TWI526641B - 流體壓力裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關一種流體壓力缸(fluid pressure cylinder)或流體轉換閥(fluid changeover valve)或類似物之流體壓力裝置;尤其是有關一種流體壓力裝置,其內有一經改良之襯墊係安裝於含有活塞或閥心(spool)或類似物之分隔件上,該活塞或閥心或類似物係在一外殼中所界定之滑孔內部移動。
流體壓力缸大致包括活塞,其係沿著形成於外殼內之滑孔內部之軸線方向移動。由彈性橡膠材料製成之襯墊(O形環)係安裝在該活塞之外周緣,因而透過該襯墊,使得滑孔之內周緣與活塞之外周緣之間產生一密封作用(舉例而言,參考日本早期專利公開公告號09-072310以及日本早期專利公開公告號2003-120602)。
此外,在該等習知技藝中,耐磨環(wear ring)與該襯墊係設置於該活塞上,該耐磨環係由一種較該襯墊更大硬度之材料(例如合成樹酯(synthetic resin))所製成,而具有極佳之滑動性。當橫向負荷朝促使滑孔軸線與活塞軸線間不對齊之方向而施加於活塞時(例如朝垂直於活塞軸線之方向),活塞軸線之不對齊即受到該耐磨環之抑制,而阻止了由於滑孔之內表面對於襯墊之擠壓而導致襯墊之過度變形。此外,耐磨環亦阻止了活塞之外周緣與滑孔內周緣之接觸。
然而,在此等習知技藝中,由於襯墊與耐磨環皆安裝於活塞上,組件數目相當大,致使得密封段結構較為複雜。而且,由於襯墊與耐磨環係以間隔距離方式設於活塞之軸向上,所以活塞在軸向上之尺寸即較大。
本發明即針對上述問題而製作,而本發明之目的係提供包括襯墊之流體壓力裝置,該襯墊具有一功能可避免例如活塞之分隔件接觸滑孔之內周緣,且能夠簡化密封段之結構,並抑制活塞在軸向上尺寸的增加。
為了達成上述之目的,本發明之特徵為流體壓力裝置,其包括:外殼,其中形成有滑孔;分隔件,其係沿著該滑孔內部而朝軸向移動;以及襯墊,其係安裝於該分隔件之外周緣,其中該襯墊包含由彈性材料製成之環狀密封件,以及由低摩擦材料製成之至少一個支撐環。該密封件係安裝於形成在該分隔件外周緣上之環狀襯墊安裝槽內,而該至少一個支撐環係裝設於該密封件之外周緣上。該密封件在其外周緣上包括:密封突出部,其係接觸滑孔內表面;以及至少一個肩部,其係形成於該密封突出部之雙側或單側,且其係自該襯墊安裝槽朝外突出。該至少一個支撐環係設置於該密封突出部之雙側或單側,且自該密封件朝軸向突出。而該至少一個支撐環包括支撐表面,其係在該支撐環外周緣與該分隔件之軸向平行。其中,當橫向負荷不作用在該分隔件時,該密封突出部係經施壓抵靠著該滑孔內周緣表面,並因而被彈性地壓縮及變形,且該至少
一個支撐環之支撐表面接觸該滑孔內周緣表面,同時該至少一個支撐環之內周緣表面並不與該分隔件之外周緣表面接觸;而當至少某一量之橫向負荷作用在該分隔件時,該密封突出部係被施壓抵靠著該滑孔內周緣表面,並因而被彈性地壓縮及變形,且該至少一個支撐環之支撐表面接觸該滑孔內周緣表面,同時該至少一個支撐環之內周緣表面接觸該分隔件之外周緣表面。
藉著上述之結構,當橫向負荷作用在該活塞時,該等支撐環之部分內周緣表面係接觸該活塞之部分外周緣,因而規制活塞之橫向移動,結果避免了該密封件之密封突出部過度地變形,而且避免了活塞接觸該滑孔內周緣表面。因此,由於該等支撐環之功能至少相當於一習知耐磨環所具有之功能,故不需要在活塞之軸向間隔上連同該襯墊另外裝設一個別之耐磨環。是故,本發明之結構簡單,且能夠抑制活塞在軸向上尺寸之增加。
