# 無填料函滑閥技術背後的工程原理 > Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/the-engineering-behind-glandless-spool-valve-technology/ > Language: zh-Hant ## Summary 以 Norgren 900 與 1,200 L/min 資料、空氣品質限制、洩漏取捨與選型檢查，理解無填料函滑閥與套筒結構。 ## Page Content # 無填料函滑閥技術背後的工程原理 無填料函氣動滑閥使用精密配對的滑閥芯與套筒，取代移動滑閥芯台肩上的軟質動態密封件。 當滑閥芯移動時，其台肩會打開或遮住供氣、工作與排氣通道。這種受控運轉間隙可限制旁通，同時避免彈性體密封滑閥芯的滑動阻力與磨耗機制。 這個定義會改變選型時的討論重點。 「無填料函」不代表整個閥體不含密封件、內部洩漏為零，或能處理腐蝕性製程氣體。它也不代表磁力耦合、波紋管或膜片閥；那些是不同的結構。用於機械壓縮空氣時，選型仍取決於迴路功能、允許洩漏量、流量、先導條件、空氣品質與確切的型錄型號。 > 重點摘要 Norgren 的 V44 無填料函 5/2 閥標示 900 L/min，V45 軟密封版本則為 1,200 L/min。 無填料函設計移除的是滑閥芯的軟質動態密封，不是所有靜態密封或先導密封。 應依零件編號指定功能、先導壓力、空氣品質、流量與允許洩漏量。 ## 在氣動滑閥中，「無填料函」代表什麼？ Norgren 在同一個 26 mm ISO 系列中，將 V44 定義為無填料函滑閥，將 V45 定義為軟密封滑閥（[IMI Norgren V44/V45 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)，2024）。在此脈絡下，無填料函描述的是移動滑閥芯與套筒的密封架構，不是整個閥體都具備普遍性的氣密封閉。 無填料函滑閥 是一種方向控制閥，滑閥芯在配對套筒內採用受控運轉配合，而不是在台肩上使用軟質動態密封件。滑閥芯的軸向位置決定哪些接孔彼此連通。5/2 閥會交替把供氣送往其中一個工作接孔，同時讓另一個工作接孔連接排氣。[滑閥芯與提動閥比較指南](/zh-hant/blog/a-comparison-of-spool-vs-poppet-valve-designs-for-industrial-use/)會更詳細說明元件層級的差異。在無填料函結構中，滑閥芯與套筒形成配對滑動總成。彈性體環不會摩擦內孔。 軟密封滑閥 則是另一種結構，會在移動元件上使用 HNBR 等密封件。這項差異會改變摩擦與洩漏行為，也會影響對污染的敏感度與接孔幾何，但不能單靠它決定完整閥體的性能。 閥體接合處仍可能設有靜態密封件，其他位置包括端蓋、先導段與底座。Norgren 的無填料函 ISO STAR 資料，列出硬質陽極處理、PTFE 塗層的滑閥芯與套筒配對件，以及總成其他位置的 NBR 密封件（[IMI Norgren ISO STAR ATEX 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_510_ISO_STAR_ATEX.pdf)）。因此，絕不能把「無填料函」解讀成「無密封件」。 先導致動 是使主閥元件移動的獨立增力級。移動可以由電磁先導或氣動先導產生；膜片、彈簧與電子壓力控制級也是可能的操作元件。Norgren 的 VP50 手冊明確將其氣動段稱為「膜片致動無填料函滑閥」：先導壓力作用於膜片，再由膜片推動滑閥芯（[IMI Norgren VP50 手冊](https://cdn.norgren.com/pdf/OM_VP50_IO-Link_EN.pdf)）。膜片的運動是致動機制，不是無填料函密封的另一種定義。 把三個問題分開，閱讀型錄會更可靠：哪個元件負責引導主流量、移動元件如何密封，以及用什麼力量使它移動。「滑閥芯」、「無填料函」與「電磁先導致動」依序回答了這三個問題。 > Figure: 概念結構，非尺寸圖。