CN102252093B - 流体压力设备 - Google Patents

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Abstract

在一种流体压力设备(10)中，衬垫(26)包括由弹性材料制成的环形密封构件(42)和由低摩擦系数材料制成且被安装在密封构件(42)的外圆周上的支撑环(44)。密封构件(42)在其外圆周上包括接触滑孔(18)的内表面的密封突起(46)。支撑环(44)被设置在密封突起(46)的两侧上，并且在轴向上从密封构件(42)突出。支撑环(44)的外周表面总是接触滑孔(18)的内周表面。当横向负荷不作用在用作分隔构件的活塞(13)上时，支撑环(44)的内周表面不接触活塞(13)的外圆周。当横向负荷作用在活塞(13)上时，支撑环(44)的内周表面接触活塞(13)的外圆周。

Description

流体压力设备
发明领域
本发明涉及一种流体压力缸或流体转换阀等的流体压力设备，更具体地，有关以下一种流体压力设备，在该流体压力设备中，改进的衬垫被安装到包含活塞或卷轴等的分隔构件，并且该分隔构件在限定于外壳中的滑孔的内部运动。
背景技术
流体压力缸通常包括沿着形成在外壳中的滑孔的内部在轴向上运动的活塞。由弹性橡胶材料制成的衬垫(O形环)被安装在活塞的外圆周上，从而通过衬垫，在滑孔的内圆周和活塞的外圆周之间实现密封(例如，参见日本平开专利公报第09-072310号和日本平开专利公报第2003-120602号)。
另外，在这样常规的技术中，磨损环和衬垫被设置在活塞上，该磨损环由硬度大于衬垫硬度并且可滑动性较高的材料(例如，合成树脂)制成。横向负荷在易于引起滑孔的轴和活塞的轴错位的方向上(例如，在垂直于活塞轴方向上)作用在活塞上的情况下，磨损环则会抑制活塞轴的错位，并防止由于抵靠衬垫而按压滑孔的内表面引起的衬垫的过度变形。并且，通过磨损环防止活塞的外圆周与滑孔的内圆周接触。
发明内容
然而，在这样的常规技术中，由于衬垫和磨损环都被安装到活塞上，所以部件数目众多，从而导致密封部的结构复杂。并且，由于衬垫和磨损环在活塞的轴向上被以一定间隔地设置在活塞上，所以导致活塞在轴向上的尺寸很大。
鉴于以上问题，做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种流体压力设备：所述流体压力设备包括衬垫，所述衬垫的功能是防止诸如活塞的分隔构件接触滑孔的内圆周，并且所述流体压力设备能够简化密封部的结构并且控制活塞在轴向上的尺寸增大。
为了实现上述目的，本申请的发明的特征在于，流体压力设备包括：其中形成有滑孔的外壳；沿着滑孔的内部在轴向上运动的分隔构件；安装在分隔构件的外圆周上的衬垫，其中该衬垫包括由弹性材料制成的环形密封构件，和由低摩擦系数材料制成的至少一个支撑环，密封构件被安装于形成在分隔构件的外圆周上的环形衬垫安装槽中，至少一个支撑环被安装在密封构件的外圆周上；密封构件在其外周上包括接触滑孔的内周表面的密封突起，和形成在密封突起的两侧或者一侧上并且从衬垫安装槽向外突出的至少一个肩部分；至少一个支撑环被设置在密封突起的两侧或者一侧上，并且在其轴向上从密封构件突出；并且至少一个支撑环包括在其外圆周上平行于分隔构件的轴向的支撑表面，其中当横向负荷不作用在分隔构件上时，密封突起压靠滑孔的内周表面，从而密封突起被弹性压缩并发生变形，至少一个支撑环的支撑表面与滑孔的内周表面接触，而至少一个支撑环的内周表面不与分隔构件的外圆周接触；当至少特定量的横向负荷作用在分隔构件上时，密封突起压靠滑孔的内周表面，从而密封突起被弹性压缩并发生变形，并且至少一个支撑环的支撑表面与滑孔的内周表面接触，而至少一个支撑环的内周表面与分隔构件的外圆周接触。
采用以上构造，当横向负荷作用在活塞上时，支撑环的部分内圆周接触活塞的部分外圆周，借此调节活塞的横向位移。结果，可防止密封构件的密封突起发生过度变形，也可防止活塞接触滑孔的内周表面。因此，由于支撑环具有至少与常规磨损环的功能相同的功能，所以没有必要在活塞的轴的方向上间隔地设置单独的磨损环和衬垫。因此，本发明构造简单，并且能够抑制活塞在轴向上的尺寸增大。
