CN101408269A

CN101408269A - 用于流体的层叠结构

Info

Publication number: CN101408269A
Application number: CNA2008101699427A
Authority: CN
Inventors: 峰岸敬一; 吉田安德; 和田光司; 川村阳一
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP2009097520A; CN101408269B; DE102008050933B4; US20090098407A1; JP5252264B2; DE102008050933A1; US7923124B2

Abstract

一种用于流体的层叠结构(10)由第一块构件(12)、中间构件(14)和第二块构件(16)依次堆叠在一起形成，然后各构件互相接合。此外，通过设置中间构件(14)的弹性常数大于第一块构件(12)和第二块构件(16)的弹性常数，形成在所述第一块构件(12)中的槽(18)的变形可以被最小化。

Description

用于流体的层叠结构

技术领域

本发明涉及一种在其中形成有流体通道的用于流体的层叠结构。更具体地说，本发明与用于流体的层叠结构有关，在其中，中间构件被插在金属块构件之间以在其中形成流体通道，其中，中间构件的弹性常数大于金属块构件的弹性常数，并且进一步地其中构件通过扩散结合或焊接彼此接合在一起。

背景技术

相关技术说明

为了将压力流体传送到要求位置并驱动流体操作设备，在压力流体供给源(例如负压供给源)和流体操作设备之间布置有流体通道。通过在金属或树脂块中钻孔，并在其中通过光刻或在某些情况下通过冲压的方法形成槽来设置这类流体通道。近年来，根据缩小空间和各种设备布置条件的需要，已经采用在块体内部的三维空间中发展流体通道的结构，并针对这类需要，采用了一种组成块体的多个块彼此相互堆叠或层叠的结构。

在这类用于流体的层叠结构中，已经采用各种方法用于连接堆叠和层叠在一起的多个块。

例如：已知的有用镁粉末等粘合多个铝合金构件的表面，和在其上进行扩散结合的方法(见日本公开专利公布第2001-262331和08-033990号，和N.松本等，“5052和6063A1合金的电连接”，2006，日本金属学会，演讲大纲系列(第139届会议)，日本金属学会，2006.9.16)，其中，镀层形成在与另一个块构件扩散结合的连接基底材料的粘合表面上(见日本公开专利公布第06-218559号)。进一步地说，已知可在铝构件和铜构件之间的接合表面形成银层，以用于连接两个构件(见日本公开专利公布第2005-052885号)。

然而，利用上述参考文献所公开的技术构思，这样的构件在其中形成有流体通道的状态下与其他的构件相连接时，存在这种的流道被另一个构件弄变形的情况。利用这种变形的流道，例如，流体阻力发生改变，难以以想要的压力(例如在给定的真空或者负压情况下)驱动和控制流体压力设备。另外，当构件由合成树脂形成时，其强度较差，此外，经过数年后，取决于环境条件，容易发生顺时变化(timewise change)，同时其功能可能改变。

发明内容

考虑到上述的问题，提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种用于流体的层叠结构，在这种结构中，块构件被堆叠，在流体流道形成在其内部的情况下，这种流道的变形能够抑制到最小程度。此外，层叠结构的强度高，耐用性好，并且流体压力设备能够在要求条件下被驱动或控制。

根据本发明的用于流体的层叠结构特征为堆叠两个或更多块构件的层叠结构，其中，彼此邻近的各块构件的弹性常数不同。

用于流体的层叠结构可以包括三个块构件(由第一块构件、中间构件和第二块构件组成)。其中第一块构件中间构件和第二块构件依次堆叠在一起并互相连接在一起，此外，其中中间构件的弹性常数设为大于第一块构件和第二块构件的弹性常数。

优选地，通过焊接或通过扩散结合连接每个构件。此外，当第一和第二块构件由轻质金属或轻质金属合金制成，优选为铝-镁-硅基合金，中间构件由轻质金属或轻质金属合金制成，更适宜为铝-铜-镁基合金时，能够获得既重量轻又耐用性好的效果，因为中间构件在弹性方面比流道和第一及第二块构件更优越，所以能够维持更高的强度，同时耐用性还很好。

根据本发明的层叠结构，通过依次层叠第一块构件、中间构件和第二块构件，当中间构件的弹性常数设为大于第一块构件和第二块构件的弹性常数时，形成在第一块构件中的流道的变形能够最小化，并且能够获得其中具有高精度流道的用于流体的层叠结构。当结合通过图解实例显示本发明的最佳实施例的附图时，通过以下说明，本发明上述及其他目的特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的用于流体的层叠结构的分解立体图；