Norgren 文件記載 V44 無填料函配對件採用配對塗層鋁件，V45 則採用 HNBR 密封滑閥芯。 ## 配對滑閥芯與套筒機構 在 2024 年 V44/V45 型錄中，無填料函 V44 使用硬質陽極處理、塗層與配對鋁製滑閥芯及套筒，V45 則使用帶 HNBR 密封件的鋁合金滑閥芯（[IMI Norgren](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)）。「配對」就是工程線索：這組滑動元件是以總成方式控制，而不是當成兩個通用且可任意互換的零件。 幾何形狀控制每個切換過渡。 當先導力推動滑閥芯時，每個台肩都會相對於切穿套筒的接孔移動。台肩寬度、溝槽幾何、重疊量、行程與套筒窗口共同決定連接順序。正重疊可能在過渡期間短暫封閉通道；欠重疊則可能短暫連通通道。即使穩態符號看起來相同，這段時間行為仍會影響壓力交越與排氣。閉迴路比例閥還增加另一層控制，詳見[滑閥芯位置回授指南](/zh-hant/blog/a-technical-guide-to-spool-position-feedback-in-proportional-valves/)。表面處理有多項作用。硬質陽極處理可提高鋁表面的耐磨性；低摩擦塗層可降低滑動阻力，並在製造商允許時協助配對件使用有潤滑或無潤滑壓縮空氣運轉。塗層狀態、圓度、直線度、表面粗糙度與熱膨脹，都會影響滑閥芯能否自由移動而不形成過大的洩漏路徑。 為什麼要使用獨立套筒，而不是把所有流量邊緣直接加工在閥體上？把內孔、接孔窗口、塗層與配對精度做成一個受控的子總成，製造商就能檢查關鍵幾何，同時把精密切換表面與壓鑄閥體分開。不要隨意混用零件。如果供應商說明零件是配對件，檢查與維修時就應保留其配對關係。只更換其中一件可能改變運轉配合；研磨滑閥芯或擴大內孔，則可能永久改變洩漏與運動自由度。 ## 間隙如何平衡洩漏與摩擦？ Clippard 將研磨配合或剪切設計的滑閥芯，與動態密封及 O 形環滑閥芯區分開來，並指出研磨配合設計可以無潤滑運轉，但可能有較高洩漏率，也需要狀態更良好的空氣（[Clippard 氣動閥技術指南](https://www.clippard.com/downloads/PDF_Documents/Application%20Ideas/TechTips-Pneumatic-HowTo.pdf)）。因此，間隙是受控的折衷，不代表無接觸且零洩漏的密封。 受控間隙同時扮演兩個角色。 金屬滑閥芯必須在完整的溫度與壓力範圍內移動而不發生卡滯，因此需要運轉間隙。空氣可能從高壓區穿過間隙移往低壓區，所以部分內部旁通可能是結構本身的特性。實際旁通量取決於幾何、壓差、溫度、製造狀態、磨耗與供應商的測試方法。較小的間隙可以降低旁通，但也會縮小對粒子、沉積物、熱膨脹、塗層變異與對準不良的容許度。較大的間隙較容易自由移動，卻會增加台肩之間的潛在流量。工程設計應以額定操作範圍內可重複的切換與可接受洩漏為目標，而不是追求「可能的最小間隙」。 這項區分也能避免常見的診斷錯誤。底座接合處、先導排氣、接頭或受損靜態密封件的外部洩漏，不能證明無填料函滑閥芯配合失效。反過來，聽不到外部洩漏，也不能證明內部旁通在規格內。[內部洩漏故障排除指南](/zh-hant/blog/failure-analysis-how-contamination-size-microns-affects-different-valve-types/)說明了為何在判定原因前，必須分開考慮症狀位置與閥體結構。 組裝迴路的壓降測試會把所有封閉洩漏路徑一起量入。若要判斷主滑閥芯，應先隔離正確接孔，並重現製造商指定的閥狀態與流向，再將壓力、溫度與驗收上限對應到引用的測試。若未先隔離，管路與氣缸密封件就會共同影響結果；接頭與先導通道也可能如此。一個數字便會掩蓋多條洩漏路徑。 ## 無填料函與軟密封型錄資料實際顯示什麼？ 在一個可直接比較的系列中，Norgren 將 V44 無填料函閥的 5/2 額定流量列為 900 L/min、Cv 0.92，V45 軟密封閥則為 1,200 L/min、Cv 1.22（[IMI Norgren V44/V45 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)，2024）。