CN107654438B - 带助力机构的流体压力缸 - Google Patents

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Abstract

本发明能够得到一种端口数比以往少的带助力机构的流体压力缸。与第一主压力室(10a)连通的连通路径(38)设置于主活塞(12)及活塞杆(30)，在连通路径(38)的端部设置有止回阀(39)，该止回阀在活塞杆(30)到达前进冲程端跟前的助力开始位置时通过被助力活塞(13)按压而开阀，从而使连通路径(38)与第一副压力室(11a)连通，在形成于助力活塞(13)的内部的连结体收容室(46)的内部配设有多个钢球(48)，在连结体收容室(46)设置有卡定面(46a)，在活塞杆(30)的外周面设置有卡定槽(30d)，所述卡定面和卡定槽在助力活塞(13)利用通过连通路径(38)向第一副压力室(11a)供给的压力流体的作用而前进时卡定于钢球(48)。

Description

带助力机构的流体压力缸
技术领域
本发明涉及利用助力机构来使活塞杆的前进冲程后半的推力增大的带助力机构的流体压力缸。
背景技术
在夹紧装置、压缩装置或者点焊装置等作业机械中，通常在作业工序的前半不需要太大的驱动力，在作业工序的后半需要大的驱动力的情形较多。因此，如专利文献1-3所公开地，用于这些作业机械的流体压力缸通过附设各种结构的助力机构，使活塞杆的作业冲程(前进冲程)后半的推力增大。
专利文献1-3所公开的带助力机构的流体压力缸除了驱动活塞杆的主活塞以外还设置助力活塞，在活塞杆到达前进冲程端跟前的助力开始位置时，通过向助力活塞供给压力流体来使助力活塞前进，使助力活塞的推力作用于活塞杆，由此，利用将主活塞的推力和助力活塞的推力合计而得到的大的合成推力使活塞杆前进。因此，在带助力机构的流体压力缸中，除了用于使压力流体作用于主活塞的端口以外，还需要用于使压力流体作用于助力活塞的端口，伴随于此，配管数也比通常的流体压力缸多。
然而，在具备这样的带助力机构的流体压力缸的作业机械中，为了防止流体压力缸周围的配管与周边设备接触而损伤的情形，从而提高安全性，或者为了简化配管的连接作业、保养或管理作业，要求尽可能地减少配管数。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-42507号公报
专利文献2：日本特开平6-300008号公报
专利文献3：日本特开平11-166506号公报
发明内容
本发明的技术课题在于提供一种带助力机构的流体压力缸，该流体压力缸通过合理地配置用于向助力活塞供给压力流体的流路，与以往的带助力机构的流体压力缸相比，减少端口数，由此减少配管数，实现安全性的提高和配管作业的简化。
为了解决所述课题，本发明的带助力机构的流体压力缸的特征在于，在缸体的内部设置有由隔壁隔开的主缸室和助力缸室，主活塞沿轴线方向滑动自如地配设于主缸室，主缸室由主活塞区划为第一主压力室和第二主压力室，助力活塞沿轴线方向滑动自如地配设于助力缸室，助力缸室由助力活塞区划为第一副压力室和第二副压力室，在缸体上设置有与第一主压力室连通的第一端口和与第二主压力室及第二副压力室连通的第二端口，活塞杆连结于主活塞，活塞杆贯通隔壁、助力活塞及助力缸室的隔壁并向外部延伸出，一端与第一主压力室连通且在另一端具备止回阀(check valve)的连通路径设置于主活塞及活塞杆，止回阀在活塞杆到达前进冲程端跟前的助力开始位置时，通过被助力活塞按压而开放连通路径，使第一主压力室和第一副压力室连通，连结体收容室以包围活塞杆的方式形成在助力活塞的内部，连结体以包围活塞杆的方式配设在连结体收容室的内部，在连结体收容室形成卡定面，在活塞杆的外周面形成卡定槽，在助力活塞利用通过连通路径向第一副压力室供给的压力流体的作用而前进时，通过卡定面和卡定槽卡定于连结体，助力活塞和活塞杆互相连结。
