CN101506533B - 用于流体压力装置的密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封机构(26)，该机构通过梯状部(42)装设于构成缸装置(10)形体的缸筒(16)的一个端部。所述梯状部(42)位于密封机构(26)与缸筒(16)之间，所述密封机构(26)被夹持在所述缸筒(16)与杆盖(18)之间。密封机构(26)包括由金属材料制成的薄板(68)和附着于该薄板(68)一侧表面的密封构件(70)。薄板(68)与密封构件70一体设置。

Description

用于流体压力装置的密封结构
技术领域
本发明涉及一种在流体压力装置中使用的密封结构，在所述的流体压力装置中，活塞在被供应的压力流体的作用下沿轴向是可移位的。
背景技术
迄今为止，流体压力装置已作为传动机构(actuatingmechanism)用于传输和定位工件以及用于驱动各种类型工业机器的起动机构。作为这样一种流体压力装置，在日本专利公开公报第10-002304号中，本申请人提出了一种配备有活塞的流体压力装置，在压力流体的按压作用下，所述的活塞可移位。
所述的流体压力装置包含活塞，该活塞在管状缸体内是可移位的，且活塞杆与该活塞相连接。另外，形成缸体开口的两个端部分别被盖构件封闭。此外，活塞杆贯穿设置在其中一个盖构件中的孔，借助安装在该孔内圆周表面上的衬垫构件(packingmember)，所述缸体维持气密状态。而且，所述活塞杆通过套筒被可滑动地保持。另一方面，O型密封圈安置在盖构件上的环形槽内，以便通过O型密封圈抵靠缸体的内壁表面来保持汽缸体内部的气密性。
发明内容
本发明的总体目的在于提供一种用于流体压力装置的密封结构，该结构能够简化结构且能改善其于流体压力装置上的装配。
在依本发明用于流体压力装置的封闭结构中，活塞在供应到缸筒的缸室内的压力流体的作用下沿缸室移位，用来维持缸室的气密性。
配备有密封构件的密封结构被安装在缸筒的开口端中，密封构件包括夹在缸筒和封闭开口端的盖构件之间的第一封闭元件，和围绕与活塞相连的活塞杆的外圆周表面的第二封闭元件，
其中，密封构件由弹性材料形成。
以这种方式，由弹性材料形成的密封构件被安装在构成流体压力装置的缸筒开口端与盖构件之间。第一封闭元件被夹在缸筒和缸构件之间，而第二封闭元件围绕且抵住活塞杆的外圆周表面。由于第一封闭元件的存在，缸筒和盖构件之间形成密封，从而防止压力流体泄露到外部。同样，由于第二封闭元件的存在，活塞杆和盖构件之间形成密封，从而能够防止压力流体外泄。
因此，由第一和第二密封元件构成的单一密封构件既能防止压力流体从缸筒和盖构件之间泄露，也能防止压力流体从盖构件和活塞杆之间泄露。结果，与分别独立设置衬垫和O型密封圈来维持气密性的传统流体压力装置相比，部件的数量得以减少，并且，由于密封构件具有一体化结构，其于流体压力装置上的装配也得以简化。
此外，密封构件整体安装于平板状的基体上，且与基体一起被夹在盖构件和套筒之间。因此，对由弹性材料形成的密封构件的操纵变得容易了，也改善了密封构件之于流体压力装置的装配。
而且，第一封闭元件形成有凸部，该凸部突向缸筒和盖构件中的至少一个。通过这种方式，可使所述凸部更可靠地抵住套筒和盖构件中的至少一个。结果，适宜防止了压力流体从缸筒和盖构件之间泄露，缸室的气密性得以被更可靠地维持。
更进一步，第二密封元件形成有唇部，该唇部突向并抵靠活塞杆的外圆周表面，致使当活塞杆移位时，该唇部总是滑动接触外圆周表面。正由于此，能够可靠地防止压力流体从活塞杆的外圆周表面向盖构件侧流通。
