TWI487851B - 旋轉式流量控制裝置 - Google Patents

Description

旋轉式流量控制裝置

本提案係有關於一種流量控制裝置，特別是一種用於旋轉式流量控制裝置。

為因應超高精密定位與微細加工系統之需求，摩擦力非常微小的液靜壓軸承系統成為高精密工具機不可缺少的關鍵組件。液靜壓軸承相較於氣靜壓軸承具備了更優異的剛性、阻尼性能與切削加工時之抑制顫振能力，再加上微(奈)米級精密運動定位精度，可提供超精密切削工具機之軸承設計一個優良的解決方案，故全球高階精密工具機導軌之軸承系統幾乎都一致採用液靜壓軸承系統。

現有完整的工具機液靜壓軸承系統，應包含液靜壓軸承油腔本體，外部供油系統及節流裝置(節流器)三部份。節流裝置的功能在於調節流體的流量，使系統獲得穩定的流量供給。節流裝置一般分為節流比為固定值的固定節流裝置以及節流比為變動值的可變節流裝置。由於可變節流裝置因具有比固定節流裝置更優異的節流效果，故市面上一般以可變節流裝置為主。目前市面上的可變節流裝置一般利用薄膜結構來調節流量，然而薄膜式可變節流裝置因易產生疲勞變形而降低調節流量的效果。因此，如何改善可變節流裝置的疲勞變形的問題以延長可變節流裝置的使用壽命將是研發人員必須克服的一項重要課題。

鑒於以上的問題，本提案是關於一種旋轉式流量控制裝置，藉以改善薄膜式可變節流裝置具有疲勞變形的問題。

根據本提案所揭露之旋轉式流量控制裝置，用以控制一流體的流量，包含一本體及一旋轉體。本體包含一上蓋、一軸承及一下蓋。上蓋具有一第一入口及一第一出口。軸承裝設於上蓋及下蓋之間，且軸承具有一軸孔。上蓋包含凸向該軸承的一第一擋牆。第一擋牆包含一第一止擋段及一第一限位段。第一止擋段介於第一入口與該第一出口之間，且第一限位段自第一止擋段之一端朝上蓋之側緣延伸。旋轉體可旋轉地裝設於軸孔內。旋轉體具有一上表面。上表面面向上蓋。旋轉體包含一第一凸牆及一第二凸牆。第一凸牆與第二凸牆豎立於上表面且彼此間隔一距離而形成一第一凹陷。第一凹陷分別與第一入口及第一出口連通。第一出口位於第一凸牆與第一限位段之間。第一止擋段介於第二凸牆與第一限位段之間，且第一止擋段與第二凸牆間保持一第一間距以形成一第一液流口。第一液流口連通第一入口。其中，流體用以自第一出口流入或流出第一凹陷，使得第一凸牆因兩側之壓力差而相對遠離或靠近第一擋牆，並使得第二凸牆相對遠離或靠近第一止擋段以調整流體自第一液流口流入第一凹陷的流量。

根據上述本提案所揭露之旋轉式流量控制裝置，旋轉體係可旋轉地設置於軸承。並不用透過薄膜來達到流量控制的效果，故本提案之旋轉式流量控制裝置不會有疲勞變形的問題。

此外，旋轉體之受壓段分別受到流體的壓力差以帶動第一凸牆之受壓段相對靠近或相對遠離第一限位段以及第二凸牆之凸出部相對靠近或相對遠離第二限位段，以調整受壓段之相對兩側的壓力值而達到液靜壓軸承的流量控制的效果。

以上之關於本提案內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本提案之原理，並且提供本提案之專利申請範圍更進一步之解釋。

請參閱第1圖至第5圖，第1圖為一實施例所揭露之旋轉式流量控制裝置配置於液靜壓軸承的示意圖，第2圖為第1圖之旋轉式流量控制裝置的立體示意圖，第3圖為第2圖之分解示意圖，第4A圖為第3圖之旋轉體的立體示意圖，第4B圖為第2圖之剖面示意圖，第5圖為第2圖之剖面示意圖，第6圖為第2圖之剖面示意圖。

