TWI526642B - 流體壓力裝置 - Google Patents

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TWI526642B TW100117009A TW100117009A TWI526642B TW I526642 B TWI526642 B TW I526642B TW 100117009 A TW100117009 A TW 100117009A TW 100117009 A TW100117009 A TW 100117009A TW I526642 B TWI526642 B TW I526642B
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Description

流體壓力裝置
本發明係有關一種流體壓力缸(fluid pressure cylinder)或流體轉換閥(fluid changeover valve)或類似物之流體壓力裝置；尤其是有關一種其內裝置有一襯墊之流體壓力裝置。此一襯墊構成含有活塞或閥心(spool)或類似物之分隔件之改良，該活塞或閥心或類似物係在一外殼中所界定之滑孔內部移動。
流體壓力缸大致包括活塞，其係沿著形成於外殼內之滑孔內部之軸線方向移動。由彈性橡膠材料製成之密封件係安置於形成於該活塞外周緣之安裝槽內，俾透過該密封件，使得滑孔之內周緣與活塞之外周緣之間產生一密封作用。此外，一耐磨環(wear ring)連同該密封件設置在活塞上。當橫向負荷施加於促使滑孔軸線與活塞軸線間產生不對齊之方向時，活塞軸線之不對齊即受到該耐磨環之抑制，而阻止了襯墊過度擠壓滑孔之內表面而碎裂，同時該耐磨環並避免了活塞之外周緣與滑孔之內周緣之接觸。該耐磨環係形成為環狀(其在某部分上含有一切割線(cut line))，由硬度大於該襯墊且具有極佳滑動性之材料(例如合成樹酯(synthetic resin))所製成。藉著該切割線，該耐磨環即可被打開及安裝於該活塞之外周緣。
舉例一具有該耐磨環之流體壓力裝置而言，日本早期專利公開公告號09-072310揭示一種裝置，其中密封件(O型環)以及背托環(backup ring)(耐磨環)係以平行方式安裝於活塞外周緣上之安裝槽內。另外，在日本早期專利公開公告號2003-120602中，揭示一種裝置，其中在其外周緣上裝有密封突出部之密封件(D環)係裝入活塞外周緣之安裝槽內，而一背托環(耐磨環)係連同該密封件而安裝於其上，以便圍繞該密封件之密封突出部兩側邊之肩部。
不過，揭示於該日本早期專利公開公告號09-072310以及日本早期專利公開公告號2003-120602的裝置中，各裝置之結構係設有由合成樹脂或金屬材料或類似物製成之耐磨環，其等具有大硬度且其中徑向厚度大，並與密封件一起裝入安裝槽內。因此，由於此種耐磨環之剛性所致，欲將耐磨環裝入安裝槽內是相當困難的。在此情形下，由於耐磨環僅有一小部分外周緣側邊是自該安裝槽朝外突伸，而且由於有必要將構成耐磨環主要部分之內周緣側邊卡合裝入該安裝槽內，所以耐磨環之徑向厚度無法容易地縮減或變薄。
本發明之目的係提供一種流體壓力裝置，其中具有耐磨環功能之支撐環可連同密封件一起裝在分隔件之外周緣上，而無需讓支撐環裝入供密封件安裝之安裝槽內，此一結構之結果為，可簡化支撐環的安裝。