更进一步，所述唇部是由沿活塞杆位移方向分开预定距离的一对唇部形成的，其中，该对唇部在以预定角度倾斜的同时，在彼此相互分开的方向上延伸。结果，两唇部中朝缸筒侧延伸的一个适宜抵靠在活塞杆的外圆周表面，因而可以维持缸室的气密性，而朝盖构件侧延伸的另一个唇部能够适宜去除粘附在活塞杆外圆周表面的灰尘或类似物等。
借助以下说明并结合附图，本发明的上述以及其他的目的、特征和优点将更易显见，其优选实施方式是以示例的方式显示在附图中的。
附图说明
图1是应用根据本发明的实施例用于流体压力装置的密封结构的缸装置的外部立体图。
图2是图1所示缸装置的分解立体图。
图3是图1所示缸装置的整体纵剖截面图。
图4是图3中缸装置的密封机构附近的放大截面图。
图5显示的是图4中缸装置的密封机构和杆盖在分解状态下的放大截面图。
图6是从不同方向展示图2所示密封机构的立体图。
图7展示的是活塞在图3所示的缸装置中朝向杆盖侧移位状态下的整体纵剖截面图。
实现本发明的最佳实施方式
在图1中，附图标记10表示缸装置，在该缸装置中应用了根据本发明实施例用于流体压力装置的密封结构。
如图1至3所示，缸装置(流体压力装置)10由具有底部的缸筒16、杆盖(盖构件)18、缸室20a和20b、活塞22、活塞杆24和密封机构26组成。缸筒16具有彼此分开预定距离的第一和第二端口12、14，杆盖18封闭缸筒16的开口端，缸室20a、20b在缸筒16内部形成基本椭圆形的横截面，活塞22沿缸室20a、20b可移位，活塞杆24连接到活塞22的一个端侧，密封机构26设置在缸筒16和杆盖18之间，用于维持缸室20b的气密性。
缸筒16是由，比方说，金属材料形成，其中，止动螺栓30通过螺栓孔28被拧入缸筒一端的大致中心处，以便能够调节活塞22的位移量。此外，缸筒16的所述一端以栓孔28为中心在其四角形成多个通孔34。连接螺栓32分别插入通孔34。通孔34与螺孔46基本平行，通过将插入的连接螺栓32拧入杆盖18，缸筒16和杆盖18即被连在一起。而且，环形弹簧垫圈36套在连接螺栓32上，以便当紧固连接螺栓32时，弹簧垫圈36被夹在连接螺栓32和缸筒16的端面之间。
此外，第一和第二端口12、14设置在缸筒16的侧部，两者沿缸筒16的轴向(箭头A和B的方向)彼此分开预定的距离。第一和第二端口12、14通过连通通道38a、38b分别与缸室20a、20b连通。而且，第一和第二端口12、14通过管道连接到图中未示出的压力流体供应源。
另一方面，类似地，具有基本椭圆形截面的开口40形成在缸筒16的另一端，该开口40具有梯状部42，该梯状部42在基本垂直于缸筒16的轴向方向上外扩。梯状部42形成椭圆形的横截面，并且在形成于缸筒16端表面上的同时相对于缸室20a、20b扩展预定的宽度。换句好说，梯状部42形成基本椭圆的横截面，从缸筒的所述另一端朝所述的一端侧(箭头A的方向)凹进预定的深度。另外，通过在梯状部42上安装密封机构26，缸筒16的所述另一端被封闭。
杆盖18是由基本矩形平板体形成的，其大致中心处形成有杆孔44，用于穿过活塞杆24。另外，在杆盖18的四个角上，以杆孔44为中心形成有多个螺孔46，用于拧入连接螺栓32。多个螺孔46的位置在杆盖18被安置在缸筒16上时分别对应多个通孔34。另外，通过将插入缸筒16通孔34的连接螺栓32分别拧入杆盖18的螺孔46，杆盖18即与缸筒16的所述另一端相连。