根據本發明之流體壓力裝置,該密封件可進一步包括設在其外周緣之至少一個凹陷溝槽,其係介於至少一肩部與密封突出部之間;該至少一個支撐環可進一步包括設在其內周緣上之供卡合之至少一個突出部,因此藉著該至少一個突出部卡合於該至少一個凹陷溝槽內,該至少一個支撐環即裝置於該密封件上,俾圍繞著該至少一個肩部之外周緣。
藉著上述結構,各支撐環可較容易地裝設於該密封件上。
根據本發明之流體壓力裝置,無論是否有橫向負荷施加於該分隔件上,該密封突出部由於彈性壓縮所造成之變形量皆相同。
藉由上述之結構,無論是否有橫向負荷施加於該活塞上,支撐環總是接觸著該滑孔之內周緣表面,因此該密封突出部之變形量在各種狀態下皆相同。是故,無論是否有橫向負荷施加於該活塞上,該密封突出部與該滑孔間之接觸表面壓力與接觸區域皆相同。是故,控制該活塞之滑動阻力變得較為容易。
根據本發明之流體壓力裝置,用於密封之內周緣突出部可形成於該密封件之內周緣上,而與該襯墊安裝槽之溝槽底部彈性接觸。
藉著上述結構,該密封件在內周緣上形成該內周緣突出部,因此在該密封件之內周緣與該襯墊安裝槽之溝槽底部間之介面即得以密封,而有效地阻擋其間之流體流動。
所以,根據本發明之流體壓力裝置之優點效果為,該流體壓力裝置具有避免分隔件接觸該滑孔內周緣之功能,且能夠簡化密封段之結構,並抑制活塞在軸向上尺寸的增加。
本發明上述及其它目的特色與優點,將經由配合圖式及以下說明而更為清楚,並藉由說明範例以顯示本發明之較佳實施例。
根據本發明較佳實施例之一種流體壓力裝置,將參照附圖詳細提出並詳述於後。
第1圖係根據本發明實施例之流體壓力裝置10之部分剖面側視圖,在本實施例中,該流體壓力裝置10係經建構為流體壓力缸10A,其中有一活塞13在外殼12中往復運動。流體壓力缸10A所包括之外殼12係由例如鋁合金或類似物等金屬材料所製成,其上設有一對通口14、16以及連通該對通口14、16之滑孔18,該滑孔18形成該外殼12之內部。在該滑孔18內部,設有由金屬材料所製成的活塞13。
在第1圖中,標號L1係標示該活塞13之軸線,而標號L2則標示該滑孔18之軸線。在第1圖所示之狀態中,活塞13之軸線L1與滑孔18之軸線L2恰好重疊。該活塞13係容納於該外殼12中。該活塞13係沿著滑孔18之軸線L2方向而移動(如第1圖中之箭頭X所指)的位移體13,並且將該滑孔18內部分隔為兩個壓力室,亦即一個在通口14側之壓力室20,以及一個在通口16側之壓力室22。換言之,本實施例之活塞13形成一分隔件,而該分隔件位移於該滑孔18之軸線L2方向。
襯墊安裝槽24係形成於該活塞13之外周緣,而有一彈性橡膠材質製成之環形或環狀襯墊26係安裝於該襯墊安裝槽24內。藉著該襯墊26,使得該活塞13之外部周緣表面與滑孔18之內部周緣表面間之介面得以密封。其次,活塞桿28之基端部係連接至該活塞13,而該活塞桿28之末端部則穿透阻塞該滑孔18之一端之桿蓋30,並延伸於該滑孔18之外部。
一在桿蓋30之內部周緣表面與活塞桿28之外部周緣表面之間形成密封效果之密封件34係安裝在桿蓋30之內部周緣表面上所形成之環形槽32。此外,另一在桿蓋30之外部周緣表面與滑孔18之內部周緣表面之間形成密封效果之密封件38係安裝在桿蓋30之外部周緣表面上所形成之環形槽36。
再者,經由該兩個通口14、16,交替地來回供應及排出例如壓縮空氣或類似者之加壓流體至兩個壓力室20、22內部,使得活塞13在滑孔18之軸線L2上往復地移動,因而促使活塞桿28前進或縮回。在有些情形中,活塞13係受到橫向負荷。該橫向負荷經定義為一側邊力(即第1圖中箭頭A所指示方向之力),其自與活塞桿28末端連接之工作件經由該活塞桿28而作用於活塞13上,藉此該力傾向於轉移或偏斜該活塞13之軸線L1而使之離開該滑孔18之軸線L2。
第2圖係第1圖之部分放大圖,且是片段之斷面圖,顯示該襯墊26及其鄰近處當沒有橫向負荷施加於該活塞13時之情形。
