封构件以及使用该密封构件做成的密封构造进行说明。下面说明的实施方式中，对于谈及到个数、量等的情况，除了带有特别说明的情况之外，本发明的范围并非限定于该个数、量等。有时，对相同部件、相当的部件标注相同的附图标记，不反复进行重复的说明。下面，作为液压气压设备的一例，列举了液压缸，但本发明不限定为应用于液压缸，本发明能够广泛应用于液压气压设备。
密封构造
参照图1，说明本实施方式的密封构造。图1是表示实施方式的液压缸所采用的密封构造的剖视图。图1中，为了便于说明，用虚线图示了缸1和杆(活塞杆)2。图1所示的密封构造会伴随着与杆2相互压接以及杆2的往复运动(图1中的上下方向)发生变形，为了能够清楚地理解密封构造，图示了未对密封构造施加压力的状态。
沿着杆2的外周面的周向设有呈环状的第一密封槽10g。在该第一密封槽10g收容有封堵缸1与杆2之间的滑动间隙的第一密封构件10。
沿着杆2的外周面的周向设有呈环状的第二密封槽20g，第二密封槽20g设置在比与第一密封槽10g靠高压侧的位置。图示中，在上方侧设有呈高压的液压室。在第二密封槽20g收容有封堵缸1与杆2之间的滑动间隙的第二密封构件20。
第一密封构件10
参照图2和图3，说明本实施方式的第一密封构件10。图2是表示第一密封构件10的构造的立体图，图3是沿图2中的ⅲ线剖切后得到的向视剖视图。
第一密封构件10整体呈环状样态，其是通过用聚氨酯树脂等合成树脂、天然橡胶、合成橡胶或氟橡胶进行一体成型来做成的。第一密封构件10的截面形状呈向高压侧开口的大致字母u形形状。
更具体地讲，在图3所示的剖视状态中，第一密封构件10具有：跟部10h，其位于低压侧；及唇部10r，其位于高压侧。跟部10h具有：第一侧面101，其位于杆2所在侧；第二侧面102，其位于与第一侧面101相对的位置；及第三侧面103，其位于高压侧。
唇部10r具有：第一唇部10b，其朝向杆2所在侧扩展；及第二唇部10c，其朝向与杆2所在侧相反的一侧扩展。由第一唇部10b和第二唇部10c形成了大致字母u形形状。
而且，在从跟部10h观察时杆2所在侧的低压侧的位置即跟部10h的第一侧面101和第三侧面103相交的区域设有弯曲面110和斜面120。弯曲面110设置为与第一侧面101和斜面120相切，斜面120设置为与第三侧面103相交。
将弯曲面110和斜面120的朝向第三侧面103的投影长度设为“a”，将弯曲面110的半径设为“r”，将斜面120的相对于第三侧面103而言的倾斜角度设为“θ”，为了获得第一密封构件10的更良好的针对杆2的封闭性，采取下述做法则较佳：使投影长度“a”为0.3mm以上2mm以下，使弯曲面110的半径“r”为2mm以上15mm以下，使斜面120的相对于第三侧面103而言的倾斜角度“θ”为30°～80°。该方面的内容将在后述的实施例中进行说明。
再次参照图1，将在从第一密封构件10进行观察的情况下的、杆2从低压侧朝向高压侧移动的情况称为“拉起工序”，将杆2从高压侧朝向低压侧移动的情况称为“下压工序”。
参照图4～图6，说明第一密封构件10的密封状态。图4是表示“拉起工序”时的密封状态的局部放大示意图，图5a是表示装配时的第一密封构件10的密封压力状态的图，图5b是表示装配时的第一密封构件10的接触宽度与接触面压强之间的关系的图，图6a是表示受到压力负载时的第一密封构件10的密封压力状态的图，图6b是表示受到压力负载时的第一密封构件10的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。另外，图5a和图6a中，附图标记p1～附图标记p10表示内压的分布，表示的是从附图标记p1朝向附图标记p10内压变小。
如图4和图5a所示，第一唇部10b呈朝向杆2所在侧扩展的样态，并且，在第一密封构件10的跟部10h的第一侧面101和第三侧面103相交的区域设有弯曲面110和斜面120，从而，在装配时，跟部10h和杆2仍然呈互不接触的状态，在“拉起工序”时，能够容易地使油ol返回缸1的内部。
图5b是表示装配时的第一密封构件10的接触宽度与接触面压强之间的关系的图，根据该图5b也可知，在跟部10h的第一侧面101和第三侧面103相交的区域，跟部10h不与杆2接触，因此，区域r1未产生面压强峰值。另一方面，第一唇部10b和第二唇部10c因被第一密封槽10g和杆2夹入，从而发生了较大变形，因此，基于其反作用力，在区域p2((图5a)中的用附图标记p9表示的区域)产生了接触所引起的面压强峰值。
接着，在图6a和图6b所示的受到压力负载时，由于在跟部10h的第一侧面101和第三侧面103相交的区域设有弯曲面110和斜面120，因此，区域r1仍然未产生面压强峰值，且即使接触宽度有所移动，也能够使接触面压强保持平稳的状态。其结果，能够使油在阻力较小的状态下返回缸1内部，采用使用第一密封构件10做成的密封构造，油的吸入特性有所提高，能够进一步提高密封性能。
另一方面，图7表示的是相关技术的第一密封构件10x的剖视图。图7是与沿图2中的ⅲ－ⅲ线剖切后得到的向视剖视图相当的图。唇部10r的第一唇部10b和第二唇部10c的形状与本实施方式的第一密封构件10的情况相同。该第一密封构件10x中，在第一侧面101和第三侧面103相交的区域仅设有斜面150，而未设置弯曲面。