為了解決上述之問題，本發明之特徵在於一種流體壓力裝置，其包括形成於外殼中之滑孔，以及沿著該滑孔內部而朝軸向移動之分隔件，其中襯墊安裝槽係形成於該分隔件之外周緣上，而環形襯墊係裝入該襯墊安裝槽內。該襯墊係由：由彈性橡膠材料製成之環形密封件、以及由低摩擦材料製成而安裝於該密封件之外周緣上之支撐環所構成。該密封件在其外周緣上包括：密封突出部，其接觸該滑孔之內表面；肩部，其係形成於該密封突出部之雙側並自該襯墊安裝槽向外突伸；以及凹陷溝槽，其係介於該肩部與該密封突出部之間。該支撐環包括支撐表面及卡合突出部，該支撐表面在其外周緣上且平行於該分隔件之軸向，而該卡合突出部位在其內周緣上，俾當突出部卡合於凹陷溝槽時，該支撐環即安裝於該密封件上，從而圍繞該肩部之外周緣。
在本發明之流體壓力裝置中，支撐表面之直徑係形成為小於該滑孔之內徑，使得當橫向負荷並未施加於該分隔件時，支撐表面所在位置並不與該滑孔之內表面接觸。而當橫向負荷施加於該分隔件時，支撐表面即與該滑孔之內表面接觸。此使得該橫向負荷透過該支撐環而由肩部所承受，結果，避免了該分隔件之外周緣表面與該滑孔之內表面接觸。
在本發明之流體壓力裝置中，無論該橫向負荷施加或不施加於該分隔件時，支撐環係整體一直都置於該襯墊安裝槽外側。
在本發明之流體壓力裝置中，該密封件之橫斷面積大於該襯墊安裝槽之橫斷面積，使得該肩部處於一直都自該襯墊安裝槽向外突伸之位置。
在本發明之流體壓力裝置中，用於密封之內周緣突出部係形成於該密封件之內周緣上，而與該襯墊安裝槽之槽溝底部彈性地接觸。
根據本發明，由於形成於支撐環之內周緣上的突出部卡合於密封件之外周緣上之凹陷溝槽，故該支撐環安裝於該密封件上而圍繞該肩部之外周緣。是故，該支撐環可連同該密封件在卡合之狀態下一起安裝於該分隔件之外周緣上，不須將支撐環置入襯墊安裝槽內。結果，使得支撐環之安裝更為簡化。另外，由於支撐環安裝於介於肩部(該肩部係自襯墊安裝槽向外突伸)與滑孔之內周緣之間的密封件上，所以支撐環在徑向之厚度可縮減(變薄)，也因此有助於製造及處理該支撐環。
本發明上述及其它目的特色與優點，將經由配合圖式及以下說明而更為清楚，並藉由說明範例以顯示本發明之較佳實施例。
第1圖顯示構成本發明之流體壓力裝置範例之流體壓力缸，該流體壓力缸包括滑孔3，其連通於一對通口2a、2b之間，該滑孔3形成於由例如鋁合金或類似物等金屬材料所製成之外殼1之內部，而該外殼1設有該對通口2a、2b。在該滑孔3之內部，設有活塞(分隔件)4，同樣地其係由例如鋁合金或類似物等金屬材料所製成，而該活塞4構成分隔件，其將該滑孔3之內部分隔為兩個個別的壓力室5a、5b。襯墊安裝槽6係形成於該活塞4之外周緣上，而有一環形或環狀襯墊7係安裝於該襯墊安裝槽6內。藉著該襯墊7，使得該活塞4之外周緣表面4a與滑孔3之內周緣表面3a間之介面獲致密封。其次，活塞桿8之基端部係連接至該活塞4，而該活塞桿8之末端部則穿透阻塞該滑孔3之一端之桿蓋9，並延伸至該滑孔3之外部。
如第1圖所示，在桿蓋9之內部周緣表面與活塞桿8之外部周緣表面之間形成密封效果之密封件10係安裝在桿蓋9之內部周緣上。此外，另一在桿蓋9之外部周緣表面與滑孔3之內部周緣表面之間形成密封效果之密封件11係安裝在桿蓋9之外部周緣上。
再者，經由該兩個通口2a、2b，交替地來回供應及排出例如壓縮空氣或類似者之加壓流體至兩個壓力室5a、5b內部，使得活塞4往復地移動，因而促使活塞桿8前進或縮回。
該活塞4之襯墊安裝槽6以及該襯墊7係構成如第2至4圖所示者。