此外，杆盖18在缸筒16侧形成的端面上(在箭头A的方向上)具有凹槽48，部分密封机构26插入该凹槽48中。在杆盖18中凹进预定深度的凹槽48以杆孔44为中心形成基本圆形的横截面。
与缸室20a、20b的形状相对应，活塞22形成基本椭圆形的横截面，并通过在其基本中心处形成的孔50插到活塞杆24的一端侧上(在箭头A的方向)。环形活塞衬垫52被安置在活塞22的外圆周表面上。活塞衬垫52抵靠住缸室20a、20b的内壁表面，当活塞22移位时，活塞衬垫52沿内壁表面可滑动移位。结果，在活塞22一端表面侧(在箭头A的方向)的缸室20a的气密性和在其另一端表面侧(在箭头B的方向)的另一缸室20b的气密性都能得以维持。
活塞杆24形成为具有基本恒定直径的轴状。活塞杆24的一端形成有径向减小的小径部54，该小径部54沿径向向内减小预定长度。活塞22被插在小径部54上，一道被插上小径部54的还有筒状固定器56，该筒状固定器56毗邻活塞22。另外，在固定器56被插在小径部54上之后，通过对小径部54端部施加按压力，小径部54发生塑性变形，其直径沿径向向外扩展。结果，活塞22和固定器56相对于活塞杆24的端部被紧固在一起。此外，固定器56包括爪部58，该爪部58的远离活塞22的一侧端部的直径沿径向向外扩展。
减震器62由弹性材料，比方说，尿烷或类似材料形成，安置在具有扩展直径的凸缘60上。减震器62的横截面基本呈U形，覆盖凸缘60，其中，朝活塞22(在箭头B的方向)延伸的减震器62的钩部64与固定器56的爪部58接合。结果，减震器62抵接凸缘60的端表面，与后者装为一体，从而构成活塞杆24的另一端。
另外，减震器62被设置成面对与缸筒16螺旋配合的止动螺栓30。正由于此，在活塞22的发生位移时，通过减震器62抵靠止动螺栓30，位移在活塞22和活塞杆24的轴向(箭头A和B的方向)上得到调节，同时吸收活塞杆24受到的冲击。也就是说，止动螺栓30起到止动器(stopper)的作用，用于调节活塞22的位移量。
此外，通过相对于缸筒16旋拧止动螺栓30，从而改变止动螺栓30在缸室20a(在箭头B的方向)中的突入量，就能够自由调节活塞22的位移量。而且，在止动螺栓30调整螺栓22的位移量之后，旋拧与止动螺栓30螺旋适配的锁紧螺母66，通过锁紧螺母66抵靠缸筒16的端表面防止止动螺栓30的进一步位移。
如图3至6所示，密封机构26设置在缸筒16的所述另一端和杆盖18之间。密封机构26包括截面基本呈椭圆形的平板(基体)68和设于平板68一侧表面(在箭头A的方向)的密封构件70，密封构件70夹在平板68和缸筒16之间。
平板68的厚度基本恒定，且由，比方说，金属材料形成的。其外围区域与缸筒16的梯状部42接合。此外，用于插入活塞杆24的插入孔72形成在平板68的基本中心处，该插入孔72的内圆周直径被设定成稍大于活塞杆24的直径。
上述平板68并不局限于由金属材料形成，例如，也可以由硬树脂材料形成。
与平板68的横截面形状相对应，密封构件70的横截面也基本呈椭圆形，且由弹性材料(例如，橡胶、聚氨酯树脂)形成，并通过粘合剂等粘附于平板68的侧表面。密封构件70包括设置在平板68面向活塞22一侧表面68a(在箭头A的方向)上的薄板构件(第一封闭元件)74，设置在平板68的内周区域、可滑动接触活塞杆24外圆周表面24a的衬垫(第二密封元件)76，和设置在平板68的另一侧表面68b、在面向杆盖18(在箭头B的方向上)一侧的导向构件78。