在本发明中，按压部件设置于助力活塞，按压部件兼任开阀构件和解除构件，该开阀构件在活塞杆进行前进冲程时按压止回阀来使其开阀，该解除构件在助力活塞进行后退冲程时按压连结体来解除助力活塞与活塞杆的连结。
按压部件相对于助力活塞沿轴线方向位移自如，在助力活塞前进时，在助力活塞与活塞杆由连结体互相连结时，按压部件被连结体按压而从助力活塞突出，由此将止回阀保持为开阀状态，在助力活塞后退至后退冲程端时，按压部件进入到助力活塞的内部并按压连结体而使其移动，由此解除助力活塞与活塞杆的连结。
另外，根据本发明优选的结构形态，活塞杆从与主活塞相连的基端侧朝向前端侧依次具有直径最大的第一轴环部、直径比第一轴环部小的第二轴环部、以及直径比第二轴环部小的杆本体部，在第一轴环部设置有连通路径的一部分和止回阀，在第二轴环部设置有卡定槽。
在该情况下，最好构成为，止回阀的阀室以通到连通路径的方式形成于第一轴环部的前端部，在阀室内配设有包围连通路径的环状阀座、与环状阀座接触/分离的提升阀(poppet)阀芯、以及将提升阀阀芯按压于环状阀座的阀弹簧，提升阀阀芯具有向阀室的外部突出的按压棒，按压棒被助力活塞按压，由此提升阀阀芯与环状阀座分离，连通路径开放而与第一副压力室连通。
在本发明中，也可以构成为，在隔壁的中央孔的内周设置环状的杆密封件(rodpacking)，活塞杆的第一轴环部具有能够气密地嵌入到杆密封件的内部并滑动的外径，在活塞杆到达助力开始位置时通过第一轴环部嵌入到杆密封件的内部，第一副压力室与第二主压力室截断。
另外，在本发明中，连结体既能够由多个钢球形成，也能够由直径可变的弹性环形成。
根据本发明，由于构成为在主活塞及活塞杆上设置连通路径，并且在连通路径的端部设置止回阀，在活塞杆到达前进冲程端跟前的助力开始位置时，止回阀开阀，第一主压力室与第一副压力室通过连通路径而连通，所以不需要用于向第一副压力室供给压力流体的专用端口，其结果是，与以往的带助力机构的流体压力缸相比，端口数少，能够减少配管数，实现安全性的提高和配管作业的简化。
附图说明
图1是本发明的带助力机构的流体压力缸的剖视图，并且表示活塞及活塞杆占据作为后退冲程端的初始位置的状态。
图2是图1的主要部分放大图。
图3是图1的另一主要部分放大图。
图4表示活塞及活塞杆从图1的初始位置移动至前进冲程的中途位置的状态。
图5表示活塞及活塞杆前进至助力开始位置的状态。
图6是图5的主要部分放大图。
图7表示活塞及活塞杆到达前进冲程端的状态。
图8表示活塞及活塞杆移动至后退冲程的中途且助力活塞复位到初始位置的状态。
图9是表示连结体不同的例子的主视图。
图10是沿图9的X-X线的剖视图。
附图标记说明
1 缸体；
2 隔壁；
6 第二端壁；
6a 中央孔；
10 主缸室；
10a 第一主压力室；
10b 第二主压力室；
11 助力缸室；
11a 第一副压力室；
11b 第二副压力室；
12 主活塞；
13 助力活塞；
20 第一端口；
21 第二端口；
30 活塞杆；
30a 第一轴环部；
30b 第二轴环部；
30c 杆本体部；
30d 卡定槽；
30f 第一轴环部的前端面；
33 杆密封件；
35 按压部件；
38 连通路径；
39 止回阀；
40 阀室；
41 环状阀座；
42 提升阀阀芯；
43 阀弹簧；
46 连结体收容室；
48 钢球(连结体)；
52 弹性环(连结体)；
L 轴线。
具体实施方式
在图1-8中，示出了本发明的带助力机构的流体压力缸的一实施方式。该流体压力缸具有缸体1。缸体1具有：隔壁2，所述隔壁2具有中央孔2a；圆筒状的第一主体3，所述第一主体3与隔壁2的一侧连结；圆筒状的第二主体4，所述第二主体4与隔壁2的另一侧连结；第一端壁5，所述第一端壁5闭塞第一主体3的开口端；以及第二端壁6，所述第二端壁6闭塞第二主体4的开口端，通过利用螺母8将架设于第一端壁5和第二端壁6的拉杆(tie rod)7紧固，从而组装缸体1。