在本发明的流体压力设备中，密封构件在其外圆周上可能进一步包括介于至少一个肩部分和密封突起之间的至少一个凹槽，至少一个支撑环在其的内圆周上可能进一步包括用于接合的至少一个突起，通过至少一个突起接合在至少一个凹槽中，至少一个支撑环被安装在密封构件上，从而围绕至少一个肩部分的外圆周。
采用以上构造，支撑环能够被更容易地安装在密封构件上。
在本发明的流体压力设备中，无论是否有横向负荷作用在分隔构件上，密封突起由于弹性压缩而引起的变形量可能都相同。
采用以上构造，无论是否有横向负荷作用在活塞上，支撑环总是接触滑孔的内周表面，因此，密封突起的变形量在各个状态下均相同。因而，无论是否有横向负荷作用在活塞上，密封突起和滑孔之间的接触表面压力和接触面积都相同。因此，更容易控制活塞的滑动阻力。
在本发明的流体压力设备中，用于密封的内周突起可能被形成在密封构件的内圆周上，与衬垫安装槽的槽底部弹性接触。
采用以上构造，通过形成在密封构件的内圆周上的内周突起，密封构件的内圆周和衬垫安装槽的槽底部之间的分界面被密封，并且有效地阻止在其之间的流体流动。
因此，根据本发明的流体压力设备具有的有利效果在于，流体压力设备具有防止分隔构件接触滑孔的内圆周的功能，并且能够简化密封部的构造且抑制活塞在轴向上的尺寸增大。
通过下面的说明，并结合以示意性实例的方式显示的本发明的优选实施例的附图时，本发明的上述和其他的目的、特点和优点变得更加地清楚。
附图说明
图1是根据本发明的流体压力设备的部分截面侧视图；
图2是当横向负荷不作用在活塞上时，衬垫和其接近位置的非完整截面图；
图3是当小横向负荷作用在活塞上时，衬垫和其接近位置的非完整截面图；
图4是当大横向负荷作用在活塞上时，衬垫和其接近位置的非完整截面图；
图5是根据第一修改例的衬垫和其接近位置的非完整截面图；和
图6是根据第二修改例的衬垫和其接近位置的非完整截面图。
具体实施方式
以下将参考附图展示和具体说明根据本发明的流体压力设备的优选实施例。
图1是根据实施例的流体压力设备10的部分截面侧视图。在本实施例中，流体压力设备10被构造成一个流体压力缸10A，在该流体压力缸10A中，活塞13在外壳12内往复运动。流体压力缸10A包括由诸如铝合金等的金属材料制成并且具有一对端口14、16的外壳12和连通一对端口14、16的滑孔18，该滑孔18形成外壳12的内部。在滑孔18的内部，具有由金属材料制成的活塞13。
图1中，参考标号L1表示活塞13的轴，参考标号L2表示滑孔18的轴。在图1所示状态下，活塞13的轴L1与滑孔18的轴L2重合。活塞13被容纳于外壳12的内部中。活塞13是位移体，该位移体能够在滑孔18的轴L2的方向上移动(由图1中的箭头X所示)，并且同时将滑孔18的内部分隔成两个压力室，即端口14侧上的压力室20和端口16侧上的压力室22。换句话说，根据本实施例的活塞13形成在滑孔18中沿轴L2的方向移动的分隔构件。
衬垫安装槽24被形成在活塞13的外圆周上，由弹性橡胶材料制成的环状或者环形衬垫26被安装在衬垫安装槽24中。借助于衬垫26，可密封活塞13的外周表面和滑孔18的内周表面之间的分界面。另外，活塞杆28的基端部分被连接到活塞13，而活塞杆28的末端部分穿透阻塞滑孔18的一端杆盖30，并在滑孔18的外部向外延伸。
密封构件34被安装在形成在杆盖30的内圆周中的环形槽32中，该密封构件形成杆盖30的内周表面和活塞杆28的外周表面之间的密封。另外，另一个密封构件38被安装在形成在杆盖30的外圆周中的环形槽36中，该密封构件形成杆盖30的外周表面和滑孔18的内周表面之间的密封。
此外，通过经过两个端口14、16向两个压力室20、22内轮流供应和排出诸如压缩空气等的压力流体，活塞13会在滑孔18的轴L2的方向上作往复运动，以此推进和缩回活塞杆28。在某些情形下，活塞13经受横向负荷。横向负荷被定义为从连接到活塞杆28的末端的工作构件通过活塞杆28作用在活塞13上的侧向力(在图1中箭头A所示方向上的力)，该力易于使活塞13的轴L1远离滑孔18的轴L2发生移位或倾斜。
图2是图1的局部放大图，是当横向负荷不作用在活塞13上时，展示衬垫26和其接近位置的非完整截面图。