第3圖所顯示之情形為，襯墊7係安裝於該襯墊安裝槽6內，然其中該活塞4並未插入該滑孔3之內部，因此該襯墊7本身並未變形。第2圖顯示之狀態為，當該活塞4被插入該滑孔3之內部時，該襯墊7即抵靠著該滑孔3之內周緣表面3a，並抵靠著該襯墊安裝槽6之槽溝底部6a，並在徑向被壓縮，且其中雖然該襯墊7之寬度係在襯墊7傾向擴張之方向變形，但施加於該襯墊7之橫向負荷並未被圖示。在此時，該活塞4之軸線係與該滑孔3之軸線L重疊著。因此，在以下之說明中，元件符號「L」係標註於活塞4之軸線L。
上述之橫向負荷係定義為透過該活塞桿8而施加於該活塞4上之一斜向力，其來自連接至被作功之該活塞桿8之末端的構件，因而該力傾向於將活塞4之軸線推移偏離該滑孔3之軸線L。
該襯墊安裝槽6係由左、右側邊壁6b以及溝槽底部6a三個側邊所圍繞之溝槽，左、右側邊壁6b分別構成平面，而與該活塞4之軸線L呈垂直，且互相平行設置。該溝槽底部6a構成與該活塞4之軸線L方向平行對齊之平面。因此，該襯墊安裝槽6整體上有均勻一致之槽溝寬度及槽溝深度。
此外，該襯墊7係由以彈性橡膠材料構成之環形密封件20、以及安裝於該密封件20之外周緣之兩個支撐環30所構成。
該密封件20具有外周緣20a以及內周緣20b、以及左與右側邊壁，其等側邊壁係平面且彼此平行設置。該密封件20之外周緣20a上形成有：密封突出部21，其橫斷面係半圓形或類似形狀，且其一直都碰觸著該滑孔3之內周緣表面3a；位於該密封突出部21之雙側並自該襯墊安裝槽6向外突伸的兩個肩部22；以及橫斷面為U形且介於肩部22與該密封突出部21之間的凹陷溝槽。
該密封突出部21係形成於密封件20之外周緣上之實質中央位置處；另外，該等肩部22係構成平行於該活塞4之軸線L方向之表面，且兩個肩部22之直徑實質相同；換言之，該活塞4之軸線L至其中一個肩部22之距離與該軸線L至另一個肩部22之距離係彼此相同。再者，肩部22之直徑係形成為大於該活塞4之外徑，但是小於該滑孔3之內徑。將該密封件20之斷面積製成大於襯墊安裝槽6之斷面積，並且肩部22係一直處在介於活塞4之外周緣表面4a與滑孔3之內周緣表面3a之間的位置。
此外，支撐環30係由人造樹脂或金屬或類似材料(例如具有低抗摩擦及磨損特性之聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE))所製成。支撐環30具有支撐表面31，其係在支撐環30外周緣上平行於該活塞4之軸線L方向，並具有在內周緣呈U形斷面之卡合突出部32。藉著讓突出部32卡合於凹陷溝槽23內，支撐環30即裝置於該密封件20上，俾圍繞著肩部22之外周緣。
藉著將該等支撐環30製成使支撐表面31之直徑小於該滑孔3之內徑，因此當橫向負荷不作用在該活塞4時，支撐表面31係處在不與滑孔3之內周緣表面3a碰觸之位置；而當橫向負荷作用在該活塞4時，支撐表面31即與滑孔3之內周緣表面3a部分地碰觸。再者，該等支撐環30係整體地裝入該密封件20，以便無論橫向負荷作用或不作用在該活塞4時，皆隨時保持在該襯墊安裝槽6之外側。
雖然該等支撐環30可在形成該密封件20時與該密封件20一體成形，但該等支撐環30亦可在該襯墊7安裝在該活塞4上且在該密封件20已經被裝入該襯墊安裝槽6內之後，被安裝入該密封件20上。在此情形下，可在支撐環30之部分上製作切割線(cut lines)，其中支撐環30係在支撐環30開口於切割線位置之狀態下安裝在該密封件20上。