在第一主体3的内部形成主缸室10，在第二主体4的内部形成助力缸室11。主缸室10和助力缸室11由隔壁2隔开，并且沿轴线L位于同一轴上。
主活塞12经由密封部件14沿轴线L方向滑动自如地配设在主缸室10的内部，主缸室10由主活塞12区划为主活塞12与第一端壁5之间的第一主压力室10a和主活塞12与隔壁2之间的第二主压力室10b。
图中的附图标记15表示安装于主活塞12的外周的耐磨环，附图标记16表示安装于主活塞12的外周的位置检测用的磁铁，通过利用未图示的磁性传感器检测磁铁16的磁性，能够检测主活塞12的动作位置。
另外，助力活塞13经由密封部件17沿轴线L方向滑动自如地配设在助力缸室11的内部，助力缸室11由助力活塞13区划为隔壁2与助力活塞13之间的第一副压力室11a和助力活塞13与第二端壁6之间的第二副压力室11b。在第二副压力室11b的内部，在助力活塞13与第二端壁6之间，设置有对助力活塞13向复位方向即隔壁2的方向施力的复位弹簧18。图中的附图标记19表示安装于助力活塞13的外周的耐磨环。
在缸体1的第一端壁5形成有第一端口20，在第二端壁6形成有第二端口21。第一端口20利用形成于第一端壁5的第一连通孔22与第一主压力室10a连通，第二端口21利用形成于第二端壁6的第二连通孔23与第二副压力室11b，并且通过架设在第二端壁6与隔壁2之间的管26内的第三连通孔24及形成于隔壁2的第四连通孔25与第二主压力室10b也连通。
形成为沿轴线L延伸的圆柱状的活塞杆30的基端部连结于主活塞12。通过将活塞杆30的被细径化的连结部30e插入到主活塞12的中心的连结孔12a内，将连结部30e的端部凿紧并使其卡定于连结孔12a的端部，从而进行活塞杆30与主活塞12的连结。
活塞杆30从与主活塞12相连的基端侧朝向前端侧依次具有直径最大的第一轴环部30a、直径比第一轴环部30a小的第二轴环部30b、以及直径比第二轴环部30b小的杆本体部30c，并依次贯通隔壁2的中央孔2a、助力活塞13的中央孔13a、以及第二端壁6的中央孔6a，前端向缸体1的外部突出。在各中央孔2a、13a、6a中，助力活塞13的中央孔13a和第二端壁6的中央孔6a形成为能够供活塞杆30的杆本体部30c分别经由密封部件31、32气密地滑动这样的大小，隔壁2的中央孔2a形成为能够供第一轴环部30a在活塞杆30的前进冲程的中途气密地嵌入并滑动这样的大小，杆密封件33安装于该中央孔的内周。
图中的附图标记34表示安装于第二端壁6的内周的轴承。
第一轴环部30a是与主活塞12一体形成的圆筒状的部分，第二轴环部30b由与第一轴环部30a及活塞杆30分体形成的圆筒状的部件构成。但是，第一轴环部30a也能够与主活塞12分体形成。
另外，第一轴环部30a的轴线L方向上的长度是如下长度：在主活塞12及活塞杆30处于图1的后退冲程端时，第一轴环部30a的前端面30f位于第二主压力室10b中，如图5所示，在主活塞12及活塞杆30到达前进冲程端跟前的助力开始位置时，第一轴环部30a嵌入到杆密封件33内，并且第一轴环部30a的前端面30f接近助力活塞13的按压部件35或与助力活塞13的按压部件35抵接。
基端通到第一主压力室10a的连通路径38与轴线L平行地形成于主活塞12和活塞杆30的第一轴环部30a，连通路径38的前端到达至第一轴环部30a的前端面30f，在连通路径38的前端部设置有止回阀39。
如图3所示，止回阀39具有：阀室40，所述阀室40通到连通路径38；环状阀座41，所述环状阀座41以包围连通路径38的方式形成于阀室40的开口端；提升阀阀芯42，所述提升阀阀芯42通过在阀室40的内部与环状阀座41接触/分离来对连通路径38进行开闭；以及阀弹簧43，所述阀弹簧43对提升阀阀芯42向与环状阀座41抵接的方向施力。另外，提升阀阀芯42具有安装有密封材料42b的圆板状的开闭部42a和从开闭部42a延伸出的按压棒42c，按压棒42c的前端贯通环状阀座41的中心孔而向阀室40的外侧突出。