薄板构件74形成为具有基本恒定的厚度。薄板构件74的外圆周区域上形成有凸部(第一封闭元件)80(见图5)，该凸部80向活塞22侧(箭头A方向)环状突出。凸部80的位置在密封机构26被安置在缸筒16的梯状部42中时面对缸筒16的一端表面。更具体地，当包括密封构件70的密封机构26被安置在缸筒16和杆盖18之间时，凸部80在抵靠缸筒16中梯状部42端面的同时被挤压且弯折。结果，可靠地维持了缸筒16和杆盖18之间的气密情形。换句话说，在薄板构件74上的凸部80起到保持缸筒16和杆盖18之间的气密性的密封垫的作用。
凸部80的位置并不局限于设置在面朝缸筒16侧。例如，如果凸部80被设置在杆盖18一侧，或者既设在缸筒16一侧又设在杆盖18一侧，也是可以接受的。
另一方面，朝平板68侧(在箭头B的方向)延伸、基本垂直于薄板构件74延伸方向的衬垫76被设置在薄板构件74的内圆周区域上。衬垫76从平板68的一侧表面68a向另一侧表面68b穿过插入孔72，并且具有一对以预定角度朝活塞杆24突出的第一和第二唇部82和84。第一唇部82设置在薄板构件74下部，并且朝活塞22一侧(箭头A方向)突出。另一方面，第二唇部84设置在前述导向构件78的下部，并且朝杆盖18一侧(箭头B方向)突出。即，第一唇部82和第二唇部84以插入孔72中被插入的区域为中心，在彼此相互分开的方向上以预定角度突出，并且分别与活塞杆24的外圆周表面24a滑动接触。衬垫76粘附于插入孔72的内周表面。
通过第一唇部82抵靠住活塞杆24的外圆周表面24a，缸筒16外部与缸室20a、20b之间的气密性得以保持。第二唇部84起到刮刀的作用，防止在活塞杆24从缸筒16向外突出时粘附到活塞杆24上的灰尘或类似物质进入缸筒16内部。
换句好说，包括第一、第二唇部82和84的衬垫76起到杆衬垫的作用，它滑动接触活塞杆24的外圆周表面24a，能够维持缸筒16内的气密状态。
此外，导向构件78在作为衬垫76一部分的第二唇部84的外围侧沿径向向外延伸预定的半径。导向构件78形成圆盘形，粘附到平板68的所述另一侧表面68b。另外，当密封机构26被安置在缸筒16和杆盖18之间时，导向构件78容纳在杆盖18的凹槽48内。而且，导向构件78具有加固作用，可以更可靠、更稳固地将密封构件70固定到平板68上。
采用这种方式，密封构件70穿过插入孔72整体安装、覆盖在具有大致U形构造的平板68的内圆周区域上。
缸装置10的构造基本如上所述，如本发明实施例中所述的用于流体压力装置的密封结构即应用于其中。接下来，将描述密封机构26装配至缸装置10中的情形。
首先，活塞22和活塞杆24被插入缸筒16的缸室20a、20b内，并且密封机构26从活塞杆24的所述另一端侧(箭头B的方向)经插入孔72被插入，使密封构件70的薄板构件74位置处于缸筒16一侧(箭头A方向)。更具体地，活塞杆24穿过平板68的插入孔72，也穿过设在插入孔72内的密封构件70的衬垫76。正由于此，衬垫76的第一和第二唇部82、84抵靠活塞杆24的外圆周表面24a。
另外，包括密封构件70和平板68的密封机构26与缸筒16的梯状部42接合，并且形成在密封构件70的薄板构件74上的凸部80抵靠梯状部42的端表面。
最后，杆盖18从密封机构26的导向构件78一侧安装到缸筒16上，并通过将已插入缸筒16的多个连接螺栓32拧入螺孔46，密封机构26则被夹持在杆盖18和缸筒16之间。
