JP2011080533A - シール構造及び制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】可動するピストン部１２とシリンダ部１１との間隙ＤをＯリング１５でシールするとともに、Ｏリング１５に加わる差圧の変動に対して摺動抵抗の変化を小さくして動作を安定させる。
【解決手段】ピストン部１２に環状溝１３を形成し、環状溝１３内にＯリング１５を嵌め込む。環状溝１３の低圧側側面１３ａと低圧側突起１３ａ１とＯリング１５とにより形成される空間Ｓ１に、低圧側の間隙Ｄと連通する連通孔１６を形成する。挿通孔１１ａとピストン部１２との間隙Ｄを介して連通する二次室側の低圧を連通孔１６を介してＯリング１５に加わえる。高圧通路１４を介して連通する均圧室１ｆ側の高圧をＯリング１５に加わえる。低圧と高圧の差圧によりＯリング１５を挿通孔１１ａに押圧してシリンダ部１１とピストン部１２との間隙をシールする。Ｏリング１５をシリンダ部１１側へ変形させる力を連通孔１６側に分散させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダ部とピストン部との間隙をシールするシール構造及びこのシール構造を備えた制御弁に関する。

従来、燃料電池システム用に使用される電磁制御弁として、例えば特開２００３−３４３７５８号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

この電磁制御弁は、弁ハウジング内に弁ポートの開度調節を行う弁体を有し、電磁ソレノイドが発生する電磁力と当該電磁力に対抗するばね力との平衡関係によって弁体を中心軸に沿った方向に移動させ、弁ポートの開度を比例的に変化させるものである。また、電磁ソレノイド装置が生じる電磁力に応じて、つまり、電磁ソレノイド装置の電磁コイルに通電する電流の大小に応じて弁ポートの開度（弁開度）を比例的に変化し、コイル電流に応じて流量を定量的に制御する。

さらに、弁ポートの一方の側に入口ポートと連通して弁体を収容する一次室が設けられ、弁ポートの他方の側に出口ポートと連通した二次室が設けられたものにおいて、一次室側に均圧通路（均圧導入路）によって二次室と連通した均圧室を設け、当該均圧室の圧力が二次室に対抗して弁体に作用するように構成している。そして、弁ポートの口径と均圧室の有効径とを等しく設定することにより、一次室と二次室との差圧が弁ポートの部分で弁体に作用する力を、一次室と均圧室との差圧が弁体に作用する力でキャンセルするようにしている。

これにより、この圧力バランス方式の電磁制御弁では、一次側圧力と二次側圧力との差圧の影響を受けず、定電流時においては、一定の弁開度を維持した安定した流量制御を行うことが可能になる。

しかしながら、上述した電磁制御弁では、一次室と均圧室とを気密分離して漏れ流量を無くすために、ダイヤフラムを用いている。このため構造が複雑になるという問題がある。これに対して、Ｏリングを用いて固定部と可動部との摺動部分をシールする構造が特開２００４−１１６５５０号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００３−３４３７５８号公報 特開２００４−１１６５５０号公報

前記従来のＯリングによるシール構造を、一次室と均圧室とを気密分離するのに適用すると、均圧室と二次室との差圧がＯリングに作用するが、このＯリングに作用する差圧が変化すると、Ｏリングが摺動部へ押圧する力が変化し、摺動抵抗が変化するので、例えば制御弁に適用するのが困難である。なお、上記の従来例では均圧室が二次室に均圧導入路により連通されているが、一次室と均圧室とを連通して、均圧室と二次室とを気密分離する構造でも同様である。

本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、簡単な構成で差圧により摺動抵抗の変化を小さくし、安定したシール性を有するシール構造を提供することを課題とする。また、このシール構造により弁体の作動中にも均圧室と二次室間の漏れ流量を無くすことができ、安定した制御特性を有する制御弁を提供することを課題とする。

請求項１のシール構造は、挿通孔を有するシリンダ部とこの挿通孔に整合して挿通されるピストン部とを有し、ピストン部がシリンダ部に対して挿通孔の軸方向に可動とされ、ピストン部またはシリンダ部の何れか一方にて前記軸を中心として環状に開口する開口部が他方の部材側に臨むように設けられたシール部材嵌合部を有し、このシール部材嵌合部内に環状の弾性シール部材が嵌め込まれ、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙を介して連通する低圧側の空間と、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙及び／または高圧通路を介して連通する高圧側の空間との差圧を前記弾性シール部材に作用することにより、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙をシールするシール構造であって、前記シール部材嵌合部の前記開口部の低圧側にこの開口部の内方向に突出する低圧側突起を設けるとともに、前記シール部材嵌合部の低圧側側面と前記低圧側突起と前記弾性シール部材とにより形成される空間に、前記低圧側の前記間隙と連通する連通孔を設けたことを特徴とする。