如图2所示，衬垫安装槽24是由左侧壁和右侧壁29a以及槽底部29b三侧围绕形成的槽。左侧壁和右侧壁29a构成分别地垂直于活塞13的轴L1并且设置为互相平行的平坦表面。槽底部29b构成平行于活塞13的轴L1的方向排列的表面。因而，衬垫安装槽24整体具有一致的槽宽和一致的槽深。在活塞13的外圆周上，设置有在安装槽24轴L1方向上的两侧上周向延伸的小直径部分40。小直径部分40的外直径小于活塞13的最外周表面39的外直径。
另外，衬垫26由弹性材料(例如，橡胶材料)制成的环形密封构件42和安装在密封构件42的外圆周上的两个支撑环44形成。
密封构件42被安装在活塞13的衬垫安装槽24中。密封构件42具有外圆周和内圆周以及在轴L1方向的两侧上的侧表面43，该侧表面43被设置为彼此平行。密封构件42的外圆周形成有总是接触滑孔18的内周表面的密封突起46，位于密封突起46的两侧上且从衬垫安装槽24向外突出的两个肩部分48和具有U形横截面且介于肩部分48和密封突起46之间的凹槽50。
密封突起46被形成在衬垫26的轴向上的大致中心的位置上。密封突起46越过衬垫26的整个圆周径向向外突出。如图2中虚线所示，密封突起46的最外圆周在自然状态(即，无压缩负荷作用在衬垫26上时，从而衬垫26不发生变形)下具有基本圆弧形状的横截面。
另外，肩部分48构成平行于活塞13的轴向L1的表面，且两个肩部分48的直径基本相同。换句话说，从活塞13的轴L1到肩部分48中的一个的距离和从轴L1到肩部分48中另一个的距离彼此相同。在横向负荷不作用在活塞13上的状态下，肩部分48的外直径小于密封突起46的外直径，并且大于活塞13的小直径部分40的外直径。
支撑环44由低摩擦系数的材料制成。因而，支撑环44(更具体地，支撑表面52)和滑孔18的内周表面之间的摩擦系数小于密封构件42(更具体地，密封突起46)和滑孔18的内周表面之间的摩擦系数。这样的低摩擦系数材料包括具有低摩擦系数和耐磨损性能的合成树脂材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)或金属材料。
支撑环44被分别地设置在密封突起46的两侧上。每个支撑环44的一端靠近或抵靠密封突起46的侧表面，而其另一端在轴向上从密封构件42的侧表面43突出。支撑环44具有支撑表面52，该表面在其外圆周上平行于活塞13的轴L1的方向。
支撑环44在其内圆周上具有是U形横截面的接合突起54。通过将突起54接合在凹槽50内，支撑环44被安装在密封构件42上，从而围绕肩部分48的外圆周。
在密封构件42的内圆周上，用于密封的具有半圆形横截面的内周突起56被形成为弹性接触衬垫安装槽24的槽底部29b。内周突起56被设置在沿着活塞13的轴L1的方向上与密封突起46的位置相同的位置上，更具体地，内周突起56被设置在密封构件42的内圆周的中心位置上。内周突起56的宽度和高度小于密封突起46的宽度和高度。
另外，抵接表面47被设置在密封构件42的内圆周上、在内周突起56的两侧上，当内周突起56被向衬垫安装槽24的槽底部29b压缩或按压时，抵接表面47的部分会抵接槽底部29b(见图4)。在活塞13未被安装在滑孔18内的状态下，抵接表面47是平行于活塞13的轴L1的方向的平面，此时，位于内周突起56的两侧上的两个抵接表面47的直径彼此相等。
内周突起56还能被设置在不同于密封突起46在活塞13的轴L1的方向上的位置的另一位置。
根据本实施例的流体压力设备10基本如上构造，以下将说明其操作和效果。
如图2所示，在横向负荷不作用在活塞13上的状态下，密封突起46抵靠滑孔18的内周表面，然后被弹性压缩和发生变形。密封突起46由于弹性压缩引起的变形量在绕着轴的整个圆周上都基本相同。另外，支撑环44的外周表面在绕着轴的整个圆周上都抵接滑孔18的内周表面。此时，支撑环44的突出端的内周表面不抵接活塞13的外圆周，即不接触活塞13的外圆周。
在图2所示状态下，活塞13沿着滑孔18的轴L2的方向往复运动，因而支撑环44的外周表面运动，使得支撑环44的支撑表面52接触滑孔18的内周表面，即作滑动运动。在这种情况下，因为支撑环44是由低摩擦系数材料制成的，所以支撑表面52和滑孔18的内周表面之间的摩擦阻力会足够小，因此活塞13会继续顺畅且稳定地运作。