如第2圖所示,該襯墊安裝槽24係由三個側邊所圍繞之溝槽,其包括左、右側邊壁29a、以及溝槽底部29b。左、右側邊壁29a分別構成平面,而與該活塞13之軸線L1呈垂直,且互相平行設置。該溝槽底部29b構成與該活塞13之軸線L1方向平行對齊之平面。因此,該襯墊安裝槽24整體上有均勻一致之槽溝寬度及槽溝深度。在該活塞13之外周緣上,設有小直徑部40,其係在該襯墊安裝槽24之兩側沿著方向軸線L1延伸。小直徑部40之外徑較之於該活塞13最遠周緣表面39之外徑為小。
此外,該襯墊26係由彈性材質(例如橡膠材質)製成之環狀密封件42、以及由安裝在密封件42外周緣之兩個支撐環44所構成。
該密封件42係安裝於該活塞13之襯墊安裝槽24內,而具有一外周緣與一內周緣,以及沿著軸線L1方向之兩側的側邊表面43,且各側邊表面43係呈互相平行配置。密封件42之外周緣形成有密封突出部46,其總是與該滑孔18之內周緣表面接觸著;並形成有兩個位於密封突出部46兩側之肩部48,其等係自該襯墊安裝槽24朝外突伸;並形成有其斷面成U形的凹陷溝槽50,而介於肩部48與密封突出部46之間。
該密封突出部46係在該襯墊26上沿著軸線方向形成於實質***位置,並在周緣方向上沿著整個襯墊26之周緣徑向朝外突伸。如第2圖之假想線所指示,該密封突出部46之最外周緣在自然狀態(亦即在沒有壓縮負荷施加於襯墊26之狀態下,因而襯墊26並未變形)下有一斷面為實質圓弧之構形。
再者,各肩部48所構成之表面係平行於該活塞13之軸線L1方向,且各肩部48之外徑實質上相同。換言之,該活塞13之軸線L1至各肩部48之距離彼此相同。在沒有橫向負荷施加於該活塞13之狀態下,各肩部48之外徑係小於該密封突出部46之外徑,但是大於該活塞13之小直徑部40之外徑。
兩個支撐環44係由低摩擦材料所製作,因此,兩個支撐環44(更確切而言即支撐表面52)與該滑孔18之內周緣表面間之摩擦係數小於該密封件42(更確切而言即密封突出部46)與該滑孔18之內周緣表面間之摩擦係數。此低摩擦材料包括一具有低抗摩擦及磨損特性之人造樹脂,例如聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、或金屬材料。
兩個支撐環44係分別置於該密封突出部46之兩側,各支撐環44之其中一端係鄰近於或抵靠著該密封突出部46之一側表面,而各支撐環44之另一端則自該密封件42之一側表面43沿軸向突伸。支撐環44具有支撐表面52,其等係在支撐環44外周緣上平行於該活塞13之軸線L1方向。
支撐環44具有在內周緣呈U形斷面之卡合突出部54,藉著卡合突出部54卡合於凹陷溝槽50內,支撐環44得以安裝於該密封件42上,俾圍繞著肩部48之外周緣。
在該密封件42之內周緣上,形成作為密封用而斷面呈半圓形之內周緣突出部56,以便與該襯墊安裝槽24之溝槽底部29b彈性接觸。該內周緣突出部56係置於沿著該活塞13之軸線L1方向之位置,而相當於該密封突出部46之位置,更確切而言係置於該密封件42之內周緣之中心位置。該內周緣突出部56之寬度與高度係小於該密封突出部46之寬度與高度。
此外,在該密封件42之內周緣之內周緣突出部56之兩側,設有抵靠表面47。該抵靠表面47之某些部分在該內周緣突出部56受到壓縮並朝著該襯墊安裝槽24之溝槽底部29b擠壓時,會與該溝槽底部29b抵靠(參見第4圖)。在該活塞13並未安裝於該滑孔18之狀態下,該抵靠表面47係與該活塞13之軸線L1方向平行之表面,且當此時,在該內周緣突出部56兩側之兩個抵靠表面47之外徑係彼此相等。
該內周緣突出部56亦可設置於其他位置,而不同於該密封突出部46在活塞13之軸線L1方向之位置。