這些數值呈現的是產品層級的取捨，不是所有設計的普遍排名。 | Norgren 系列與功能 | 無填料函滑閥芯 | 軟密封滑閥芯 | 比較結果顯示 | | --- | --- | --- | --- | | V44/V45 5/2 | 900 L/min, Cv 0.92 | 1,200 L/min, Cv 1.22 | 軟密封版本在此系列中具有較高的標示流量 | | V44/V45 5/3 | 900 L/min, Cv 0.92 | 1,150 L/min, Cv 1.17 | 功能會改變軟密封版本的數值 | | VS45 5/2 | 3,200 L/min, Cv 3.2 | 4,200 L/min, Cv 4.2 | 在較大的閥島尺寸上仍呈現相同的系列層級趨勢 | | VS45 5/3 | 2,900 L/min, Cv 2.9 | 3,700 L/min, Cv 3.7 | 中位功能與內部流路仍然重要 | 應以狹義方式閱讀這項比較，不要把它解讀成絕對結論。 對 VS45 而言，型錄將無填料函滑閥芯與套筒描述為長壽命設計，將軟密封滑閥芯描述為高流量設計（[IMI Norgren VS45 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_1_450_VS45_series.pdf)）。它沒有表示每個無填料函閥都能使用固定年限，也沒有表示每個軟密封閥都會提早失效。實際使用週期取決於工作週期、空氣狀態、切換壓力、溫度與維護。流量數值也需要脈絡。應比較相同的閥功能、流向、壓力條件、單位慣例與測試基礎。同一閥體的 5/3 中位配置，不一定能與 5/2 數值相提並論。限制也可能來自歧管、接頭、管路、消音器或致動器。若要了解更廣泛的比較方法，請參閱[氣動閥流量選型指南](/zh-hant/blog/flow-vs-pressure-sizing-a-valve-for-speed-vs-force/)。 同一系列內的耐壓能力可能不同。VS45 內部先導供氣的無填料函電磁先導型號，最大額定壓力為 10 bar；指定外部先導的無填料函型號則可達 16 bar；該型錄中的軟密封版本仍為 10 bar。這是先導方式與型號的結果，不能證明無填料函結構本身會形成 16 bar 閥。不要只因「長壽命」幾個字就採購。應索取確切的洩漏規格與流路資料，記錄工作壓力與先導壓力範圍、切換測試與溫度範圍，並為所提供的零件編號加入核准介質、空氣品質、預期工作週期與耐久證據。 ## 哪些空氣品質與先導條件重要？ V44/V45 與 VS45 型錄都指定壓縮空氣須經 40 µm 過濾，並允許有潤滑或無潤滑運轉；同時要求空氣乾燥到足以避免低於 +2°C 時結冰（[IMI Norgren V44/V45](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)；[IMI Norgren VS45](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_1_450_VS45_series.pdf)）。允許無潤滑空氣，不代表可以省略過濾或排水；乾燥程度與安裝潔淨度仍然適用。 潔淨空氣是機構的一部分。 緊密滑動配合會受到粒子與黏性壓縮機副產物影響；劣化的潤滑劑、管垢、水或組裝碎屑也同樣重要。Clippard 特別提醒，研磨配合滑閥芯對潤滑變化與壓縮機副產物的容忍度較低。更細的濾芯不一定就是答案。應先確認明定的要求與濾器效率，再檢查修正後流量、壓降、排水，以及下游產生的污染。 關於獨立的潤滑問題，請參閱[無潤滑空氣與滑閥芯密封指南](/zh-hant/blog/the-technical-effects-of-using-unlubricated-air-on-spool-valve-seals/)。如果閥卡住，先確認指令訊號與供氣壓力，再檢查先導壓力、先導排氣、手動覆歸、線圈電壓與正確的底座。完成這些檢查後，才應查看污染證據。