如图3所示，在小横向负荷在箭头A所示的方向上作用在活塞13上的情况下，活塞13的轴L1会相对滑孔18的轴L2倾斜角度θ。然而，支撑环44的轴L1保持平行于滑孔18的轴L2。因而，支撑环44的支撑表面52和滑孔18的内周表面之间的接触状态与图2所示状态一样，因此密封突起46由于弹性压缩引起的形变量也会与图2所示的状态相同。另外，即使在小横向负荷作用在活塞13上的情况下，由于支撑环44的外周表面在与滑孔18的内周表面接触的表面中，所以可防止两者之间的滑动阻力过度增大，因此活塞13会继续顺畅且稳定地运行。
如图4所示，在大横向负荷在箭头A所示的方向上作用在活塞13上的情况下，支撑环44的内周表面则会抵靠活塞13的外周表面(即，图4中的小直径部分40)。另一方面，由于支撑环44的支撑表面52位于活塞13的最外圆周的径向向外的位置上，所以活塞13的外圆周不接触滑孔18的内周表面。因而，支撑环44防止活塞13接触滑孔18的内周表面。
在这种状态下，支撑环44的支撑表面52和滑孔18的内周表面之间的接触状态与图2和3中所示的状态相同，因此密封突起46由于弹性压缩引起的变形量也与图2和3中所示的状态相同。另外，即使在大横向负荷作用在活塞13上的情况下，由于支撑环44的外周表面在与滑孔18的内周表面接触的表面中，所以可防止两者之间的滑动阻力过度增大，因此活塞13会继续顺畅且稳定地运行。
如上所述，根据本实施例的流体压力设备10，当横向负荷作用在活塞13上时，支撑环44的内圆周的部分会接触活塞13的外圆周的部分，从而可控制活塞13的横向位移。因而，可防止密封构件42的密封突起过度变形，并且防止活塞13接触滑孔18的内周表面。如上所述，由于支撑环44具有至少与常规磨损环的功能相同的功能，因此没有必要在活塞13的轴L1的方向上间隔地设置单独的磨损环和衬垫26。因此，本发明的构造简单，并且能够抑制活塞13在轴L1的方向上的尺寸增大。
采用上述构造，支撑环44包括在其内圆周上的接合突起54。因而，通过将突起54接合到凹槽50内，支撑环44被安装在密封构件42上，从而围绕肩部分48的外圆周。结果，支撑环44能够被更容易地安装在密封构件42上。
同样采用以上构造，无论是否横向负荷作用在活塞13上，支撑环44总是接触滑孔18的内周表面，并且密封突起46在各个状态下的变形量都相同。因而，无论是否横向负荷作用在活塞13上，密封突起46和滑孔18之间的接触表面压力和接触面积都相同。因此，可更容易地控制活塞13的滑动阻力。
另外，密封构件42包括在其内圆周上的密封内周突起56，该密封内周突起与衬垫安装槽24的槽底部29b弹性接触。因而，密封构件42的内圆周和衬垫安装槽24的槽底部之间的分界面被密封，有效地阻塞两者之间的流体流动。
图5是根据第一修改例的衬垫26a和其接近位置的非完整截面图。在上述实施例中，虽然密封构件42的外圆周上的凹槽50和支撑环44的内圆周上的突起54都形成U形的横截面，但是凹槽50和突起54能够形成其他形状。例如，如图5所示的密封构件42a和支撑环44a，凹槽50a的槽表面邻近肩部分48a，对应槽表面的突起54a的侧表面能够被形成为垂直于密封构件42a的轴的平坦表面。除了上述部件，衬垫26a的构造与图2中所示的衬垫26的构造相同。
采用根据第一修改例的构造，支撑环44a能够可靠地与密封构件42a接合。换句话说，凹槽50a的左槽表面和右槽表面能够被形成为相互平行的平坦表面，并且其底表面可以被设置成平行于活塞13的轴。突起54的横截面形状能够被形成为与凹槽50a的槽形状相似的形状。
而且，如根据图6所示的第二修改例的衬垫26b，多个孔60可以周向且间隔地形成在每个支撑环44b中。在图6中，孔60等间隔地排列。孔60在厚度方向上延伸通过支撑环44。代替这些孔60，凹部可以轴向且间隔地形成在图2至4所示的支撑环44的外周表面或图5所示的支撑环44a的外周表面。这样的凹部被形成为在厚度方向上不穿透支撑环44、44a的孔(凹坑)。