连结体收容室46和供第二轴环部30b嵌合的空间部47以包围活塞杆30的方式形成在助力活塞13的内部，多个钢球48以包围活塞杆30这样的配置在游动状态下收容在连结体收容室46的内部。如在后面会详细说明的那样，多个钢球48在助力活塞13利用压力流体的作用而前进时作为如下连结体发挥作用，该连结体卡定于助力活塞13和活塞杆30这双方而将助力活塞13和活塞杆30互相连结。
连结体收容室46由具有以三角形的两边包围这样的截面形状的空间构成，具有靠近隔壁2的第一室壁46a和远离隔壁2的第二室壁46b。其中的第一室壁46a是形成在连结助力活塞13与活塞杆30时供钢球48卡定的卡定面的部分，并且是朝向隔壁2侧逐渐向靠近轴线L的方向倾斜的圆锥面，第二室壁46b形成向与第一室壁46a相反的方向倾斜的圆锥面。但是，第一室壁46a也可以是呈凹状或凸状弯曲的曲面。
第一室壁46a由利用未图示的螺钉固定于助力活塞13的环状的连结体按压件49形成，第二室壁46b由以沿轴线L方向位移自如的方式收容在空间部47内的环状的连结体承接部50形成，连结体承接部50利用夹设在空间部47的台阶部47a与连结体承接部50之间的压缩弹簧51向连结体按压件49侧始终施力。
另外，在第二轴环部30b的外周形成卡定槽30d，该卡定槽30d在活塞杆30前进而第二轴环嵌合到空间部47内时供钢球48爬升并卡定，第二轴环部30b的前端面30g形成倾斜面，以使钢球48容易爬升。
而且，中空的按压部件35以包围活塞杆30的方式配设于助力活塞13的隔壁2侧的端部。该按压部件35具有：凸缘部35a，所述凸缘部35a与助力活塞13的端面成平行；圆筒状的第一按压部35b，所述第一按压部35b从该凸缘部35a的内径部向嵌入到助力活塞13的内部的方向突出，并且前端进入到连结体收容室46内；以及圆筒状的第二按压部35c，所述第二按压部35c从凸缘部35a向与第一按压部35b相反的方向突出。在图示的例子中，第一按压部35b的突出长度比第二按压部35c的突出长度长，但有时也形成为与第二按压部35c的突出长度相同或在其以下。另外，按压部件35在凸缘部35a与助力活塞13的端面抵接的图1所示的位置与凸缘部35a从助力活塞13的端面离开的图7所示的位置之间位移自如。该按压部件35构成助力活塞13的一部分。
此外，如图6所示，按压部件35的第二按压部35c做成如下尺寸及配置：即使该第二按压部35c将提升阀阀芯42的按压棒42c压入而与阀室40的前表面抵接，也不会完全闭塞连通路径38。
接着，对带助力机构的流体压力缸的作用进行说明，流体压力缸的细节部分的结构也参照图2及图3。
图1表示如下状态：通过第二端口21与供气侧连接且第一端口20与排气侧连接，向第二主压力室10b及第二副压力室11b供给压力流体，并且排出第一主压力室10a的压力流体。此时，主活塞12及活塞杆30利用第二主压力室10b内的流体压力占据作为后退冲程端的初始位置，助力活塞13利用复位弹簧18的作用力占据与隔壁2抵接的复位位置(初始位置)。另外，第二主压力室10b与第一副压力室11a通过隔壁2的中央孔2a相互连通。
从图1的状态起，如图4所示，当第一端口20与供气侧连接且第二端口21与排气侧连接时，向第一主压力室10a供给压力流体，并且排出第二主压力室10b及第二副压力室11b的压力流体，所以主活塞12及活塞杆30向图中的左方向开始前进。但是，助力活塞13由于第一副压力室11a通过第二主压力室10b向外部开放而不受到来自第一端口20的压力流体的影响，所以利用复位弹簧18的作用力保持在复位位置不变而不前进。