請求項２のシール構造は、挿通孔を有するシリンダ部とこの挿通孔に整合して挿通されるピストン部とを有し、ピストン部がシリンダ部に対して挿通孔の軸方向に可動とされ、ピストン部またはシリンダ部の何れか一方にて前記軸を中心として環状に開口する開口部が他方の部材側に臨むように設けられたシール部材嵌合部を有し、このシール部材嵌合部内に環状の弾性シール部材が嵌め込まれ、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙を介して連通する低圧側の空間と、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙及び／または高圧通路を介して連通する高圧側の空間との差圧を前記弾性シール部材に作用することにより、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙をシールするシール構造であって、前記シール部材嵌合部の前記開口部の低圧側にこの開口部の内方向に突出する低圧側突起を設けるとともに、前記シール部材嵌合部の前記開口部と対向する底面と前記低圧側突起と前記弾性シール部材とにより形成される空間に、前記低圧側の前記間隙と連通する連通孔を設けたことを特徴とする。

請求項３のシール構造は、請求項１または２に記載のシール構造であって、前記シール部材嵌合部の前記開口部の高圧側縁にこの開口部の内方向に突出する高圧側突起をさらに設けたことを特徴とする。

請求項４の制御弁は、入口ポートに連通する一次室と、出口ポートに連通する二次室と、前記一次室と前記二次室とを連通するとともに前記一次室側開口の周りに弁座シール部を画定する弁ポートとを有する弁ハウジングと、前記一次室及び前記二次室内に延在され前記弁座シール部に対して離接が可能な弁体を有する弁棒とを有し、前記弁棒が中心軸に沿った方向に移動して前記弁体で前記弁ポートの開度を変化させる制御弁において、請求項１乃至３の何れか一項に記載のシール構造を有し、前記二次室を挟む前記一次室と反対側にこの一次室に連通された均圧室が設けられるとともに、前記弁ハウジングは前記二次室から前記均圧室まで連通する前記挿通孔が形成された前記シリンダ部を有し、前記弁棒は前記挿通孔に整合して挿通される前記ピストン部を有し、請求項１乃至３の何れか一項に記載のシール構造として、前記弁ハウジングの前記シリンダ部または前記ピストン部に、前記シール部材嵌合部及び前記弾性シール部材を有し、前記二次室を前記低圧側の空間、前記均圧室を前記高圧側の空間として、前記シール構造を構成していることを特徴とする。

請求項１のシール構造によれば、低圧側の空間と高圧側の空間との差圧が弾性シール部材に作用することによりこの弾性シール部材が他方の部材に押圧されて、ピストン部と挿通孔との間隙がシールされる。このとき、シール部材嵌合部の開口部の低圧側に形成された低圧側突起により弾性シール部材の他方の部材側への変位が抑えられる。さらに、シール部材嵌合部の低圧側側面と低圧側突起と弾性シール部材とにより形成される空間が連通孔により低圧側の間隙と連通しているので、弾性シール部材を他方の部材側へ変形させる力がこの連通孔側に分散し、差圧が大きく変動しても、弾性シール部材による他方の部材への押圧力が大きく変動しない。したがって、弾性シール部材と挿通孔（シリンダ部）との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

請求項２のシール構造によれば、請求項１と同様に、差圧によりシールされるとき、低圧側突起により弾性シール部材の他方の部材側への変位が抑えられ、さらに、シール部材嵌合部の底面と低圧側突起と弾性シール部材とにより形成される空間が連通孔により低圧側の間隙と連通しているので、弾性シール部材を他方の部材側へ変形させる力がこの連通孔側に分散し、差圧が大きく変動しても、弾性シール部材による他方の部材への押圧力が大きく変動しない。したがって、弾性シール部材と挿通孔（シリンダ部）との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

請求項３のシール構造によれば、請求項１または２の効果に加えて、シール部材嵌合部の開口部の高圧側に形成された高圧側突起によっても弾性シール部材の他方の部材側への変位が抑えられる。

請求項４の制御弁によれば、請求項１乃至３のシール構造により、弁ハウジングのシリンダ部と、弾性シール部材との摺動抵抗が、二次室と均圧室との差圧の変動に対して安定したものとなり、制御特性のヒステリシスを低減できる。

本発明の実施形態の第１実施例のシール構造を有する制御弁の弁閉状態の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の実施形態の第２実施例のシール構造を有する制御弁の弁閉状態の縦断面図である。 図３の要部拡大図である。 第３実施例のシール構造の要部拡大図である。 第４実施例のシール構造の要部拡大図である。 第５実施例のシール構造の要部拡大図である。 第６実施例のシール構造の要部拡大図である。 実施例の制御弁の特性を説明する図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は一実施の形態である第１実施例のシール構造を適用した制御弁の弁閉状態の縦断面図、図２は図１の要部拡大図である。この実施の形態の制御弁は、例えば流量を制御する圧力バランス型の電磁比例弁であり、電磁弁ユニット１０と、本体ハウジング２０とで構成されている。本体ハウジング２０には、弁ユニット装着孔２０Ａ、この弁ユニット装着孔２０Ａに連通して流体が流入する流入通路２１０及び流体が流出する流出通路２２０が形成されている。弁ユニット装着孔２０Ａ内に電磁弁ユニット１０が嵌合され、電磁弁ユニット１０はフランジ１０Ａにて図示しないボルト等により本体ハウジング２０に固着されている。