[閥污染失效分析指南](/zh-hant/blog/failure-analysis-how-contamination-size-microns-affects-different-valve-types/)提供一套方法，用於區分粒子損傷與電氣、壓力、潤滑及組裝故障。 先導供氣同樣需要重視。內部先導閥使用主供氣產生切換力，因此當入口壓力低於型號最低值時，可能停止切換。指定型號的外部先導供氣可以讓主接孔在低壓甚至負表壓下運作，但先導迴路仍需要在自身壓力範圍內使用潔淨空氣。致動方式不會重新定義主滑閥芯。音圈先導、電磁先導或氣動膜片都可能產生所需力量。診斷切換緩慢或不完整時，應將[先導操作閥指南](/zh-hant/blog/how-do-pilot-operated-valves-work-and-why-are-they-essential-for-industrial-automation/)與確切的產品手冊一起閱讀。 ## 選型與試運轉檢查表 ISO 15407-1 將 18 mm 與 26 mm 尺寸的五口方向控制閥安裝介面標準化，ISO 並在 2022 年確認 2000 版仍為現行版本（[ISO 15407-1](https://www.iso.org/standard/27625.html)）。介面相容性有助於規劃替換，但不會讓兩個閥在滑閥芯結構、流量、先導方式、洩漏、配線或中位功能上變得相同。 核准閥之前，請依序進行以下檢查： - 定義每一種迴路狀態。 選擇 5/2 或 5/3，並記錄正常狀態、中位條件、回位方式、反向流動與真空工作。 - 設定可量測的上限。 寫明內部洩漏與外部洩漏的驗收值，並加入所需流量、最大壓降、反應時間、循環率、溫度範圍與壽命證據要求。 - 檢查先導配置。 記錄內部或外部供氣與最低先導壓力，再確認排氣路徑、線圈電壓、手動覆歸、電氣工作週期與失效位置。 - 驗證空氣與材料。 讓核准介質符合過濾與乾燥要求，檢查潤滑政策、塗層、靜態密封材料、環境暴露與溫度上限。核准標準壓縮空氣，不等於核准化學氣體。 - 追溯已安裝的流路。 納入底座通道、接頭、管路、消音器、調壓器與排氣限制。 - 確認介面細節。 先檢查底座孔位與接孔配置，再確認電氣接頭、閥島通訊協定、寬度、壓力區附件與替換程序。 > Figure: ISO 安裝形式可縮小機械搜尋範圍，但驗收仍取決於完整零件編號、操作條件與量測到的機台行為。 試運轉應建立基準，而不只是證明致動器動過一次。驗證接孔配置與電氣指令，在最低與正常壓力下讓閥循環，記錄切換時的供氣與先導壓力，檢查排氣行為，並在約定狀態下量測洩漏。記錄電壓與溫度，加入空氣狀態與循環時間，讓未來故障排除有可比較的基準。如果機台的安全依賴保持壓力，不要在沒有書面風險評估的情況下把方向控制滑閥當成唯一隔離裝置。內部旁通與供氣中斷都可能影響安全狀態；先導行為、儲存能量與致動器洩漏也可能造成影響。請使用符合所需安全功能額定值的元件與架構。 ## 何時應選擇無填料函，而不是軟密封？ Norgren 將無填料函 V44 定位為長壽命產品，將軟密封 V45 定位為高流量產品；其 5/2 版本分別列為 900 L/min 與 1200 L/min（[IMI Norgren V44/V45 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)，2024）。應依應用已量測的優先事項在兩者間選擇，不要假設某一種結構在所有情況下都更好。 先從失效後果開始。 當核准型號符合內部洩漏上限時，無填料函配對滑閥芯與套筒結構是很有力的候選方案。它適合重視低滑動密封摩擦、允許使用無潤滑空氣、需要可重複的多口流路，以及供應商耐久證據的專案。正確過濾與乾燥空氣仍是這項決策的一部分。若相關型號能提供明顯較高的流量，軟密封滑閥芯可能更合適；它也可能具備所需功能或洩漏特性。軟密封會增加接觸與材料相容性的考量，但這不代表它是較差的設計，只是解決另一組限制。 當主要要求是經驗證的緊密截止，或要隔離危險介質時，應選擇其他閥體架構。衛生級結構、嚴苛化學相容性與認證安全功能，也應放在不同的選型流程中。