根據本實施例之流體壓力裝置10基本上係經建構為如上所述,而以下則敘述其操作及作用。
如第2圖所示,當橫向負荷並未施加於該活塞13時,該密封突出部46係抵靠著該滑孔18之內周緣表面,然後受到彈性壓縮而變形。該密封突出部46由於彈性壓縮所產生之變形量在該軸線附近之整個周緣係實質上一致。再者,支撐環44之外周緣表面係與該軸線附近之整個周緣之滑孔18之內周緣表面抵靠著。此時,支撐環44之突出端之內周緣表面並不與該活塞13之外周緣抵靠,亦即與該活塞13之外周緣並不接觸。
在如第2圖所示之狀態下,該活塞13沿著該滑孔18之軸線L2方向而往復移動,因而支撐環44之外周緣表面位移而使支撐環44之支撐表面52與該滑孔18之內周緣表面接觸,亦即產生滑動。在此情形下,由於支撐環44係由低摩擦材料所製作,因此各支撐表面52與滑孔18之內周緣表面間之摩擦阻力相當小,故該活塞13持續地順暢且穩定地操作著。
如第3圖所示,在一小橫向負荷朝以箭頭A所示之方向施加於該活塞13之情形下,該活塞13之軸線L1係與滑孔18之軸線L2呈傾斜θ之角度。不過,支撐環44之軸線L1係與滑孔18之軸線L2保持平行。因此,支撐環44之支撐表面52與該滑孔18之內周緣表面間之接觸狀態係與第2圖所示之狀態相同,且該密封突出部46因彈性壓縮之變形量亦與第2圖所示之狀態相同。其次,縱然在小的橫向負荷施加於該活塞13之情形下,由於支撐環44之外周緣表面係與該滑孔18之內周緣表面呈面接觸,但兩者間之滑動阻力被避免過度增加,也因此該活塞13持續地順暢且穩定地操作著。
如第4圖所示,在大的橫向負荷朝以箭頭A所示之方向施加於該活塞13之情形下,支撐環44之內周緣表面係與該活塞13之外周緣表面(亦即第4圖所示之小直徑部分40)抵靠著。另一方面,由於支撐環44之支撐表面52係徑向位於該活塞13之最外周緣以外,所以該活塞13之外周緣與該滑孔18之內周緣表面並不接觸。因此,支撐環44避免了該活塞13與該滑孔18之內周緣表面接觸。
在此狀態下,支撐環44之支撐表面52與該滑孔18之內周緣表面間之接觸狀態係與第2圖與第3圖所示之狀態相同,且因此該密封突出部46因彈性壓縮之變形量亦與第2圖與第3圖所示之狀態相同。再者,縱然在大的橫向負荷施加於該活塞13之情形下,由於支撐環44之外周緣表面係與該滑孔18之內周緣表面呈面接觸的情況,故兩者間之滑動阻力被避免過度增加,也因此該活塞13持續地順暢且穩定地操作著。
如上所述,根據本實施例之流體壓力裝置10,當橫向負荷施加於該活塞13時,支撐環44之部分內周緣係與該活塞13之部分外周緣接觸,因而規制該活塞13之橫向位移。是故,該密封件42之密封突出部避免了過度變形,且該活塞13亦免於與該滑孔18之內周緣表面接觸。如上所述,由於各支撐環44至少有相當於習知耐磨環(wear ring)之作用,因而無須在活塞13上沿著活塞13之軸線L1方向上間隔地設置個別之耐磨耗環搭配著該襯墊26。所以,本發明之結構簡單,且亦可抑制活塞13在軸線L1方向上尺寸之增加。
藉由上述之結構,支撐環44在其內周緣上包括有卡合突出部54,因此藉著卡合突出部54卡合於凹陷溝槽50內,支撐環44係安裝於該密封件42上,俾圍繞著各肩部48之外周緣。結果,支撐環44可更容易地安裝於該密封件42上。
再者,藉由上述之結構,無論是否橫向負荷施加於該活塞13上,支撐環44總是接觸著該滑孔18之內周緣表面,而且該密封突出部46之變形量在各種狀態下皆相同。因此,無論是否橫向負荷施加於該活塞13上,該密封突出部46與該滑孔18間之接觸表面壓力與接觸區域皆相同。是故,控制該活塞13之滑動阻力變得較為容易。