在該密封件20之內周緣上，形成作為密封用而斷面呈半圓形之內周緣突出部24，以便與該襯墊安裝槽6之溝槽底部6a彈性接觸。該內周緣突出部24係置於沿著該活塞4之軸線L方向之位置，而相當於該密封突出部21之位置，更確切而言係置於該密封件20之內周緣之中心位置。該內周緣突出部24之寬度與高度係小於該密封突出部21之寬度與高度。此外，如第2圖所示，在該密封件20之內周緣之內周緣突出部24之兩側，設有抵接表面25。該等抵接表面25之某些部分在該內周緣突出部24受到壓縮並朝著該襯墊安裝槽6之溝槽底部6a擠壓時，會與該溝槽底部6a抵靠。如第3圖所示，當該活塞4並未裝置於該滑孔3內之狀態下，該等抵接表面25係與該活塞4之軸線L方向平行之表面，且當此時，在該內周緣突出部24兩側之兩個抵接表面25之直徑係彼此相等。
該內周緣突出部24亦可置於其他位置，而不同於該密封突出部21在活塞4之軸線L方向之位置。
在本實施例中，如第2圖所示，當橫向負荷並未施加於該活塞4之正常情形時，在該密封件20之外周緣上之該密封突出部21係抵靠著並且在該密封件20之整個周緣上均勻地受到壓縮而頂靠在該滑孔3之整個周緣的內表面上。此外，支撐環30外部表面上之支撐表面31(其等係安裝在該密封突出部21之兩側)係處在自該襯墊安裝槽6向外突伸之位置，且支撐表面31係保持在不與該滑孔3之內周緣表面3a碰觸之狀態。
在此情況下，如第5圖所示，當橫向負荷施加於該活塞桿8時，使得該活塞4受到斜向於該滑孔3之強大壓力，故該密封突出部21進一步被壓縮。不過，該等支撐環30之支撐表面31抵靠著該滑孔3之內表面以及該橫向負荷係透過該等支撐環30而由該密封件20之肩部22所承受，使得活塞4之外表面免於抵靠著該滑孔3之內表面，藉此可靠地防止此種金屬構件間彼此接觸所造成之損害。再者，由於該等支撐環30具有低摩擦特性，該滑孔3之內表面的摩擦阻力較小，也因此該活塞4持續地順暢且穩定地操作著。
在本實施例中，雖然在該密封件20之外周緣上之凹陷溝槽23以及在支撐環30之內周緣之突出部32係形成U形斷面，然而本實施例中之凹陷溝槽23及突出部32可形成其它形狀之斷面。舉例而言，如第6圖所示，凹陷溝槽23之溝槽表面23a接近於肩部22，而且對應於溝槽表面23a之突出部32之側表面32a可形成為垂直於該密封件20之軸線L之平坦表面，因而使得支撐環30可以牢靠地卡合於該密封件20。或者是，凹陷溝槽23之左、右溝槽表面可形成為彼此平行之平坦表面，而其底部表面可設置為與活塞4之軸線L平行。突出部32之橫斷面形狀可形成為與凹陷溝槽23類似之溝槽構形。
而且，如第7圖所示，複數個孔33可以相等間隔形成於支撐環30上，該等孔33具有將油脂(grease)留置於其內之功能。因此，藉著將油脂留置於其內部，即可長期間維持支撐表面31與滑孔3之內表面間之適當滑動性。
在前述的敘述中，流體壓力缸被顯示為流體壓力裝置之其中一種範例。然而，該流體壓力裝置亦可包括流體轉換閥，其中流體通道係藉利用閥心而切換，該閥心係沿著形成於外殼內之滑孔內部而滑動。在本實施例中，該閥心形成該分隔件。
雖然本發明若干較佳實施例已經詳細圖示及敘述，但本發明並不受限於上述之實施例，且應可瞭解的是，在不偏離附件申請專利範圍之範疇下，仍然可對本發明做各種改變及變化。
1．．．外殼
2a．．．通口
2b．．．通口
3．．．滑孔
3a．．．內周緣表面
4．．．活塞
4a．．．外周緣表面
5a．．．壓力室
5b．．．壓力室
6．．．襯墊安裝槽
6a．．．溝槽底部
6b．．．左、右側邊壁
7．．．襯墊
8．．．活塞桿
9．．．桿蓋
10．．．密封件
11．．．密封件
20．．．密封件
20a．．．外周緣
20b．．．內周緣
21．．．密封突出部
22．．．肩部
23．．．凹陷溝槽
23a．．．溝槽表面
24．．．內周緣突出部
25．．．抵接表面
30．．．支撐環