更具体地，因为构成密封构件70的衬垫76，其第一和第二唇部82、84通常抵接在活塞杆24的外圆周表面24a，所以缸室20b的气密性得以被可靠保持，压力流体从活塞杆24和杆盖18之间的外泄也被阻止。
此外，由于构成密封构件70的薄板构件74，其凸部80抵靠在缸筒16的梯状部42，因而可靠保持了缸室20b的气密性，防止了压力流体从缸筒16和缸盖18之间泄露。
采用这种方式，借助构成密封机构26的密封构件70，既能防止压力流体从缸筒16和杆盖18之间泄露，也能防止压力流体从杆盖18和活塞杆24之间泄露。正由于此，与分开设置衬垫构件和O型密封圈来维持气密性的传统流体压力装置相比，部件的数量得以减少，并且，因为包括密封构件70的密封机构26具有一体化的结构，该机构能够轻易装配到汽缸装置10中，因而其相对于汽缸装置10的装配得以改善。与此同时，还能够改善汽缸装置10的生产和可制造性。
此外，作为将由弹性材料制成的密封构件70整体地安装在由金属材料制成的平板68上的结果，由于平板68具有预定的硬度，故与将密封构件70作为单独个体进行操作的情况相比，其装配性变得更为有利。
接下来，将简述装配有上述密封机构26的汽缸装置10是如何工作的。
首先，在图3所示的活塞在某一方向(箭头A的方向)上移位、离开杆盖18的状态下，作为压力流体从一未示出的压力流体供应源供应到第一端口12的结果，所述压力流体通过连通通道38a被导入作为缸室之一的20a中。在这种情况下，第二端口14处于与大气相通的状态。另外，在供至缸室20a的压力流体的压力作用下，活塞22与活塞杆24一起(在图B的方向上)朝杆盖18整体移位(见图7)。此时，安装在活塞22上的活塞衬垫52可靠地保持缸室20a的气密性。
接下来，在图中未示出的方向控制阀的切换作用下，被供至第一端口12的压力流体被切换至供应第二端口14。此时，第一端口12处于与大气相通的状态。另外，压力流体通过连通通道38b从第二端口14供应到另一缸室20b，在压力流体的压力作用下，活塞22在某一方向上(箭头A的方向)移位离开杆盖18。结果，活塞杆24也随与之一起移位，在此位置上，部分活塞杆24容纳在缸筒16内部。此时，构成密封机构26的衬垫76防止了被导入所述另一个缸室20b的压力流体从活塞杆24和杆盖18之间泄露，此外，薄板构件74的凸部80同样防止了压力流体从杆盖18和缸筒16之间泄露。而且，由于构成密封机构26的第二唇部84适宜去除了粘附在活塞杆24外圆周表面24a的灰尘或类似物质，此类灰尘就不会渗入缸室20b内。
最后，活塞22进一步移位，直至安装在活塞杆24的端部上的减震器62抵住止动螺栓30的一端，从而使活塞22的位移得以被调节(见图3)。
在上述密封机构26中，设有这样一种结构：起密封垫作用的薄板构件74和凸部80以及起杆衬垫作用的衬垫76相对于密封构件70一体设置。但是，本发明并不局限于这样的特征。例如，也可以设置这样的结构：沿轴向可移位地支撑活塞杆24的套筒(图中未示出)与所述密封构件70一体设置。不仅如此，密封机构26也可以与杆盖18一体设置，从而能够更加改善密封机构26在汽缸装置10上装配的简易性。
依本发明用于流体压力装置的密封结构并不局限于上述实施例，在不背离本发明实质的情况下还可采用各种其他特征和结构。

Claims (6)

1.一种用于流体压力装置(10)的密封结构，在所述的流体压力装置(10)中，活塞(22)在供至缸筒(16)缸室(20a，20b)的压力流体的作用下沿所述缸室(20a，20b)移位，所述密封结构用来维持所述缸室(20a，20b)的气密性，其特征在于，所述密封结构包括：