本實施例之旋轉式流量控制裝置10，用以控制一流體的流量。舉例來說，如第1圖所示，二旋轉式流量控制裝置10係與一供油裝置40一同配置於液靜壓軸承20以調整液靜壓軸承20內之流體的流量。液靜壓軸承20包含一轉軸22，且液靜壓軸承20具有一第一注液口24、一第二注液口26、一第三注液口28及一第四注液口30。其中一旋轉式流量控制裝置10連通第一注液口24與第三注液口28，另一旋轉式流量控制裝置10連通第二注液口26與第四注液口30。各注液口分別連通轉軸22與液靜壓軸承20 之內壁面所形成之空間，使流體可以自各注液口注入液靜壓軸承20。各注液口彼此相隔90度以平均分布於液靜壓軸承20四周。流體例如是潤滑液以降低轉軸22轉動時的摩擦耗能。然而當轉軸22承受負重時，轉軸22就會偏離原始軸心而與軸承之內壁面接觸，進而開始增加轉軸22轉動時的摩擦耗能。因此，必須藉由旋轉式流量控制裝置10與供油裝置40來調整液靜壓軸承20內的流量以令轉軸22復位，進而降低轉軸22轉動時的摩擦耗能。

如第2圖與第3圖所示，本實施例之旋轉式流量控制裝置10包含一本體100及一旋轉體200。本體100包含一上蓋110、一下蓋120、一組裝座130及一軸承140。上蓋110與下蓋120分別裝設於組裝座130之相對兩側。組裝座130具有一組裝槽131。軸承140裝設於組裝槽131內，以令軸承140位於上蓋110及下蓋120之間。軸承140具有一軸孔141。旋轉體200旋轉地裝設於軸孔141內。更進一步來說，旋轉體200係透過軸承140相對本體100旋轉，可降低旋轉體200轉動的摩擦耗能。

詳細來說，上蓋110包含一凸座111、第一擋牆112及一第二擋牆113。此外，上蓋110具有一第一入口114及一第一出口115。第一入口114與上述供油裝置40相連通，而第一出口115與液靜壓軸承20其中一注液口相連通。凸座111凸向軸承140，且凸座111卡合於軸孔141。第一入口114及第一出口115位於凸座111上。第一擋牆112與第二擋牆113豎立於凸座111，且第一擋牆112與第二擋牆113朝軸承140凸出。第一擋牆112包含一第一止擋 段112a及自第一止擋段112a相對兩端延伸的一第一限位段112b與一第二限位段112c。第一止擋段112a介於第一入口114與第一出口115之間，且圍繞部分第一入口114。第一限位段112b與第二限位段112c分別自第一入口114朝凸座111之周緣延伸。而第一限位段112b係與凸座111之周緣彼此接觸以及第二限位段112c未與凸座111周緣接觸，以令第一入口114與第一出口115相連通。

下蓋120的結構與上蓋110的結構為相互左右對稱。詳細來說，下蓋12O包含一凸座121、一第三擋牆122及一第四擋牆123。此外，下蓋120具有一第二入口124及一第二出口125。第二入口124與上述供油裝置40相連通，而第二出口125與液靜壓軸承20其中一注液口相連通。凸座121凸向軸承140，且凸座121卡合於軸孔141。第二入口124及第二出口125位於凸座121上。第三擋牆122與第四擋牆123豎立於凸座121，且第三擋牆122與第四擋牆123朝軸承140凸出。第三擋牆122包含一第二止擋段122a及自第二止擋段122a相對兩端延伸的一第三限位段122b與一第四限位段122c。第二止擋段122a介於第二入口124與第二出口125之間，且圍繞部分第二入口124。第三限位段122b與第四限位段122c分別自第二入口124朝凸座121之周緣延伸。而第三限位段122b係與凸座121之周緣彼此接觸以及第四限位段122c未與凸座121周緣接觸，以令第二入口124與第二出口125相連通。