图2为根据本发明的实施例的用于流体的层叠结构的轮廓立体图

图3A为表明沿图2的II-II线的剖面的X轴方向位移分布的模拟效果的说明图，其中压缩位移量为3mm；

图3B为表明沿图2的II-II线的剖面的X轴方向位移分布的模拟效果的说明图，其中压缩位移量为6mm；

图3C为表明与本发明的层叠结构相同厚度的板的剖面的X轴方向位移分布的模拟效果的说明图，其中压缩位移量为3mm；

图4A为表明沿图2的II-II线的剖面的等效应力分布的模拟效果的说明图，其中压缩位移量为3mm；

图4B为表明沿图2的II-II线的剖面的等效应力分布的模拟效果的说明图，其中压缩位移量为6mm；

图4C为表明与本发明的层叠结构相同厚度的板的剖面的等效应力分布的模拟效果的说明图，其中压缩位移量为3mm；

图5为在附着有电磁阀之前进行预处理的用于流体的层叠结构轮廓立体图；

图6A和6B为附着有电磁阀的用于流体的层叠结构的轮廓立体图；和

图7为构成本发明实施例的修改实例的用于流体的层叠结构的分解立体图。

具体实施方式

最佳实施例说明

下面，将参照本发明的实施例的相关附图给出详细说明。图1为用于流体的层叠结构10的分解立体图，而图2为图1所示的层叠结构10的解释性立体图。

如图1所示，用于流体的层叠结构10由第一块构件12、中间构件14和第二块构件16组成。第一块构件12由金属板制成，优先选用铝或铝合金，并且更优先选用根据JIS(日本工业标准)标准的6000系列铝合金。JIS 6000系列铝合金主要由铝、镁和硅的成分组成。压力流体所流经的槽18至24和泄放孔26形成在第一块构件12中。

此外，中间构件14由金属板制成，优先选用铝或铝合金，并且更优先选用根据JIS标准的2000系列铝合金。JIS 2000系列铝合金主要由铝、铜和镁的成分组成。进一步地说中间构件14的弹性常数大于第一块构件12的弹性常数，并且更优选地，中间构件14的纵向弹性常数和横向弹性常数两个都大于第一块构件12的纵向和横向弹性常数。

中间构件14中形成有通孔。通孔30与槽18在槽18的一端部18a相通，通孔32在槽20的一端部20a与槽20相通，通孔34在槽22的一端部22a与槽22相通，通孔38与三叉槽24在其端部24a相通。此外，通孔42在槽22的另一端部22b与槽22相通，而通孔44与槽24在形成在槽24的其他端之一的另一端部24b相通。而且，通孔46在槽18的另一端18b与槽18相通，通孔48与槽24在其另一端部24c相通，该端部24c形成在槽24的另外几端之一处，通孔50与槽20相通于形成在槽20中间的其弯曲部20b。此外，通孔52在槽20的另外一端的其端部20c与槽20相通，通孔54与泄放孔26相通，通孔56在槽部的端部18c与槽18相通，该端部18c在槽18的中间位置分支出来。流体通道由第一块构件12的槽18、20、22、24和中间构件14的下表面57形成。

第二块构件16由与第一块构件12相同的材料制成。入口孔58、出口孔60和排气孔62形成在第一块构件12中。流体经过的三叉槽64形成在第二块构件16的下表面部63上。入口孔58借助于通孔30与槽18在其端部18a相通，出口孔60借助于通孔32与槽20在其端部20a相通，排气孔62借助于通孔34与槽22在其端部22a相通。此外，在槽64的一端处的端部64a与通孔38相通，在槽64另一端的端部64b与通孔36相通，在槽64另外一端的端部64c与通孔40相通。从而，流体流道由中间构件14的上表面65和第二块构件16的槽64形成。

根据本发明的实施例的用于流体的层叠结构10基本上如上所述构成。第一块构件12、中间构件14和第二块构件16依次堆叠(图1中的Z轴方向)并通过扩散结合互相接合。当层叠结构10置于高温下时，通过在Z轴方向上施加压力进行这种扩散结合。通过扩散结合第一块构件12、中间构件14和第二块构件16而获得的用于流体的层叠结构10如图2所示。

图3A和3B为表示压力施加于用于流体的层叠结构10的情况下，沿图2的II-II线的剖面上的X轴方向位移分布的模拟效果的说明图，图3A显示Z轴方向压缩位移量为3mm的情况，图3B显示Z轴方向压缩位移量为6mm的情况。图3C为表示Z轴方向压缩位移量为3mm的情况下，沿Z轴方向的剖面上的X方向位移分布的模拟效果的说明图，板和层叠结构10的厚度相同并且由JIS 6000系列合金形成。