電磁弁ユニット１０は弁ハウジング１を有しており、弁ハウジング１と弁ユニット装着孔２０Ａとの間は所定位置でＯリングにより封止されている。弁ハウジング１には、本体ハウジング２０の流入通路２１０に連通する入口ポート１ａ、本体ハウジング２０の流出通路２２０に連通する出口ポート１ｂ、入口ポート１ａに連通する一次室１ｃ、出口ポート１ｂに連通する二次室１ｄ、一次室１ｃと二次室１ｄを連通する弁ポート１ｅを有している。弁ポート１ｅは水平断面形状が円形であり、この弁ポート１ｅは一次室１ｃ側開口の周りに弁座１ｅ１を画定している。

一次室１ｃ、二次室１ｄ及び弁ポート１ｅ内には中心軸Ｌに沿った方向に移動可能な弁棒２が延在されている。弁棒２は、一次室１ｃ内に位置して弁座１ｅ１に対して離接が可能な円柱状の弁体２ａを有している。

弁体２ａは、弁棒２の中心軸Ｌに沿った方向への移動により決まる弁座１ｅ１との位置関係により、弁ポート１ｅの開度を設定する。そして、弁棒２の上方への移動により弁ポート１ｅの開度が増大し、弁棒２の下方への移動により弁ポート１ｅの開度が減少する。また、流体による一次室１ｃの内圧は二次室１ｄの内圧より高圧とされ、弁体２ａには、この一次室１ｃの内圧と二次室１ｄの内圧との差圧が作用し、弁体２ａは下方に力を受ける。この差圧が弁体２ａに作用する面積は、弁ポート１ｅの内径（弁体２ａの有効受圧径）により決まる。

弁ハウジング１の一次室１ｃ側（上側）には、電磁ソレノイド装置３０のプランジャケース３０ａが気密に固定され、さらにプランジャケース３０ａの上部には、吸引子３０ｂが気密に固定されている。また、プランジャケース３０ａの内部にはプランジャ３０ｃが配設されている。そして、プランジャ３０ｃの中心に弁棒２の連結ロッド２ｂが挿入され、連結ロッド２ｂの上端をか締めることにより、プランジャ３０ｃと弁棒２が一体に固着されている。

吸引子３０ｂの中央には圧縮ばね３０ｄが配設され、この圧縮ばね３０ｄはプランジャ３０ｃの上端に当接されている。また、吸引子３０ｂはその上端にて止めナット３０ｅにより外カン３０ｆに固定されている。吸引子３０ｂおよびプランジャケース３０ａの外周部には、ボビン３０ｇに巻回された電磁コイル３０ｈが設けられており、電磁コイル３０ｈの励磁により、吸引子３０ｂの下端面がプランジャ３０ｃに対する磁気吸引面となる。

本体ハウジング２０において、弁ユニット装着孔２０Ａの最奥部分は均圧室１ｆを構成しており、本体ハウジング２０には、流入通路２１０と均圧室１ｆとを連通する均圧導入路２３０が形成されている。

弁ハウジング１はその下端部に均圧室１ｆと二次室１ｄとの間に位置するシリンダ部１１を有しており、このシリンダ部１１には、二次室１ｄから均圧室１ｆまで連通する挿通孔１１ａが形成されている。この挿通孔１１ａは水平断面形状が円形であり、弁ポート１ｅと同径寸法となっている。弁棒２は挿通孔１１ａ内に整合して挿通される円柱状のピストン部１２を有しており、このピストン部１２には、その側面の全週にわたって中心軸Ｌを中心とする「シール部材嵌合部」としての環状溝１３が形成されている。すなわち、環状溝１３の開口部は軸Ｌ周りに環状となりシリンダ部１１側に臨むように形成されている。また、ピストン部１２には環状溝１３と均圧室１ｆとを連通する高圧通路１４が形成されている。そして、環状溝１３内には「弾性シール部材」としての弾性部材からなる環状のＯリング１５が嵌め込まれており、Ｏリング１５の外周縁はその弾性力により挿通孔１１ａの内周面に接触している。