31．．．支撐表面
32．．．突出部
33．．．孔
L．．．軸線
第1圖係構成本發明之流體壓力裝置範例之流體壓力缸之部分剖面圖；
第2圖係第1圖所示之主要部位之放大剖面圖；
第3圖係在該活塞並非插置於該滑孔內之狀態時之主要部位之剖面圖；
第4圖係描述第3圖所示之主要特徵之放大剖面圖；
第5圖係顯示當橫向負荷施加於該活塞時之襯墊及其鄰近位置之主要部位剖面圖；
第6圖係顯示本發明第二實施例之主要部位之放大剖面圖；以及
第7圖係支撐環之部分平面圖。
1．．．外殼
3．．．滑孔
3a．．．內周緣表面
4．．．活塞
4a．．．外周緣表面
6．．．襯墊安裝槽
6a．．．溝槽底部
6b．．．左、右側邊壁
7．．．襯墊
20．．．密封件
20a．．．外周緣
20b．．．內周緣
21．．．密封突出部
22．．．肩部
23．．．凹陷溝槽
24．．．內周緣突出部
25．．．抵接表面
30．．．支撐環
31．．．支撐表面
L．．．軸線

Claims (4)

  1. 一種流體壓力裝置，包含形成於外殼中之滑孔(3)以及沿著該滑孔(3)內部而朝軸向移動之分隔件(4)，其中，襯墊安裝槽(6)係形成於該分隔件(4)之外周緣，以及環形襯墊(7)係安裝於該襯墊安裝槽(6)內，其中：該襯墊(7)係由下述構件形成：由彈性橡膠材料製成之環形密封件(20)、以及由具有低摩擦特性之材料製成之支撐環(30)，該支撐環(30)係安裝於該密封件(20)之外周緣上；該密封件(20)在其外周緣上包括：密封突出部(21)，其係接觸該滑孔(3)之內表面；肩部(22)，其係形成於該密封突出部(21)之雙側且自該襯墊安裝槽(6)向外突伸；以及凹陷溝槽(23)，其係介於該肩部(22)與該密封突出部(21)之間；以及該支撐環(30)包括支撐表面(31)以及卡合突出部(32)，該支撐表面(31)係在該支撐環(30)之外周緣上平行於該分隔件(4)之軸線方向，而該卡合突出部(32)係在該支撐環(30)之內周緣上，藉著將該突出部(32)卡合於該凹陷溝槽(23)內，該支撐環(30)即安置於該密封件(20)上，俾圍繞著該肩部(22)之外周緣；其中，該支撐表面(31)之直徑係形成為小於該滑孔(3)之內徑，使得當橫向負荷不作用在該分隔件(4)時，該支撐表面(31)係處在不與該滑孔(3)之內表面接觸之位置；而當橫向負荷作用在該分隔件(4)時，該支撐表 面(31)即與該滑孔(3)之內表面接觸，因而該橫向負荷係透過該支撐環(30)而由該肩部(22)承擔，藉此使得該分隔件(4)之外周緣表面免於接觸該滑孔(3)之內表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之流體壓力裝置，其中，無論橫向負荷作用或不作用在該分隔件時(4)時，該支撐環(30)皆一直整體地保持在該襯墊安裝槽(6)之外側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之流體壓力裝置，其中，該密封件(20)之橫斷面積係大於該襯墊安裝槽(6)之橫斷面積，使得該肩部(22)處於一直都自該襯墊安裝槽(6)向外突伸之位置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之流體壓力裝置，其中，用於密封之內周緣突出部(24)係形成於該密封件(20)之內周緣上，而與該襯墊安裝槽(6)之槽溝底部彈性地接觸。
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