图4A和4B为表示压力施加于用于流体的层叠结构10的情况下，沿图2的II-II线的剖面上的等效应力分布的模拟效果的说明图，图4A显示Z轴方向压缩位移量为3mm的情况，图4B显示Z轴方向压缩位移量为6mm的情况。图4C为表示Z轴方向压缩位移量为3mm的情况下，沿Z轴方向的剖面上的等效应力分布的模拟效果的说明图，其中板与层叠结构10的厚度相同并且由JIS 6000系列合金形成。在这种情况下，等效应力由X轴方向和Y轴方向的均方表示。

通过图3A至3C和图4A至4C所示的模拟结果，比较实现扩散结合所需的压力值变化的情况下X轴方向的位移和等效应力。

关于位移量，集中考虑在其中形成槽的第一块构件12的上表面附近的位移，对于位移量为0.143×10-3(mm)或以下的小位移区域来说，在压缩位移量为3毫米的情况下，如图3A所示，小位移区域在宽度方向占大约50％。在压缩位移量为6mm的情况下，如图3B所示，小位移区域在宽度方向占大约25％。在如图3C所示的情况下，压缩位移量也为3mm，小位移区域在宽度方向占大约12％。如同能够从图3A和3B了解的那样，在具有相同三个分层结构的用于流体的层叠结构10中，与压缩位移量为6mm的情况相比，在压缩位移量为3mm的情况下能够获得大致两倍大的小位移量区域。此外，如同能够从图3A和3C所能理解的那样，即使当压缩位移量同为3mm时，在用于流体的层叠结构10中，能够获得大致为由单一材料形成的板的四倍大的小位移区域。

此外，关于等效应力，集中考虑在其中形成槽的第一块构件12的上表面附近的位移，对于等效应力为0.477×1010(Pa)或以下的低应力区域来说，在压缩位移量为3mm的情况下，如图4A所示，低应力区域在宽度方向占大约90％。在压缩位移量为6mm的情况下，如图4B所示，在宽度方向上根本不存在低应力区域，整个区域被0.718×1010(Pa)或更大的等效应力占据。在图4C所示的情况下，压缩位移量也为3mm，低应力区域在宽度方向占大约50％。

如同能够从图4A和4B了解的那样，在具有相同三个分层结构的用于流体的层叠结构10中，在压缩位移量为3mm的情况下，能够获得低应力区域。然而，当压缩位移量为6mm时，不能获得低应力区域。此外，如同能够从图4A和4C所能理解的那样，即使当压缩位移量都为3mm，在用于流体的层叠结构10中，能够获得大致为由单一材料形成的板的两倍大的低应力区域。

据此，在用于流体的层叠结构10中，当选择弹性常数比较小的材料用于第一块构件12和第二块构件16时，也就是说，当选择由软材料形成的第一块构件12和第二块构件16时，反之，另一方面，选择弹性常数比较大的材料用于插入第一块构件12和第二块构件16之间的中间构件14，也就是说，当选择其中堆叠的硬质材料的结构时，可以使得中间构件14与第一及第二块构件12之间的位移量和应力减少。作为其结果，形成在第一块构件12和第二块构件16中的流道的变形能够抑制到最小，能够获得精度高并且耐用性好的其中具有流道的用于流体的层叠结构10。

下面，说明关于譬如附着在用于流体的层叠结构10上的电磁阀和用于流体的层叠结构10一起使用的情况的处理过程。图5为在具有附着于其上的电磁阀之前进行预处理的用于流体的层叠结构10轮廓立体图；图6A和6B为附着有电磁阀的用于流体的层叠结构10的轮廓立体图。

对于用于流体的层叠结构10，首先，如图5所示，第二块构件16被切割，使得角部的一部分大半被挖出。接着，组成通孔的连接孔66a、66b形成第二块构件16的上表面上，随其一起形成的通孔68在槽64的端部64b与槽64相通。此外，为了附接相对于入口孔58和出口孔60的连接器，进行扩大直径处理。

接着，螺丝孔70a至70d和连接孔72a至72c形成在中间构件14中，以便能够固定电磁阀。在这种情况下，与泄放孔26相通的槽74形成在层叠结构10的第一连接构件12的下表面，同时形成连接孔(未显示)，稍后将说明。