以上の構成により、実施形態の電磁制御弁は次のように作用する。電磁ソレノイド装置３０において圧縮ばね３０ｄはプランジャ３０ｃを介して弁棒２を弁座部１ｅ１側に付勢している。電磁コイル３０ｈを励磁することにより、プランジャ３０ｃが吸引子３０ｂに吸引され、弁棒２は圧縮ばね３０ｄの付勢力に抗して弁座部１ｅ１から離れる方向に移動し、弁閉から弁開となるとともに前述のように弁体２ａと弁座部１ｅ１との中心軸Ｌに沿った方向の位置関係により、弁ポート１ｅの開度（流量）が制御される。また、電磁コイル３０ｈの励磁を無くすことにより弁体２ａが弁座部１ｅ１に着座（接触）し、弁閉となる。このように、電磁ソレノイド装置３０が生じる電磁力と、圧縮ばね３０ｄのばね力との平衡関係によって弁棒２が中心軸Ｌに沿った方向に移動し、弁体２ａで弁ポート１ｅの開度を変化させる。

また、弁体２ａには前述のように一次室１ｃの内圧と二次室１ｄの内圧の差圧が作用して下方に力が加わる。一方、均圧室１ｆは均圧導入路２３０によって一次室１ｃと連通されているので、均圧室１ｆの内圧と二次室１ｄの内圧との差圧がピストン部１２に作用し、ピストン部１２には上方に力が加わる。そして、弁ポート１ｅの内径（弁体２ａの有効受圧径）と、挿通孔１１ａの内径（ピストン部１２の有効受圧径）とが等しいので、弁棒２に対しては、差圧による力は互いにキャンセルされ、弁体２ａの開閉に差圧の影響を受けない流量制御が可能になる。

さらに、環状溝１３は高圧通路１４により均圧室１ｆと連通しており、Ｏリング１５の内側は均圧室１ｆからの背圧を受け、このＯリング１５の外周面は環状溝１３の開口部を介して挿通孔１１ａに押圧される。これにより、ピストン部１２と挿通孔１１ａとの間の間隙（クリアランス）からの漏れを防止できる。

そして、後述のように、前記Ｏリング１５に加わる背圧（高圧）と二次室１ｄの内圧との差圧が変動しても、Ｏリング１５が挿通孔１１ａに押圧される力の変動が低減され、Ｏリング１５と挿通孔１１ａとの摺動抵抗の変動が抑えられる。

図２に示すように、環状溝１３は、低圧側（二次室１ｄ側）に位置する低圧側側面１３ａと、高圧側（均圧室１ｆ側）に位置する高圧側側面１３ｂと、低圧側側面１３ａと高圧側側面１３ｂの間でシリンダ部１１と反対側に位置する底面１３ｃとを有している。そして、低圧側側面１３ａのシリンダ部１１側の部位（開口部の低圧側）には、環状溝１３の開口部の内方向（高圧側側面１３ｂ側）に突出する低圧側突起１３ａ１が形成されている。また、高圧側側面１３ｂのシリンダ部１１側の部位（開口部の高圧側）には、環状溝１３の内方向（低圧側側面１３ａ側）に突出する高圧側突起１３ｂ１が形成されている。さらに、環状溝１３の低圧側側面１３ａと低圧側突起１３ａ１とＯリング１５とにより形成される空間Ｓ１に、低圧側の間隙Ｄと連通する連通孔１６が形成されている。

以上の構成により、挿通孔１１ａ（シリンダ部１１）とピストン部１２との間隙Ｄを介して連通する二次室１ｄ側の低圧が連通孔１６を介してＯリング１５に加わる。また、高圧通路１４を介して連通する均圧室１ｆ側の高圧がＯリング１５に加わる。そして、この低圧と高圧の差圧がＯリング１５に作用することにより、Ｏリング１５は挿通孔１１ａの内周面に対して中心軸Ｌから外側半径方向に押圧され、挿通孔１１ａ（シリンダ部１１）とピストン部１２との間隙がシールされる。

このとき、Ｏリング１５は差圧により弾性変形するが、低圧側突起１３ａ１と高圧側突起１３ｂ１とにより、Ｏリング１５全体の挿通孔１１ａ側への変位（膨張）が抑えられ、低圧側突起１３ａ１と高圧側突起１３ｂ１との間の部分のみが膨出して挿通孔１１ａの内周面に押圧される。さらに、Ｏリング１５には、低圧側に連通する連通孔１６により、空間Ｓ１の部分において低圧と高圧の差圧が作用し、この空間Ｓ１の部分が連通孔１６側に膨出する。すなわち、Ｏリング１５をシリンダ部１１側へ変形させる力が連通孔１６側に分散する。したがって、差圧が大きく変動しても、Ｏリング１５によるシリンダ部１１への押圧力が大きく変動せず、シリンダ部１１とＯリング１５との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

図９は従来の制御弁と実施例の制御弁の制御特性を比較する図であり、図に示すヒステリシスＡは、例えば連通孔１６が無い場合でピストン部の摺動抵抗が大きいものであり、そのヒステリシス量は大きくなる。また、制御量すなわち差圧によりヒステリシス量が変化している。これに対して、実施例のシール構造によれば、ヒステリシスＢのように、ヒステリシス量は小さく差圧によらず一定になっている。