这样的孔60或凹部具有将润滑脂保持在其中的功能。因此，通过在其内部保持润滑脂，能够长时间维持支撑表面52a和滑孔18的内表面之间的合适的滑动性。
在前面的说明中，展示了作为流体压力设备10的例子的流体压力缸10A。然而，流体压力设备10也可以包括流体转换阀，在该流体转换阀中，借助于沿着形成在外壳12中的滑孔18的内部的卷轴，切换流体通道。在这种情形下，卷轴形成分隔构件。
在上述实施例，以及第一和第二修改例中，阐述了支撑环44(44a，44b)被设置在密封突起46的两侧上的情形。然而，支撑环也可以被设置在密封突起46的一侧上。在这种情形下，肩部分48可以只被设置在配置支撑环44的一侧上。
虽然具体地展示和说明了本发明的特定优选实施例，但是本发明不限于上述实施例，而且应该理解在不背离附加权利要求的范围内，可对本发明作出各种改变和修改。

Claims (4)

1.一种流体压力设备(10)，其特征在于，包括：
外壳(12)，所述外壳(12)包括形成在其中的滑孔(18)；
分隔构件(13)，所述分隔构件(13)沿着所述滑孔(18)的内部在轴向上运动；和
衬垫(26，26a，26b)，所述衬垫(26，26a，26b)被安装在所述分隔构件(13)的外圆周上，
其中，所述衬垫(26，26a，26b)包括由弹性材料制成的环形密封构件(42，42a)，和由低摩擦系数材料制成的至少一个支撑环(44，44a，44b)，所述密封构件(42，42a)被安装于形成在所述分隔构件(13)的外圆周上的环形衬垫安装槽(24)中，所述至少一个支撑环(44，44a，44b)被安装在所述密封构件(42，42a)的外圆周上；
所述密封构件(42，42a)在其外圆周上包括接触所述滑孔(18)的内周表面的密封突起(46)和形成在所述密封突起(46)的两侧或者一侧上并且从所述衬垫安装槽(24)向外突出的至少一个肩部分(48)；
所述至少一个支撑环(44，44a，44b)被设置在所述密封突起(46)的两侧或一侧上，并且在其的轴向上从所述密封构件(42，42a)突出；并且
所述至少一个支撑环(44，44a，44b)包括支撑表面(52，52a)，所述支撑表面(52，52a)在其的外圆周上平行于所述分隔构件(13)的轴向，并且
其中，当横向负荷不作用在所述分隔构件(13)上时，所述密封突起(46)压靠所述滑孔(18)的内周表面，从而所述密封突起(46)被弹性压缩并发生变形，并且所述至少一个支撑环(44，44a，44b)的所述支撑表面(52，52a)与所述滑孔(18)的内周表面接触，而所述至少一个支撑环(44，44a，44b)的内周表面不与所述分隔构件(13)的外圆周接触；和
当至少特定量的横向负荷作用在所述分隔构件(13)上时，所述密封突起(46)压靠所述滑孔(18)的内周表面，从而所述密封突起(46)被弹性压缩并发生变形，并且所述至少一个支撑环(44，44a，44b)的所述支撑表面(52，52a)与所述滑孔(18)的内周表面接触，而所述至少一个支撑环(44，44a，44b)的内周表面与所述分隔构件(13)的外圆周接触。
2.如权利要求1所述的流体压力设备(10)，其特征在于，其中，所述密封构件(42，42a)在其外圆周上进一步包括：介于所述至少一个肩部分(48)和所述密封突起(46)之间的至少一个凹槽(50，50a)；
所述至少一个支撑环(44，44a，44b)在其内圆周上进一步包括用于接合的至少一个突起(54，54a)；并且
通过所述至少一个突起(54，54a)接合在所述至少一个凹槽(50，50a)中，所述至少一个支撑环(44，44a，44b)被安装在所述密封构件(42，42a)上，从而围绕所述至少一个肩部分(48)的外圆周。
3.如权利要求1所述的流体压力设备(10)，其特征在于，其中，无论是否横向负荷作用在所述分隔构件(13)上，所述密封突起(46)由于弹性压缩引起的变形量都相同。
4.如权利要求1所述的流体压力设备(10)，其特征在于，其中，用于密封的内周突起(56)形成在所述密封构件(42，42a)的内圆周上，与所述衬垫安装槽(24)的槽底部弹性接触。
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