接着，连接器76a安装在入口孔58中，连接器76b安装在出口孔60中，连接器76c安装在通孔68中。在这种情况下，电磁阀78a布设在对应于连接孔72a的位置，电磁阀78b布设在对应于连接孔72b的位置，电磁阀78c布设在对应于连接孔72c的位置。螺钉80a拧进螺丝孔70a，螺钉80b拧进螺丝孔70b，螺钉80c拧进螺丝孔70c，螺钉80d拧进螺丝孔70d。另外，压板82布置在电磁阀78c的侧面部。通过这种方式，电磁阀78a至78c附着到中间构件14上。在电磁阀78a内部的电磁阀元件(未显示)被驱使开启和关闭通孔42、44，电磁阀78b内部的电磁阀元件(未显示)被驱使开启和关闭通孔46、48、50，电磁阀78c内部的电磁阀元件(未显示)被驱使开启和关闭通孔52、54、56。此外，传感器84布置在第一块构件12的下表面上，用于检测流过通孔36和40的流体的流量和流体压力。

在其上已经附有电磁阀78a至78c的用于流体的层叠结构10中，流体从连接器76a注入，电磁阀78a至78c的阀元件(未显示)分别被驱动，随之通过打开和关闭通孔流体从连接器76b排出。

如上所述，根据本发明的实施例的用于流体的层叠结构10包括第一块构件12、中间构件14和第二块构件16，这些构件依次堆叠。另外，通过设置中间构件14的弹性常数大于第一块构件12和第二块构件16的弹性常数，形成在第一块构件12中的槽18、20、22、24的变形能够被最小化，能够获得其中形成有高精度流道的用于流体的层叠结构10。下面，说明根据本发明的实施例的修改实例的用于流体的层叠结构1OA。图7是显示为上述的层叠结构10的修改实例的用于流体的层叠结构1OA的分解立体图。

在图5、6A和6B所示的层叠结构10中，虽然连接孔66a、66b等在第一块构件12、中间构件14和第二块构件16扩散结合之后形成，但是只要第一块构件12、中间构件14和第二块构件16能够可靠地扩散结合在一起，用于流体的层叠结构1OA还可以在连接孔66a、66b形成在第一块构件12、中间构件14和第二块构件16中之后通过扩散结合形成。更具体地说，槽18、20、24、泄放孔26、连接孔66c、66d和用于其中安装传感器84的连接口86形成在第一块构件12中，另外槽74形成在其下表面上。接着，通孔、连接孔66e、66f、螺丝孔70a至70d和连接孔72a至72c形成在中间构件14中。此外，入口孔58、出口孔60、排气孔62、连接孔66g、66h和通孔68形成在第二块构件16中。然后，用于流体的层叠结构1OA可以由第一块构件12、中间构件14和第二块构件16依次堆叠形成，并把这些构件扩散结合在一起。

此外，上述用于流体的层叠结构10设置有由三个构件组成的三个分层结构。然而，本发明不局限于此结构。例如，层叠结构可以由第一块构件12第二块构件16二者之一与中间构件14组成的两个构件形成。此外，层叠结构还可以包含由四个或四个以上构件组成的多层结构。

而且，上述用于流体的层叠结构10的每个构件通过扩散结合互相接合在一起。然而，本发明不局限于此粘合方法。例如：构件还可以通过诸如压力焊接、加压焊等焊接方法相连接。

本发明不局限于上述的实施例。当然，在不偏离本发明基本特征和要点的情况下，可以采用各种的其他的结构和构造。

Claims

1.一种用于流体的层叠结构(10)，其特征在于，包括：

两个或更多的块构件(12、16)，这些块构件堆叠在一起形成所述层叠结构(10)，

其中彼此邻近的所述块构件(12、16)的各自的弹性常数不同。

2.根据权利要求1所述的用于流体的层叠结构(10)，其特征在于：其中，所述两个或更多块构件(12、16)包含由第一块构件(12)、中间构件(14)和第二块构件(16)组成的三个块构件，其中所述第一块构件(12)、所述中间构件(14)和所述第二块构件(16)依次堆叠在一起，并互相接合，此外，其中所述中间构件(14)的弹性常数设为大于所述第一块构件(12)和所述第二块构件(16)的弹性常数。

3.根据权利要求2所述的用于流体的层叠结构(10)，其特征在于：其中所述块构件(12、14、16)通过焊接彼此相接合。

4.根据权利要求2所述的用于流体的层叠结构(10)，其特征在于：其中所述块构件(12、14、16)通过扩散结合彼此相接合。

5.根据权利要求2所述的用于流体的层叠结构(10)，其特征在于：其中所述第一和第二块构件(12、16)由轻质金属或轻质金属合金制成，并且更适宜由铝-镁-硅基合金制成。

6.根据权利要求2所述的用于流体的层叠结构(10)，其特征在于：其中所述中间构件(14)由轻质金属或轻质金属合金制成，并且更适宜由铝-铜-镁基合金制成。