図３は第２実施例のシール構造を適用した制御弁の弁閉状態の縦断面図、図４は図３の要部拡大図である。以下の各実施例でシール構造の部分の符号については、その数字の最上位桁が実施例の番号であり、第１実施例と同様な要素及び対応する要素には下位桁の数字を第１実施例と同数字としている。また、第１実施例と同じ要素には第１実施例と同符号を付記してある。さらに、制御弁の動作は第１実施例と同様である。

この第２実施例では、弁ハウジング１はその下端部に均圧室１ｆと二次室１ｄとの間に位置するシリンダ部２１を有しており、このシリンダ部２１には、二次室１ｄから均圧室１ｆまで連通する挿通孔２１ａが形成されている。この挿通孔２１ａは水平断面形状が円形であり、弁ポート１ｅと同径寸法となっている。また、弁棒２は挿通孔２１ａ内に整合して挿通される円柱状のピストン部２２を有している。

この第２実施例では、ピストン部２２が第１ピストン２２Ａと第２ピストン２２Ｂとで構成され、第１ピストン２２Ａと第２ピストン２２Ｂとの対向部分の間隙がシール部材嵌合部２３となっている。そして、第１ピストン２２Ａと第２ピストン２２Ｂとで挟まれるようにして、Ｏリング２５がシール部材嵌合部２３内に嵌め込まれている。また、シリンダ部２１の下端部には、均圧室１ｆ側に開口を有する円筒形状のケース２１１が形成されている。ケース２１１内には、第２ピストン２２Ｂが嵌合され、このケース２１１の開口の内側には下ばね受け２７が固定されている。そして、第２ピストン２２Ｂと下ばね受け２７との間にはガイドばね２７ａが配設されている。また、下ばね受け２７には第２ピストン２２Ｂ側の空間と均圧室１ｆとを連通する高圧通路２７１が形成されるとともに、第２ピストン２２Ｂには、シール部材嵌合部２３と均圧室１ｆとを連通する高圧通路２４が形成されている。

図４に示すように、シール部材嵌合部２３は、第１ピストン２２Ａの底面を低圧側（二次室１ｄ側）に位置する低圧側側面２３ａとし、第２ピストン２２Ｂの上面を高圧側（均圧室１ｆ側）に位置する高圧側側面２３ｂとして有している。そして、低圧側側面２３ａのシリンダ部２１側の部位（開口部の低圧側）には、シール部材嵌合部２３の開口部の内方向（高圧側側面２３ｂ側）に突出する低圧側突起２３ａ１が形成されている。また、高圧側側面２３ｂのシリンダ部２１側の部位（開口部の高圧側）には、シール部材嵌合部２３の内方向（低圧側側面２３ａ側）に突出する高圧側突起２３ｂ１が形成されている。さらに、シール部材嵌合部２３の低圧側側面２３ａと低圧側突起２３ａ１とＯリング２５とにより形成される空間Ｓ２に、低圧側の間隙Ｄと連通する連通孔２６が形成されている。

以上の構成により、挿通孔２１ａ（シリンダ部２１）と第１ピストン２２Ａとの間隙Ｄを介して連通する二次室１ｄ側の低圧が連通孔２６を介してＯリング２５に加わる。また、高圧通路２４を介して連通する均圧室１ｆ側の高圧がＯリング２５に加わる。そして、この低圧と高圧の差圧がＯリング２５に作用することにより、Ｏリング２５は挿通孔２１ａの内周面に対して中心軸Ｌから外側半径方向に押圧され、挿通孔２１ａ（シリンダ部２１）とピストン部２２との間隙がシールされる。

このとき、Ｏリング２５は差圧により弾性変形するが、低圧側突起２３ａ１と高圧側突起２３ｂ１とにより、Ｏリング２５全体の挿通孔２１ａ側への変位（膨張）が抑えられ、低圧側突起２３ａ１と高圧側突起２３ｂ１との間の部分のみが膨出して挿通孔２１ａの内周面に押圧される。さらに、Ｏリング２５には、低圧側に連通する連通孔２６により、空間Ｓ２の部分において低圧と高圧の差圧が作用し、この空間Ｓ２の部分が連通孔２６側に膨出する。すなわち、Ｏリング２５をシリンダ部２１側へ変形させる力が連通孔２６側に分散する。したがって、差圧が大きく変動しても、Ｏリング２５によるシリンダ部２１への押圧力が大きく変動せず、シリンダ部２１とＯリング２５との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

図５は第３実施例のシール構造の縦断面の要部拡大図であり、第１実施形態と同様な制御弁において構成されている。第３実施例と第１実施例との違いは、第１実施例では高圧側突起１３ｂ１が形成されているのに対して、この第３実施例では低圧側突起３３ａ１は形成されているが高圧側突起が形成されていない点である。すなわち、この第３実施例では、Ｏリング３５全体の挿通孔１１ａ側への変位（膨張）は低圧側突起３３ａ１だけにより抑えられる。