再者,該密封件42在內周緣上包括該密封內周緣突出部56,其係與該襯墊安裝槽24之溝槽底部29b彈性接觸。因此,在該密封件42之內周緣與該襯墊安裝槽24之溝槽底部間之介面即得以密封,而有效地阻擋其間之流體流動。
第5圖係根據本發明第一改變型態之襯墊26a以及其鄰近位置之片段斷面圖,在上述之實施例中,雖然在該密封件42之外周緣上之凹陷溝槽50以及在支撐環44內周緣之突出部54係形成U形斷面,然而凹陷溝槽50及突出部54可形成其它形狀。舉例而言,如第5圖所示之密封件42a與支撐環44a,凹陷溝槽50a內之槽表面接近於肩部48a,而且對應於槽表面之突出部54a之側邊表面可形成為垂直於該密封件42a之軸線之平坦表面。該襯墊26a之結構除了上述部分外係相同於第2圖所示之襯墊26。
根據本發明第一改變型態之結構,支撐環44a可確實地與該密封件42a卡合。或者,凹陷溝槽50a內之左及右槽表面可形成為彼此平行之平坦表面,而其底部表面可設置為與活塞13之軸線平行。突出部54之斷面形狀可形成為與凹陷溝槽50a類似之溝槽構形。
而且,如第6圖所示之第二改變型態之襯墊26b,複數個孔60可間隔地形成於每個支撐環44b之周緣上。在第6圖中,各孔60係均等地間隔設置。各孔60係沿延伸穿過支撐環44b之厚度方向。亦可替代該等孔60,而將凹槽以間隔方式形成在第2圖至第4圖所示之支撐環44的外周緣表面上,或者是形成於第5圖所示之支撐環44a之外周緣表面上。該等凹槽係形成為孔狀(凹痕),而不穿透支撐環44、44a之厚度方向。
該等孔60或凹槽具有將油脂(grease)留置於其內之功能,因此藉著將油脂留置於其內部,即可長期間維持支撐表面52a與滑孔18之內表面間之適當滑動性。
在前述的敘述中,流體壓力缸10A被顯示為流體壓力裝置10之一個範例。然而,該流體壓力裝置10也可包括流體轉換閥,其中流體通道係藉利用一閥心而進行切換,該閥心係沿著形成於外殼12內之滑孔18內部而滑動。在本實施例中,該閥心形成了該分隔件。
在上述實施例以及第一、第二改變型態中,已經解釋過有關支撐環44(44a、44b)設置在該密封突出部46兩側之情形。不過,支撐環亦可設在該密封突出部46之一側。在此情形下,肩部48只能夠設置於設有該支撐環44之該側上。
雖然本發明若干較佳實施例已經詳細圖示及敘述,但本發明並部受限於上述之實施例,且應可瞭解的是,在不偏離附件申請專利範圍之範疇下,仍然可對本發明做各種改變及變化。
10、10A...流體壓力裝置
12...外殼
13...活塞
14...通口
16...通口
18...滑孔
20、22...壓力室
24...襯墊安裝槽
26、26a、26b...襯墊
28...活塞桿
29b...溝槽底部
30...桿蓋
32、36...環形槽
34、42、42a...密封件
40...小直徑部
43...側邊表面
44、44a、44b...支撐環
46...密封突出部
47...抵靠表面
48、48a...肩部
50、50a...凹陷溝槽
52...支撐表面
54、54a...卡合突出部
56...內周緣突出部
60...孔
θ...角度
A...箭頭
L1...軸線
L2...軸線
X...箭頭
第1圖係根據本發明實施例之一流體壓力裝置之部分剖面側視圖;
第2圖係一片段之斷面圖,顯示當無橫向負荷施加於活塞時,一襯墊及與其鄰近位置;
第3圖係一片段之斷面圖,顯示當一小的橫向負荷施加於活塞時,一襯墊及與其鄰近位置;
第4圖係一片段之斷面圖,顯示當一大的橫向負荷施加於活塞時,一襯墊及與其鄰近位置;
第5圖係一片段之斷面圖,顯示根據本發明第一改變型態之一襯墊以及與其鄰近位置;以及
第6圖係一片段之斷面圖,顯示根據本發明第二改變型態之一襯墊以及與其鄰近位置。
12...外殼