如第4A圖至第6圖所示，旋轉體200具有相對的一上表面 210及一下表面240，上表面210面向上蓋110，且下表面240面向下蓋120。旋轉體200包含一第一凸牆212、一第二凸牆218、一第三凸牆242及一第四凸牆248。第一凸牆212與第二凸牆218豎立於上表面210且彼此間隔一距離而形成一第一凹陷264。第一凹陷264分別與第一入口114及第一出口115相連通。第一凸牆212包含一受壓段214及一延伸段216。受壓段214自旋轉體200之周緣朝旋轉體200之中心延伸，而延伸段216自受壓段214的一端朝第一限位段112b延伸。此外，延伸段216之長度L1係大於第一出口115至第一限位段112b之距離D1，以保證第一出口115能夠介於受壓段214與第一限位段112b之間。

在本實施例中，第一凸牆212與第一擋牆112相互分離以形成一第一流道260，第一流道260與第一入口114及第一出口115相通。

第二凸牆218包含一基部220及一凸出部222。凸出部222自基部220的一端朝第二限位段112c凸出。第二擋牆113位於第二限位段112c與基部220之間，以及位於凸出部222與旋轉體200之周緣之間。並且，第二擋牆113抵靠於凸出部222，以減少旋轉體200轉動的流阻。此外，第二擋牆113與第二凸牆218之間具有一壓力緩衝空間285，壓力緩衝空間285的作用容後一併描述。此外，第一止擋段112a介於第二凸牆218之間，且第一止擋段112a與第二凸牆218間保持一第一間距以形成一第一液流口256。第一液流口256連通第一入口114。

此外，基部220具有一沿旋轉體200之周緣設置的一第一側緣224及與第三限位段122b相鄰的一第二側緣228。第一側緣224與第二側緣228於靠近上蓋110的一側各具有一斜面226、230，斜面226、230與上蓋110之內表面共同構成一環形通道270。環形通道270分別與第一凹陷264及壓力緩衝空間285相連通，以避免旋轉式流量控制裝置10的內部壓力過大而造成旋轉體200無法轉動。

旋轉體200之上表面210與下表面240上之結構為左右相互對稱的結構。詳細來說，第三凸牆242與第四凸牆248豎立於下表面240且彼此間隔一距離而形成一第二凹陷266。第二凹陷266分別與第二入口124及第二出口125相連通。第三凸牆242包含一受壓段244及一延伸段246。受壓段244自旋轉體200之周緣朝旋轉體200之中心延伸，而延伸段246自受壓段244的一端朝第三限位段122b延伸。此外，延伸段246之長度係大於第二出口125至第三限位段122b之距離，以保證第二出口125能夠介於受壓段244與第三限位段122b之間。

在本實施例中，第三凸牆242與第三擋牆122相互分離以形成一第二流道262，第二流道262與第二入口124及第二出口125相通。

第四凸牆248包含一基部250及一凸出部252。凸出部252自基部250的一端朝第四限位段122c凸出。第四擋牆123位於第四限位段122c與基部250之間，以及位於凸出部252與旋轉體200 之周緣之間。並且，第四擋牆123抵靠於凸出部252，以減少旋轉體200轉動的流阻。此外，第四擋牆123與第四凸牆248之間具有一壓力緩衝空間290，壓力緩衝空間290的作用容後一併描述。此外，第二止擋段122a介於第四凸牆248之間，且第二止擋段122a與第四凸牆248間保持一第一間距以形成一第二液流口258。第二液流口258連通第二入口124。

其中，第四凸牆248之基部250具有如上述第二凸牆218之基部220的結構，使得第四凸牆248之基部250與下蓋120之內表面共同構成一環形通道280。環形通道280分別與第二凹陷266及壓力緩衝空間290相連通以避免密閉空間的形成。密閉空間會造成空氣或流體無法被壓縮而導致旋轉體200無法旋轉的問題。因此，環形通道280可以避免旋轉式流量控制裝置10的內部壓力過大而造成旋轉體200無法轉動。