密封构件(70)，该密封构件安装在所述缸筒(16)的开口端(40)中，所述密封构件(70)包括：
第一密封元件(74)，该第一密封元件(74)夹在所述缸筒(16)和封闭所述开口端(40)的盖构件(18)之间，所述盖构件(18)在缸筒(16)侧的端面上具有凹槽(48)；和
第二密封元件(76)，该第二密封元件(76)围绕连接至所述活塞(22)的活塞杆(24)的外圆周表面，
其中，所述密封构件(70)是由弹性材料形成的；
所述密封构件(70)被一体安装在平板状的基体(68)上，并与所述基体(68)一起被夹在所述盖构件(18)和所述缸筒(16)之间，所述基体(68)由金属材料或硬树脂材料制成；并且
所述第一密封元件(74)形成为具有基本恒定的厚度，并且所述第一密封元件(74)与所述基体(68)从所述缸筒(16)的内周表面沿着所述缸筒(16)的径向朝向所述活塞杆(24)延伸；
所述密封构件(70)进一步包含形成于所述盖构件(18)侧的导向构件(78)，所述密封构件(70)通过该导向构件(78)被安装到所述基体(68)上；
当所述密封结构被安置在所述缸筒(16)和所述盖构件(18)之间时，所述导向构件(78)容纳在所述盖构件(18)的凹槽(48)内；并且
所述第一密封元件(74)形成有凸部(80)，该凸部(80)朝所述缸筒(16)和所述盖构件(18)中的至少一个突出；
凹进预定深度的梯状部(42)被设置在所述缸筒(16)的所述开口端(40)，所述基体(68)和所述密封构件(70)在被所述盖构件(18)夹住的同时被插入所述梯状部(42)；
当所述密封结构被安置在所述缸筒(16)和所述盖构件(18)之间时，所述凸部(80)抵靠所述梯状部(42)的端表面，以使得所述凸部(80)被沿着所述缸筒的轴向挤压而弯折。
2.如权利要求1所述的用于流体压力装置的密封结构，其特征在于，所述第二密封元件(76)形成有朝着所述活塞杆(24)的外圆周表面突出并且抵靠该表面的唇部(82，84)，从而在所述活塞杆(24)被移位时，所述唇部(82，84)总是相对于所述外圆周表面滑动接触。
3.如权利要求2所述的用于流体压力装置的密封结构，其特征在于，所述唇部(82，84)由沿所述活塞杆(24)的位移方向分开预定距离的第一唇部(82)和第二唇部(84)形成，并且，所述第一唇部和第二唇部(82，84)在以预定角度倾斜的同时，还在彼此相互分开的方向上延伸。
4.如权利要求3所述的用于流体压力装置的密封结构，其特征在于，所述第一唇部(82)设置在所述活塞(22)侧，用于维持所述活塞杆(24)和所述缸筒(16)之间的气密性，而所述第二唇部(84)设置在所述盖构件(18)侧，用于防止粘附在所述活塞杆(24)上的灰尘或者类似物质渗入所述缸筒(16)。
5.如权利要求1所述的用于流体压力装置的密封结构，其特征在于，所述密封构件(70)覆盖所述基体(68)的、面向所述活塞杆(24)的端部，使所述基体(68)的端部被所述第一密封元件(74)、所述第二密封元件(76)和所述导向构件(78)覆盖。
6.如权利要求1所述的用于流体压力装置的密封结构，其特征在于，与所述缸筒(16)的开口端(40)相对应，所述基体(68)的横截面形成为椭圆形，并且所述密封构件(70)的横截面形成为覆盖所述基体(68)端表面和内圆周区域的椭圆形。
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