已核准用於過濾壓縮空氣的氣動無填料函方向控制閥，不應因為移動滑閥芯沒有彈性體環，就被擴大宣稱可用於製程氣體。請把最終選擇放在一頁式比較表上：先列出零件編號、符號、滑閥芯結構、額定介質與流量，再加入工作壓力、先導壓力、洩漏、溫度、過濾、材料、電氣介面、歧管配合與驗收測試。這樣才能把模糊的技術偏好轉成可追溯的工程決策。 ## 無填料函滑閥常見問答 Norgren 的 V44 型錄描述配對且帶塗層的無填料函滑閥芯與套筒總成；其使用 HNBR 密封的 V45 對應產品，在閥體其他位置仍使用 NBR 靜態密封件（[IMI Norgren V44/V45 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)，2024）。以下五個問題針對最常扭曲選型與維護決策的規格錯誤。 ### 無填料函是否代表閥內完全沒有密封件？ 不是。它代表移動主滑閥芯使用配對滑閥芯與套筒的運轉配合，而不是在台肩上使用軟質動態密封件。完整閥體仍可能包含閥體與底座的靜態密封件，也可能設有先導密封件或膜片操作元件。Norgren 的無填料函 ISO STAR 型錄另行列出 NBR 密封件。 ### 無填料函滑閥是否為零洩漏閥？ 不是。運轉間隙可能造成內部旁通，靜態接合處或先導元件則可能形成獨立的外部洩漏路徑。請取得每個所需狀態的型號洩漏上限與測試條件。Clippard 指出研磨配合滑閥可能有較高洩漏，這可能使它不適合氣體供應有限或使用非空氣介質的場合。 ### 無填料函滑閥技術是否總是流量較高的選項？ 不是。Norgren 將無填料函 V44 5/2 型號列為 900 L/min，軟密封 V45 對應產品列為 1200 L/min。VS45 系列依相同順序列出 3200 L/min 與 4200 L/min。這些是特定系列的例子；比較時仍應把功能與壓力條件，連同實際流路與歧管一起考慮。 ### 無填料函氣動閥能否用於化學或無菌氣體？ 只有在製造商核准確切介質與使用工況時才可以。過濾壓縮空氣的核准，不能證明化學相容性或外部隔離，也不能說明潔淨度或衛生級設計。在考慮非空氣介質前，應一起檢查接液材料與塗層、靜態密封件、潤滑劑、先導排氣、洩漏等級、認證與清潔要求。 ### 滑閥芯與套筒可以分開更換嗎？ 不要自行假設可以。當型錄稱鋁製滑閥芯與套筒為「配對件」時，它們的運轉配合就是總成特性。混用新舊零件可能改變洩漏或運動自由度；現場研磨與修改內孔也有相同風險。請遵循型號的修理說明，在指定時更換配對總成或完整閥體。 ### 來源與技術參考 [IMI Norgren V44/V45 Mini ISO 閥資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_350_V44_V45.pdf)提供 2024 年技術資料與材料清單，也列出功能與壓力範圍，以及無填料函與軟密封流量比較；[VS45 閥島資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_1_450_VS45_series.pdf)則提供較大系列的對應數值。 [ISO STAR ATEX 資料表](https://cdn.norgren.com/pdf/en_5_2_510_ISO_STAR_ATEX.pdf)列出滑閥芯與套筒材料及 NBR 密封件；[VP50 IO-Link 操作手冊](https://cdn.norgren.com/pdf/OM_VP50_IO-Link_EN.pdf)則記載膜片致動無填料函滑閥的配置。 [Clippard 氣動閥技術指南](https://www.clippard.com/downloads/PDF_Documents/Application%20Ideas/TechTips-Pneumatic-HowTo.pdf)區分研磨配合、動態密封與 O 形環滑閥芯。[ISO 15407-1:2000](https://www.iso.org/standard/27625.html)定義五口方向控制閥的安裝介面，並於 2022 年確認仍為現行版本。