图4所示的活塞杆30的位置是通过第二轴环部30b的前端部经由按压部件35的中央孔35d进入到助力活塞13的空间部47内，钢球48爬升到第二轴环部30b的状态下的冲程中途的位置。
当活塞杆30进一步前进而前进至即将到达图5所示的助力开始位置的位置时，通过第一轴环部30a的前端部分嵌入到隔壁2的中央孔2a的杆密封件33的内部，第一副压力室11a与第二主压力室10b截断，之后不久，活塞杆30到达图5的助力开始位置。
当活塞杆30到达助力开始位置时，从图6也可以明确，第二轴环部30b完全地进入到助力活塞13的空间部47内，钢球48嵌合于卡定槽30d，另外，通过从第一轴环部30a的前端面30f突出的提升阀阀芯42的按压棒42c与助力活塞13的按压部件35的第二按压部35c抵接而被按压，提升阀阀芯42从环状阀座41离开而开放连通路径38。由此，第一主压力室10a内的压力流体通过连通路径38而开始向第一副压力室11a内供给，所以助力活塞13一边压缩复位弹簧18，一边开始前进。
并且，如图6中用点划线所示的那样，当助力活塞13稍微前进而连结体收容室46的第一室壁46a(卡定面)与钢球48抵接时，该第一室壁46a沿斜坡将钢球48牢固地按压于卡定槽30d，所以助力活塞13与活塞杆30经由钢球48互相连结，助力活塞13的推力作用于活塞杆30。因此，将主活塞12的推力和助力活塞13的推力合计而得到的大的合成推力作用于活塞杆30，活塞杆30利用该合成推力前进至图7所示的前进冲程端。
另外，当第一室壁46a与钢球48抵接时，钢球48沿第一室壁46a的方向在连结体收容室46内相对地位移，所以按压部件35的第一按压部35b利用该钢球48向连结体收容室46的外侧压出，其结果是，按压部件35位移至凸缘部35a从助力活塞13的端面离开的位置。
接着，当从图7的状态使主活塞12及活塞杆30后退时，将第一端口20与排气侧连接，并且将第二端口21与供气侧连接。这样一来，主活塞12和助力活塞13利用向第二主压力室10b供给的压力流体和向第二副压力室11b供给的压力流体而一起后退。
并且，如图8所示，当助力活塞13到达作为后退冲程端的复位位置时，通过将按压部件35的凸缘部35a与隔壁2抵接，该按压部件35停止在该位置，并且稍微延迟地助力活塞13也通过与按压部件35抵接而停止在该位置，但由于活塞杆30继续后退，所以钢球48被按压部件35的第一按压部35b按压而从卡定槽30d脱离，从而助力活塞13与活塞杆30的连结被解除。与此同时，由于由按压部件35的第二按压部35c进行的按压棒42c的按压也被解除，所以提升阀阀芯42利用阀弹簧43的施加力与环状阀座41抵接而闭塞连通路径38，止回阀39闭阀。因此，利用连通路径38的第一主压力室10a与第一副压力室11a的连通被切断。
然后，当主活塞12及活塞杆30进一步后退时，通过将第一轴环部30a从隔壁2的杆密封件33拔出，第二主压力室10b与第一副压力室11a通过隔壁2的中央孔2a而连通，在该状态下主活塞12和活塞杆30移动至图1所示的后退冲程端(初始位置)。
此时，压力流体从第二主压力室10b流入到第一副压力室11a，助力活塞13利用该压力流体而受到图中的左方向即前进方向的作用力，但助力活塞13利用供给到第二副压力室11b的压力流体而受到图中的右方向的作用力，这两个方向的作用力相互抵消，所以助力活塞13借助复位弹簧18的施加力而维持在初始位置。
图9及图10示出了能够用于连结助力活塞13与活塞杆30的连结体来取代钢球48，该连结体由通过在一部分设置切口52a而使直径可变的弹性环52形成。弹性环52的截面形状为圆形。另外，优选弹性环52的内径比活塞杆30的杆本体部30c的外径稍大且为第二轴环部30b的外径以下。