請一併參閱第1圖、第7圖及第8圖，第7圖與第8圖為第2圖之旋轉式流量控制裝置的作動示意圖。

假設液靜壓軸承20內的轉軸22因承受一負重而偏向第二注液口26時，轉軸22會擠壓液靜壓軸承20內之流體，以令流體自第二出口125流入第二凹陷266。更詳細來說，流體流入第三限位段122b與第三凸牆242之受壓段244之間，使得第三限位段122b與第三凸牆242之間的流體壓力增加，進而導致受壓段244之相對兩側產生壓力差而帶動旋轉體200順時針轉動(沿箭頭a所指的方向)。而旋轉式流量控制裝置10調節流量的原理如下： 當旋轉體200順時針轉動時，第一凸牆212之受壓段214會相對靠近第一限位段112b，以將流體重新由第四注液口30流入液靜壓軸承20而調整液靜壓軸承20內流體的流量。

此外，當旋轉體200順時針轉動時，第四凸牆248之凸出部252會相對遠離第二止擋段122a以擴大第二液流口258的大小，以增加流體從第二入口124流入第二凹陷266的流量，進而使得流體擠壓第三凸牆242之受壓段244靠近第四限位段122c之一側而帶動旋轉體200復位(沿箭頭b所指的方向)。如此一來，原本位於第三限位段122b與第三凸牆242之受壓段244之間的流體就會重新被迫使自第二注液口26流入液靜壓軸承20而將轉軸22的位置導正，也就是說，轉軸22會被擠回靠近液靜壓軸承20靠近中間的位置。當轉軸22朝其它注液口偏離時，僅旋轉方向有所差異，旋轉式流量控制裝置10的其餘作動方式與上述相同，故不再贅述。

根據上述本提案所揭露之旋轉式流量控制裝置，旋轉體係可旋轉地設置於軸承。並不用透過薄膜來達到流量控制的效果，故本提案之旋轉式流量控制裝置不會有疲勞變形的問題。

此外，二出口分別連通液靜壓軸承的二注液口。旋轉體之受壓段分別受到流體的壓力差以帶動第一凸牆之受壓段相對靠近或相對遠離第一限位段以及第三凸牆之受壓段相對靠近或相對遠離第三限位段而達到液靜壓軸承的流量控制。

此外，旋轉式流量控制裝置的二入口分別連通供油裝置。旋轉體之受壓段分別受到流體的壓力差以帶動第二凸牆之凸出部相 對靠近或相對遠離第二限位段以及第四凸牆之凸出部相對靠近或相對遠離第四限位段而調整第一液流口與第二液流口的大小，進而調整受壓段之靠近第二凸牆的一側的壓力以達到液靜壓軸承的流量控制。

雖然本提案之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本提案，任何熟習相關技藝者，在不脫離本提案之精神和範圍內，舉凡依本提案申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本提案之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧旋轉式流量控制裝置