そして、この第３実施例でも、第１実施例と同様に、環状溝３３の低圧側側面３３ａと低圧側突起３３ａ１とＯリング３５とにより形成される空間Ｓ３に、低圧側の間隙Ｄと連通する連通孔３６が形成されている。そして、Ｏリング３５の弾性変形により挿通孔１１ａとピストン部３２との間隙がシールされるが、Ｏリング３５には、低圧側に連通する連通孔３６により、空間Ｓ３の部分において低圧と高圧の差圧が作用し、この空間Ｓ３の部分が連通孔３６側に膨出し、Ｏリング３５をシリンダ部１１側へ変形させる力が連通孔３６側に分散する。したがって、差圧が大きく変動しても、Ｏリング３５によるシリンダ部１１への押圧力が大きく変動せず、シリンダ部１１とＯリング３５との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

図６は第４実施例のシール構造の縦断面の要部拡大図であり、第１実施形態と同様な制御弁において構成されている。

第１実施例のピストン部１２に対応するピストン部４２には、その側面の全週にわたって中心軸Ｌ（図１参照）を中心とする「シール部材嵌合部」としての環状アリ溝４３が形成されている。すなわち、環状アリ溝４３の開口部は軸Ｌ周りに環状となりシリンダ部１１側に臨むように形成されている。そして、環状アリ溝４３内には弾性部材からなる環状のＯリング４５が嵌め込まれている。

環状アリ溝４３は、低圧側（二次室１ｄ側）に位置する低圧側側面４３ａと、高圧側（均圧室１ｆ側）に位置する高圧側側面４３ｂと、低圧側側面４３ａと高圧側側面４３ｂの間でシリンダ部１１と反対側に位置する底面４３ｃとを有している。そして、低圧側側面４３ａは傾斜しており、ピストン部４２の低圧側側面４３ａの部分は、シリンダ部１１側の部位（開口部の低圧側）に位置し、環状アリ溝４３の開口部の内方向（高圧側側面４３ｂ側）に突出する低圧側突起４３ａ１を構成している。また、環状アリ溝４３の底面４３ｃと該低圧側突起４３ａ１とＯリング４５とにより形成される空間Ｓ４に、低圧側の間隙Ｄと連通する連通孔４６が形成されている。

以上の構成により、挿通孔１１ａとピストン部４２との間隙Ｄ１を介して連通する二次室１ｄ側の低圧が連通孔４６を介してＯリング４５に加わる。また、挿通孔１１ａとピストン部４２との間隙Ｄ２を介して連通する均圧室１ｆ側の高圧がＯリング４５に加わる。そして、この低圧と高圧の差圧がＯリング４５に作用することにより、Ｏリング４５は挿通孔１１ａの内周面に対して中心軸Ｌから外側半径方向に押圧され、挿通孔１１ａとピストン部４２との間隙がシールされる。このとき、Ｏリング４５全体の挿通孔１１ａ側への変位（膨張）は低圧側突起４３ａ１により抑えられる。

また、Ｏリング４５の弾性変形により挿通孔１１ａとピストン部４２との間隙がシールされるが、Ｏリング４５には、低圧側に連通する連通孔４６により、空間Ｓ４の部分において低圧と高圧の差圧が作用し、この空間Ｓ４の部分が連通孔４６側に膨出し、Ｏリング４５をシリンダ部１１側へ変形させる力が連通孔４６側に分散する。したがって、差圧が大きく変動しても、Ｏリング４５によるシリンダ部１１への押圧力が大きく変動せず、シリンダ部１１とＯリング４５との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

図７は第５実施例のシール構造の縦断面の要部拡大図であり、第１実施形態と同様な制御弁において構成されている。第５実施例は第４実施例に類似しており、この第５実施例と第４実施例との違いは、第４実施例の環状アリ溝４３に対応する環状アリ溝５３の構造である。第４実施例では低圧側突起４３ａ１しか形成されていないのに対し、この第５実施例では環状アリ溝５３は、低圧側側面５３ａとともに高圧側側面５３ｂも傾斜しており、ピストン部５２の高圧側側面５３ｂの部分は、シリンダ部１１側の部位（開口部の高圧圧側）に位置し、環状アリ溝５３の開口部の内方向（低圧側側面５３ａ側）に突出する高圧側突起５３ｂ１を構成している。この第５実施例では、Ｏリング５５全体の挿通孔１１ａ側への変位（膨張）が低圧側突起５３ａ１と高圧側突起５３ｂ１により抑えられる。