如以上详述的那样，本发明的带助力机构的流体压力缸构成为在主活塞12及活塞杆30上设置连通路径38，并且在连通路径38的端部设置止回阀39，当活塞杆30到达前进冲程端跟前的助力开始位置时，止回阀39开阀，第一主压力室10a与第一副压力室11a通过连通路径38而连通，所以不需要用于向第一副压力室11a供给压力流体的专用端口，其结果是，与以往的带助力机构的流体压力缸相比，端口数少，能够减少配管数，实现安全性的提高和配管作业的简化。

Claims (8)

1.一种带助力机构的流体压力缸，其特征在于，
在缸体的内部设置有由隔壁隔开的主缸室和助力缸室，
主活塞沿轴线方向滑动自如地配设于主缸室，主缸室由主活塞区划为第一主压力室和第二主压力室，
助力活塞沿轴线方向滑动自如地配设于助力缸室，助力缸室由助力活塞区划为第一副压力室和第二副压力室，
在缸体上设置有与第一主压力室连通的第一端口和与第二主压力室及第二副压力室连通的第二端口，
活塞杆连结于主活塞，活塞杆贯通隔壁、助力活塞、以及助力缸室的端壁并向外部延伸出，
一端与第一主压力室连通且在另一端具备止回阀的连通路径设置于主活塞及活塞杆，止回阀在活塞杆到达前进冲程端跟前的助力开始位置时被助力活塞按压而开放连通路径，由此使第一主压力室和第一副压力室连通，
连结体收容室以包围活塞杆的方式形成在助力活塞的内部，连结体以包围活塞杆的方式配设在连结体收容室的内部，
卡定面形成于连结体收容室，卡定槽形成于活塞杆的外周面，当助力活塞利用通过连通路径向第一副压力室供给的压力流体的作用而前进时，卡定面和卡定槽卡定于连结体，由此助力活塞与活塞杆互相连结。
2.根据权利要求1所述的流体压力缸，其特征在于，
按压部件设置于助力活塞，按压部件兼任开阀构件和解除构件，该开阀构件在活塞杆到达前进冲程端跟前的助力开始位置时按压止回阀而使其开阀，该解除构件在助力活塞进行后退冲程时按压连结体而解除助力活塞与活塞杆的连结。
3.根据权利要求2所述的流体压力缸，其特征在于，
按压部件相对于助力活塞沿轴线方向位移自如，在助力活塞前进时，在助力活塞与活塞杆由连结体互相连结时，按压部件被连结体按压而从助力活塞突出，由此将止回阀保持为开阀状态，当助力活塞后退至后退冲程端时，按压部件进入到助力活塞的内部并按压连结体而使其移动，由此解除助力活塞与活塞杆的连结。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的流体压力缸，其特征在于，
活塞杆从与主活塞相连的基端侧朝向前端侧依次具有直径最大的第一轴环部、直径比第一轴环部小的第二轴环部、以及直径比第二轴环部小的杆本体部，在第一轴环部设置有连通路径的一部分和止回阀，在第二轴环部设置有卡定槽。
5.根据权利要求4所述的流体压力缸，其特征在于，
构成为止回阀的阀室以通到连通路径的方式形成于第一轴环部的前端部，在阀室内配设有包围连通路径的环状阀座、与环状阀座接触/分离的提升阀阀芯、以及将提升阀阀芯按压于环状阀座的阀弹簧，提升阀阀芯具有向阀室的外部突出的按压棒，通过按压棒被助力活塞按压，提升阀阀芯从环状阀座分离，连通路径开放而与第一副压力室连通。
6.根据权利要求4所述的流体压力缸，其特征在于，
构成为在隔壁的中央孔的内周设置环状的杆密封件，活塞杆的第一轴环部具有能够气密地嵌入到杆密封件的内部并滑动的外径，在活塞杆到达助力开始位置时第一轴环部嵌入到杆密封件的内部，由此第一副压力室与第二主压力室截断。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的流体压力缸，其特征在于，
连结体由多个钢球构成。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的流体压力缸，其特征在于，
连结体由直径可变的弹性环构成。
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