20‧‧‧液靜壓軸承

22‧‧‧轉軸

24‧‧‧第一注液口

26‧‧‧第二注液口

28‧‧‧第三注液口

30‧‧‧第四注液口

40‧‧‧供油裝置

100‧‧‧本體

110‧‧‧上蓋

111‧‧‧凸座

112‧‧‧第一擋牆

112a‧‧‧第一止擋段

112b‧‧‧第一限位段

112c‧‧‧第二限位段

113‧‧‧第二擋牆

114‧‧‧第一入口

115‧‧‧第一出口

120‧‧‧下蓋

121‧‧‧凸座

122‧‧‧第三擋牆

122a‧‧‧第二止擋段

122b‧‧‧第三限位段

122c‧‧‧第四限位段

123‧‧‧第四擋牆

124‧‧‧第二入口

125‧‧‧第二出口

130‧‧‧組裝座

131‧‧‧組裝槽

140‧‧‧軸承

141‧‧‧軸孔

200‧‧‧旋轉體

210‧‧‧上表面

212‧‧‧第一凸牆

214‧‧‧受壓段

216‧‧‧延伸段

218‧‧‧第二凸牆

220‧‧‧基部

222‧‧‧凸出部

224‧‧‧第一側緣

226‧‧‧斜面

228‧‧‧第二側緣

230‧‧‧斜面

240‧‧‧下表面

242‧‧‧第三凸牆

244‧‧‧受壓段

246‧‧‧延伸段

248‧‧‧第四凸牆

250‧‧‧基部

252‧‧‧凸出部

254‧‧‧貫穿孔

256‧‧‧第一液流口

258‧‧‧第二液流口

260‧‧‧第一流道

262‧‧‧第二流道

264‧‧‧第一凹陷

266‧‧‧第二凹陷

270‧‧‧環形通道

280‧‧‧環形通道

285‧‧‧壓力緩衝空間

290‧‧‧壓力緩衝空間

第1圖為一實施例所揭露之旋轉式流量控制裝置配置於液靜壓軸承的示意圖。

第2圖為第1圖之旋轉式流量控制裝置的立體示意圖。

第3圖為第2圖之分解示意圖。

第4A圖為第3圖之旋轉體的立體示意圖。

第4B圖為第2圖之剖面示意圖。

第5圖為第2圖之剖面示意圖。

第6圖為第2圖之剖面示意圖。

第7圖與第8圖為第2圖之旋轉式流量控制裝置的作動示意圖。

100‧‧‧本體

110‧‧‧上蓋

111‧‧‧凸座

112‧‧‧第一擋牆

113‧‧‧第二擋牆

114‧‧‧第一入口

115‧‧‧第一出口

120‧‧‧下蓋

121‧‧‧凸座

122‧‧‧第三擋牆

123‧‧‧第四擋牆

124‧‧‧第二入口

125‧‧‧第二出口

130‧‧‧組裝座

131‧‧‧組裝槽

140‧‧‧軸承

141‧‧‧軸孔

200‧‧‧旋轉體

210‧‧‧上表面

212‧‧‧第一凸牆

218‧‧‧第二凸牆

264‧‧‧第一凹陷

Claims (14)