13...活塞
18...滑孔
24...襯墊安裝槽
26...襯墊
28...活塞桿
29a...左、右側邊壁
29b...溝槽底部
39...周緣表面
40...小直徑部
42...密封件
43...側邊表面
44...支撐環
46...密封突出部
47...抵靠表面
48...肩部
50...凹陷溝槽
52...支撐表面
54...卡合突出部
56...內周緣突出部
L1、L2...軸線
Claims (4)
- 一種流體壓力裝置(10),包含:外殼(12),包括形成於其中之滑孔(18);分隔件(13),其係沿著該滑孔(18)之內部而朝軸向移動;以及襯墊(26、26a、26b),係安裝於該分隔件(13)之外周緣上;其中,該襯墊(26、26a、26b)包含由彈性材料製成之環狀密封件(42、42a),以及由低摩擦材料製成之至少一個支撐環(44、44a、44b),該密封件(42、42a)係安裝於形成在該分隔件(13)之外周緣上之環狀襯墊安裝槽(24)內,而該至少一個支撐環(44、44a、44b)係裝設於該密封件(42、42a)之外周緣上;該密封件(42、42a)在其外周緣上包括:密封突出部(46),該密封突出部(46)接觸該滑孔(18)之內周緣表面;以及形成於該密封突出部(46)之至少一側上之至少一個肩部(48),且其係自該襯墊安裝槽(24)朝外突出;該至少一個支撐環(44、44a、44b)係設於該密封突出部(46)之至少一側上,且自該密封件(42、42a)沿著其軸向突出;以及該至少一個支撐環(44、44a、44b)包括支撐表面(52、52a),其係在支撐環外周緣上平行於該分隔件(13)之軸向;以及其中,當橫向負荷並未施加於該分隔件(13)時,該 密封突出部(46)係被施壓抵靠著該滑孔(18)之內周緣表面,藉此經彈性地壓縮而變形,而該至少一個支撐環(44、44a、44b)之該支撐表面(52、52a)與該滑孔(18)之內周緣表面接觸,同時該至少一個支撐環(44、44a、44b)之內周緣表面係面向該分隔件(13)之外周緣且不與該分隔件(13)之外周緣接觸;以及當至少某一量之橫向負荷施加於該分隔件(13)時,該密封突出部(46)係被施壓抵靠著該滑孔(18)之內周緣表面,藉此經彈性地壓縮而變形,而該至少一個支撐環(44、44a、44b)之該支撐表面(52、52a)與該滑孔(18)之內周緣表面接觸,同時該至少一個支撐環(44、44a、44b)之內周緣表面接觸該分隔件(13)之外周緣。
- 如申請專利範圍第1項所述之流體壓力裝置(10),其中,該密封件(42、42a)在其外周緣進一步包括:至少一個凹陷溝槽(50、50a),其係介於該至少一個肩部(48)與該密封突出部(46)之間;該至少一個支撐環(44、44a、44b)進一步包括設於其內周緣上之供卡合之至少一個突出部(54、54a);以及藉著將該至少一個突出部(54、54a)卡合於該至少一個該凹陷溝槽(50、50a)內,該至少一個支撐環(44、44a、44b)即裝設於該密封件(42、42a)上,俾圍繞著該至少一個肩部(48)之外周緣。
- 如申請專利範圍第1項所述之流體壓力裝置(10),其 中,無論是否有橫向負荷施加於該分隔件(13)上,該密封突出部(46)之由於彈性壓縮造成的變形量係相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之流體壓力裝置(10),其中,該密封件(42、42a)在內周緣上形成用於密封的內周緣突出部(56),其係與該襯墊安裝槽(24)之溝槽底部彈性接觸。
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