この第５実施例でも、第４実施例と同様に、環状アリ溝５３の底面５３ｃと低圧側突起５３ａ１とＯリング５５とにより形成される空間Ｓ５に、低圧側の間隙Ｄ１と連通する連通孔５６が形成されている。また、挿通孔１１ａとピストン部５２との間隙Ｄ２を介して連通する均圧室１ｆ側の高圧がＯリング５５に加わる。Ｏリング５５の弾性変形により挿通孔１１ａとピストン部５２との間隙がシールされるが、Ｏリング５５には、低圧側に連通する連通孔５６により、空間Ｓ５の部分において低圧と高圧の差圧が作用し、この空間Ｓ５の部分が連通孔５６側に膨出し、Ｏリング５５をシリンダ部１１側へ変形させる力が連通孔５６側に分散する。したがって、差圧が大きく変動しても、Ｏリング５５によるシリンダ部１１への押圧力が大きく変動せず、シリンダ部１１とＯリング５５との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

図８は第６実施例のシール構造の縦断面の要部拡大図であり、第２実施形態と同様な制御弁において構成されている。この第６実施例のピストン部６２は第１ピストン６２Ａと第２ピストン６２Ｂとで構成されている。第１ピストン６２Ａの中央には筒状のボス６２Ａ１が形成され、第２ピストン６２Ｂの中央には軸６２Ｂ１が形成され、軸６２Ｂ１がボス６２Ａ１内に嵌合されている。そして、ボス６２Ａ１の外周の第１ピストン６２Ａと第２ピストン６２Ｂとの対向部分がアリ溝状のシール部材嵌合部６３となり、Ｏリング６５がシール部材嵌合部６３内に嵌め込まれている。シリンダ部２１の下端部の構造は第２実施例と同様であり、例えば第２ピストン６２Ｂの下にはガイドばね２７ａが配設されている。なお、ボス６２Ａ１と軸６２Ｂ１をスポット溶着またはねじ込みにより固定すればガイドばね２７ａは不要である。

また、シール部材嵌合部６３は、第１ピストン６２Ａの底面を低圧側に位置する低圧側側面６３ａとし、第２ピストン２２Ｂの上面を高圧側に位置する高圧側側面６３ｂとして有している。また、シール部材嵌合部６３は、ボス６２Ａ１の外周面を底面６３ｃとして有している。そして、低圧側側面６３ａのシリンダ部２１側の部位（開口部の低圧側）には、シール部材嵌合部２３の開口部の内方向（高圧側側面６３ｂ側）に突出する低圧側突起６３ａ１が形成されている。また、高圧側側面６３ｂのシリンダ部２１側の部位（開口部の高圧側）には、シール部材嵌合部６３の内方向（低圧側側面６３ａ側）に突出する高圧側突起６３ｂ１が形成されている。

また、シール部材嵌合部６３の底面６３ｃと低圧側突起６３ａ１とＯリング６５とにより形成される空間Ｓ６ａに、低圧側の間隙Ｄ１と連通する連通孔６６ａが形成されている。さらに、連通孔６６ａはボス６２Ａ１と軸６２Ｂ１との隙間６６ｂに連通され、この隙間６６ｂはボス６２Ａ１の端部と第２ピストン６２Ｂとの隙間６６ｃに連通されている。そして、これら、連通孔６６ａ、隙間６６ｂ，６６ｃは、シール部材嵌合部６３の底面６３ｃと高圧側側面６３ｂとＯリング６５とにより形成される空間Ｓ６ｂを、低圧側の間隙Ｄ１に連通している。

以上の構成により、挿通孔２１ａ（シリンダ部２１）と第１ピストン６２Ａとの間隙Ｄ１を介して連通する二次室１ｄ側の低圧が連通孔６６ａ、隙間６６ｂ，６６ｃを介してＯリング６５に加わる。また、挿通孔２１ａと第２ピストン６２Ｂとの間隙Ｄ２を介して連通する均圧室１ｆ側の高圧がＯリング６５に加わる。Ｏリング６５の弾性変形により挿通孔２１ａとピストン部６２との間隙がシールされるが、Ｏリング６５には、空間Ｓ６ａと空間Ｓ６ｂの部分において低圧と高圧の差圧が作用し、この空間Ｓ６ａ，Ｓ６ｂの部分でＯリング６５は膨出し、Ｏリング６５をシリンダ部２１側へ変形させる力が連通孔６６ａ、隙間６６ｃ側に分散する。したがって、差圧が大きく変動しても、Ｏリング６５によるシリンダ部２１への押圧力が大きく変動せず、シリンダ部２１とＯリング６５との摺動抵抗が差圧の変動に対して安定したものとなる。

各実施例において、連通孔は軸Ｌ周りに等間隔に数カ所あるいは多数箇所形成すればよい。

また、実施例においては、シール部材嵌合部をピストン部側に形成し、Ｏリングをピストン部側に配置するようにしているが、シリンダ部側にシール部材嵌合部を形成し、Ｏリングをシリンダ部側に配置するようにしてもよい。この場合、連通孔もシリンダ部側に形成することはいうまでもない。すなわち、Ｏリングは可動部側あるいは固定部側の何れに配置してもよい。