参照图8～图10b，说明相关技术的第一密封构件10x的密封状态。图8是表示“拉起工序”时的密封状态的局部放大示意图，图9a是表示装配时的第一密封构件10x的密封压力状态的图，图9b是表示装配时的第一密封构件10x的接触宽度与接触面压强之间的关系的图，图10a是表示受到压力负载时的第一密封构件10x的密封压力状态的图，图10b是表示受到压力负载时的第一密封构件10x的接触宽度与接触面压强之间的关系的图。另外，图9a和图10a中，附图标记p1～附图标记p10表示内压的分布，表示的是从附图标记p1朝向附图标记p10内压变小。
如图8和图9a所示，第一密封构件10x中，在第一密封构件10x的跟部10h仅设有斜面150，而未设置弯曲面。其结果，在装配时，跟部10h和杆2呈相互接触的状态，像图9b所示的那样，在区域r3形成了面压强峰值。而且，在图10a和图10b所示的受到压力负载时，由于在跟部10h的第一侧面101和第三侧面103相交的区域仅有斜面150，因此，还在区域r4产生了更大的面压强峰值。其结果，在拉起工序时，油的吸入特性变差，成为导致漏油的原因之一。
图11中，通过对使用实施方式的第一密封构件10时的漏油量和使用相关技术的第一密封构件10x时的漏油量进行对比来说明。图11是表示实施方式的第一密封构件10和相关技术的第一密封构件10x中的滑动距离和漏油量之间的关系的图。
第一密封构件10和第一密封构件10x均使用的是聚氨酯树脂等合成树脂(硬度a90，拉伸强度mpa44.0，伸长率500％，压缩永久变形40％，压缩永久变形试验的条件8)(80℃－70h)：日本华尔卡工业株式会社制，产品编号为r5590))。
第一密封构件10中，r＝2mm，θ＝60°，a＝0.6mm。第一密封构件10x中，未设置弯曲面，r＝0mm，对于斜面150，θ＝45°，a＝0.5mm(所谓的倒c角＝0.5mm)。
测量时，均仅装配第一密封构件，并测量油从缸1的外部漏油量。将其结果表示在图11中。能够确认，与相关技术的第一密封构件10x相比，本实施方式的第一密封构件10具有良好的密封性能。
实施例
图12和图13表示本实施方式的第一密封构件10的变形例的构造。图12表示的是“a”设得比较大的第一密封构件10a的情况的形状，图13表示的是“θ”设得比较大的第一密封构件10b的情况。
而且，图14a和图14b表示具体的实施例1的、受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系，图15a和图15b表示具体的实施例2的、受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系，图16a和图16b表示具体的实施例3的、受到压力负载时的接触宽度与接触面压强之间的关系。实施例1的第一密封构件10具有这样的形状：r＝15，θ＝80°，a＝0.3，实施例2的第一密封构件10具有这样的形状：r＝2，θ＝30°，a＝2，实施例3的第一密封构件10具有这样的形状：r＝0.5，θ＝30°，a＝2。图14a、图15a和图16a中，附图标记p1～附图标记p10表示内压的分布，表示的是从附图标记p1朝向附图标记p10内压变小。
图14a和图14b所示的实施例1的情况下，能够确认：接触宽度的整个区域都未产生面压强峰值，显示出良好的面压强，因此，具有优异的密封性能。
图15a和图15b所示的实施例2的情况下，能够确认：接触宽度的整个区域都未产生面压强峰值，显示出比上述实施例1更加良好的面压强，因此，具有优异的密封性能。
图16a和图16b所示的实施例3的情况下，能够确认：与上述实施例1相比，在接触宽度为约1mm附近的区域产生了微小的面压强峰值，因此，与实施例1相比不算良好，虽然如此，但若与图10a和图10b所示的相关技术相比的话，则为良好，因此，整体上讲具有良好的密封性能。
采用上面的实施例，在跟部10h的第一侧面101和第三侧面103相交的区域设有弯曲面110和斜面120，弯曲面110设置为与第一侧面和斜面120相切，斜面120设置为与第三侧面103相交。由此，本实施方式的第一密封构件具有良好的密封性能。
而且，通过使弯曲面110和斜面120的朝向第三侧面103的投影长度“a”为0.3mm以上2mm以下，使弯曲面110的半径“r”为2mm以上15mm以下，使斜面120的相对于第三侧面103而言的倾斜角度“θ”为30°～80°，能够获得更佳的密封性能。
以上说明了实施方式和实施例，但应当理解为：本次所公开的实施方式在所有方面均是例示，并不具有限制意义。本发明的范围由权利要求书所示，且意图在于：在与权利要求书等同的意思及范围内进行的所有变更都被包含在本发明中。
附图标记说明
1、缸；2、杆；10、10a、10b、第一密封构件；10g、第一密封槽；10h、跟部；10r、唇部；20、第二密封构件；20g、第二密封槽；101、第一侧面；102、第二侧面；103、第三侧面；10b、第一唇部；10c、第二唇部；110、弯曲面；120、斜面。