1. 一種旋轉式流量控制裝置，用以控制一流體的流量，包含：一本體，包含一上蓋、一軸承及一下蓋，該上蓋具有一第一入口及一第一出口，該軸承裝設於該上蓋及該下蓋之間，且該軸承具有一軸孔，該上蓋包含凸向該軸承的一第一擋牆，該第一擋牆包含一第一止擋段及一第一限位段，該第一止擋段介於該第一入口與該第一出口之間，且該第一限位段自該第一止擋段之一端朝該上蓋之側緣延伸；以及一旋轉體，可旋轉地裝設於該軸孔內，該旋轉體具有一上表面，該上表面面向該上蓋，該旋轉體包含一第一凸牆及一第二凸牆，該第一凸牆與該第二凸牆豎立於該上表面且彼此間隔一距離而形成一第一凹陷，該第一凹陷分別與該第一入口及該第一出口連通，該第一出口位於該第一凸牆與該第一限位段之間，該第一止擋段介於該第二凸牆與該第一限位段之間，且該第一止擋段與該第二凸牆間保持一第一間距以形成一第一液流口，該第一液流口連通該第一入口；其中，該流體用以自該第一出口流入或流出該第一凹陷，使得該第一凸牆因兩側之壓力差而相對遠離或靠近該第一擋牆，並使得該第二凸牆相對遠離或靠近該第一止擋段以調整該流體自該第一液流口流入該第一凹陷的流量。
2. 如請求項1所述之旋轉式流量控制裝置，其中該上蓋包含一凸座，該凸座卡合於該軸孔，該第一入口及該第一出口位於該凸 座上，該第一擋牆另包含一第二限位段，該第一限位段及該第二限位段分別連接該第一止擋段的相對兩端，該第一止擋段豎立於該凸座，並圍繞部分該第一入口，該第一限位段與該第二限位段豎立於該凸座，並分別自該第一入口朝該凸座之周緣延伸，該第一凸牆介於該第一限位段與該第二限位段之間。
3. 如請求項2所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第一凸牆與該第一擋牆相互分離以形成一第一流道。
4. 如請求項3所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第一凸牆包含一受壓段及一延伸段，該受壓段自該旋轉體之周緣朝該旋轉體之中心延伸，該延伸段自該受壓段之一端朝該第一限位段延伸，且該延伸段之長度大於該第一出口至該第一限位段之距離。
5. 如請求項3所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第二凸牆包含一基部及一凸出部，該凸出部自該基部的一端朝該第二限位段凸出，該上蓋更包含一第二擋牆，該第二擋牆與該第二限位段彼此間隔一第二間距，且該第二擋牆位於該第二限位段與該基部之間，以及位於該凸出部與該旋轉體之周緣之間，而該第二擋牆抵靠於該凸出部。
6. 如請求項5所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第二凸牆與該第二擋牆之間具有一壓力緩衝空間，該基部具有沿該旋轉體之周緣設置的一第一側緣及與該第一限位段相鄰的一第二側緣，該第一側緣與該第二側緣於靠近該上蓋的一側各具有一斜 面，該斜面與該上蓋之內表面共同構成一環形通道，該環形通道分別與該第一凹陷及該壓力緩衝空間相連通。
7. 如請求項1所述之旋轉式流量控制裝置，其中該下蓋具有一第二入口及一第二出口，該下蓋包含凸向該軸承的一第三擋牆，該第三擋牆包含一第二止擋段及一第三限位段，該第二止擋段介於該第二入口與該第二出口之間，且該第三限位段自該第二止擋段之一端朝該上蓋之側緣延伸，該旋轉體具有相對該上表面的一下表面，該下表面面向該下蓋，該旋轉體包含一第三凸牆及一第四凸牆，該第三凸牆與該第四凸牆豎立於該下表面且彼此間隔一距離而形成一第二凹陷，該第二凹陷分別與該第二入口及該第二出口相連通，該第二出口位於該第三凸牆與該第三限位段之間，該第二止擋段介於該第四凸牆與該第三限位段之間，且該第二止擋段與該第四凸牆間保持一第三間距以形成一第二液流口，該第二液流口連通該第二入口。
8. 如請求項7所述之旋轉式流量控制裝置，其中該旋轉體具有一貫穿孔，該貫穿孔自該上表面貫穿該下表面，該第一入口及該第二入口與該貫穿孔至少部分重疊，且該貫穿孔連通該第一凹陷與該第二凹陷。
9. 如請求項7所述之旋轉式流量控制裝置，其中該下蓋包含一凸座，該凸座卡合於該軸孔，該第二入口及該第二出口位於該凸座上，該第三擋牆另包含一第四限位段，該第三限位段及該第四限位段分別連接該止擋段的相對兩端，該止擋段豎立於該凸 座，並圍繞部分該第二入口，該第三限位段與該第四限位段豎立於該凸座，並分別自該第二入口朝該凸座之周緣延伸，該第三凸牆介於該第三限位段與該第四限位段之間。
10. 如請求項9所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第三凸牆與該第三擋牆相互分離以形成一第二流道。
11. 如請求項10所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第三凸牆包含一受壓段及一延伸段，該受壓段自該旋轉體之周緣朝該旋轉體之中心延伸，該延伸段自該受壓段之一端朝該第三限位段延伸，且該延伸段之長度大於該第二出口至該第三限位段之距離。
12. 如請求項10所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第四凸牆包含一基部及一凸出部，該凸出部自該基部的一端朝該第四限位段凸出，該下蓋更包含一第四擋牆，該第四擋牆與該第四限位段彼此間隔一第四間距，且該第四擋牆位於該第三限位段與該基部之間，以及位於該凸出部與該旋轉體之周緣之間，而該第四擋牆抵靠於該凸出部。
13. 如請求項12所述之旋轉式流量控制裝置，其中該第四凸牆與該第四擋牆之間具有一壓力緩衝空間，該基部具有一沿該旋轉體之周緣設置的一第一側緣及與該第三限位段相鄰的一第二側緣，該第一側緣與該第二側緣於靠近該上蓋的一側各具有一斜面，該斜面與該上蓋之內表面共同構成一環形通道，該環形通道分別與該第二凹陷及該壓力緩衝空間相連通。
14. 如請求項1所述之旋轉式流量控制裝置，其中該本體更包含一組裝座，該上蓋與該下蓋分別裝設於該組裝座之相對兩側，該組裝座具有一組裝槽，該軸承裝設於該組裝槽內。