また、実施形態では、本発明のシール構造を制御弁に適用した例について説明したが、シリンダ部とピストン部との間を弾性シール部材でシールしこのシール部分の両側に差圧が生じるような構造であれば、その他各種の装置に適用できる。

１ 弁ハウジング
１ａ 入口ポート
１ｂ 出口ポート
１ｃ 一次室
１ｄ 二次室
１ｅ 弁ポート
１ｆ 均圧室
２ 弁棒
２ａ 弁体
１１，２１ シリンダ部
１１ａ，２１ａ 挿通孔
１２，２２，３２，４２，５２，６２ ピストン部
１３，３３ 環状溝
２３，６３ シール部材嵌合部
４３，５３ 環状アリ溝
１４，２４ 高圧通路
１５，２５，３５，４５，５５，６５ Ｏリング
１６，２６，３６，４６，５６，６６ａ 連通孔
１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ 低圧側側面
１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５３ｂ，６３ｂ 高圧側側面
１３ｃ，３３ｃ，４３ｃ，５３ｃ，６３ｃ 底面
１３ａ１，２３ａ１，３３ａ１，４３ａ１，５３ａ１，６３ａ１ 低圧側突起
１３ｂ１，２３ｂ１，５３ｂ１，６３ｂ１ 高圧側突起

Claims (4)

1. 挿通孔を有するシリンダ部とこの挿通孔に整合して挿通されるピストン部とを有し、ピストン部がシリンダ部に対して挿通孔の軸方向に可動とされ、ピストン部またはシリンダ部の何れか一方にて前記軸を中心として環状に開口する開口部が他方の部材側に臨むように設けられたシール部材嵌合部を有し、このシール部材嵌合部内に環状の弾性シール部材が嵌め込まれ、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙を介して連通する低圧側の空間と、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙及び／または高圧通路を介して連通する高圧側の空間との差圧を前記弾性シール部材に作用することにより、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙をシールするシール構造であって、
   前記シール部材嵌合部の前記開口部の低圧側にこの開口部の内方向に突出する低圧側突起を設けるとともに、前記シール部材嵌合部の低圧側側面と前記低圧側突起と前記弾性シール部材とにより形成される空間に、前記低圧側の前記間隙と連通する連通孔を設けたことを特徴とするシール構造。
2. 挿通孔を有するシリンダ部とこの挿通孔に整合して挿通されるピストン部とを有し、ピストン部がシリンダ部に対して挿通孔の軸方向に可動とされ、ピストン部またはシリンダ部の何れか一方にて前記軸を中心として環状に開口する開口部が他方の部材側に臨むように設けられたシール部材嵌合部を有し、このシール部材嵌合部内に環状の弾性シール部材が嵌め込まれ、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙を介して連通する低圧側の空間と、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙及び／または高圧通路を介して連通する高圧側の空間との差圧を前記弾性シール部材に作用することにより、前記ピストン部と前記挿通孔との間隙をシールするシール構造であって、
   前記シール部材嵌合部の前記開口部の低圧側にこの開口部の内方向に突出する低圧側突起を設けるとともに、前記シール部材嵌合部の前記開口部と対向する底面と前記低圧側突起と前記弾性シール部材とにより形成される空間に、前記低圧側の前記間隙と連通する連通孔を設けたことを特徴とするシール構造。
3. 請求項１または２に記載のシール構造であって、前記シール部材嵌合部の前記開口部の高圧側縁にこの開口部の内方向に突出する高圧側突起をさらに設けたことを特徴とするシール構造。
4. 入口ポートに連通する一次室と、出口ポートに連通する二次室と、前記一次室と前記二次室とを連通するとともに前記一次室側開口の周りに弁座シール部を画定する弁ポートとを有する弁ハウジングと、
   前記一次室及び前記二次室内に延在され前記弁座シール部に対して離接が可能な弁体を有する弁棒とを有し、
   前記弁棒が中心軸に沿った方向に移動して前記弁体で前記弁ポートの開度を変化させる制御弁において、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のシール構造を有し、
   前記二次室を挟む前記一次室と反対側にこの一次室に連通された均圧室が設けられるとともに、前記弁ハウジングは前記二次室から前記均圧室まで連通する前記挿通孔が形成された前記シリンダ部を有し、
   前記弁棒は前記挿通孔に整合して挿通される前記ピストン部を有し、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のシール構造として、前記弁ハウジングの前記シリンダ部または前記ピストン部に、前記シール部材嵌合部及び前記弾性シール部材を有し、前記二次室を前記低圧側の空間、前記均圧室を前記高圧側の空間として、前記シール構造を構成していることを特徴とする制御弁。

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