TWI615553B - 流體靜壓缸及建立流體靜壓的方法 - Google Patents

Description

流體靜壓缸及建立流體靜壓的方法

本發明是有關於一種工具機的配重，特別是指一種流體靜壓缸及建立流體靜壓的方法。

工具機的垂直軸為了減輕馬達的負荷，一般會使用配重機構，最簡單的配重機構就是使用配重塊，例如中華民國證書號第M363350號專利案，是在一機頭頂部連接有一連動元件，該連動元件繞過一機柱頂部後又與一配重塊相連接。這種配重設計由於機頭質量加倍，所以動態特性較差。

另一種常用的配重機構就是使用油壓缸，例如中華民國證書號第M317895號專利案，是在一工作頭與一機柱頂部之間設置有一配重缸，該配重缸的活塞與活塞桿都需要設置密封零件，由於密封零件與缸體、活塞桿須緊密配合，故活塞和活塞桿移動時會產生相當大的摩擦力，此摩擦力除了影響動態特性外，也會影響微進量，所以無法達成精密微進給之目的。

因此，本發明之一目的，即在提供一種可減少摩擦、動態特性佳且可達到精密微進給之流體靜壓缸。

本發明之另一目的，即在提供一種可用簡單的步驟且可減少摩擦、動態特性佳、可達到精密微進給之建立流體靜壓的方法。

於是，本發明流體靜壓缸，包含一缸體、一活塞單元及一活塞桿。該缸體沿一軸線延伸，並包括一圍繞該軸線且可形成一活塞腔的缸壁及至少一與該活塞腔連通的進給流道，該活塞單元可沿該軸線滑動地設置於該活塞腔，且將該活塞腔區隔成一第一區域及一第二區域，該活塞單元包括一相鄰於該第一區域的第一端面、一沿該軸線相反於該第一端面且相鄰於該第二區域的第二端面、一連接於該第一端面與該第二端面之間且相對於該缸壁的外環面、一由該第一端面朝該第二端面延伸的導油孔、多數由該導油孔朝該外環面連通的分流道及多數由該外環面凹設且分別連通於該等分流道的壓力槽，該等分流道呈階級孔狀，並分別具有一連通於該導流孔的中段、一設置於該中段與該外環面之間的外側段、一相反於該外側段且設置於該中段與該外環面之間的封閉段及一設置於該中段與該外側段之間的節流部，該活塞桿沿該軸線延伸，包括一對應於該第二端面且連接於該活塞單元的內側端及一沿該軸線相反於該內側端且伸設於該缸體外部的外側端。

一種建立流體靜壓的方法，包含下列步驟：(A)製備一流體靜壓缸，該流體靜壓缸包含一缸體、一活塞單元及一活塞桿，該缸體沿一軸線延伸，並包括一圍繞該軸線且可形成一活塞腔的缸壁及至少一與該活塞腔連通的進給流道，該活塞單元可沿該軸線滑動地設置於該活塞腔，且將該活塞腔區隔成一第一區域及一第二區域，該活塞單元包括一相鄰於該第一區域的第一端面、一沿該軸線相反於該第一端面且相鄰於該第二區域的第二端面、一連接於該第一端面與該第二端面之間且相對於該缸壁的外環面、一由該第一端面朝該第二端面延伸的導流孔、多數由該導流孔朝該外環面連通的分流道及多數由該外環面凹設且分別連通於該等分流道的壓力槽，該等分流道呈階級孔狀，並分別具有一連通於該導流孔的中段、一設置於該中段與該外環面之間的外側段、一相反於該外側段且設置於該中段與該外環面之間的封閉段及一設置於該中段與該外側段之間的節流部，該活塞桿沿該軸線延伸，包括一對應於該第二端面且連接於該活塞單元的內側端及一沿該軸線相反於該內側端且伸設於該缸體外部的外側端。(B)將壓力流體自該進給流道導入至該活塞腔，且使壓力流體由該導流孔導流至該等分流道及該等壓力槽。(C)利用壓力流體在該等壓力槽中，可使該活塞單元與該缸體之間形成一流體靜壓軸承。

本發明之功效在於：利用該活塞單元設有該導流孔、該等分流道及該等壓力槽，當壓力流體導入該活塞腔的第一區域後，對應該等壓力槽的活塞單元與該缸體之間會形成一流體靜壓軸承，且使該活塞單元與該缸體相對運動時無摩擦力產生，動態特性佳且可達到超精密微進給之目的。

10‧‧‧缸體

L‧‧‧軸線

11‧‧‧活塞腔

111‧‧‧第一區域

112‧‧‧第二區域

12‧‧‧缸壁

13‧‧‧下封蓋

14‧‧‧上封蓋

15‧‧‧進給流道

16‧‧‧引出流道

20‧‧‧活塞單元

21‧‧‧活塞

211‧‧‧第一端面

34‧‧‧鎖接件

341‧‧‧墊片

342‧‧‧鎖固螺絲

40‧‧‧軸承座

41‧‧‧球面容室

42‧‧‧凹球面

50‧‧‧球狀軸承

51‧‧‧凸球面

52‧‧‧中心孔

60‧‧‧活塞桿

61‧‧‧內側端

62‧‧‧外側端

20’‧‧‧活塞單元

212‧‧‧第二端面

213‧‧‧外環面

214‧‧‧集油溝

215‧‧‧導流孔

216‧‧‧分流道

201‧‧‧中段

202‧‧‧外側段

203‧‧‧擴徑段

205‧‧‧螺紋部

217‧‧‧壓力槽

218‧‧‧匯流道

219‧‧‧連接柱

22‧‧‧節流部

30‧‧‧支撐單元

31‧‧‧下支撐環

311‧‧‧下套孔

32‧‧‧上支撐環

321‧‧‧上套孔

33‧‧‧滾珠

21’‧‧‧活塞

212’‧‧‧第二端面

216’‧‧‧分流道

219’‧‧‧連接柱

23’‧‧‧壓力槽

24’‧‧‧引流道

30’‧‧‧支撐單元

31’‧‧‧底端面

32’‧‧‧頂端面

33’‧‧‧套孔

21”‧‧‧活塞

216”‧‧‧分流道

30”‧‧‧支撐單元

40”‧‧‧軸承座

42”‧‧‧凹球面

43”‧‧‧壓力槽

44”‧‧‧引流道

50”‧‧‧球狀軸承

51”‧‧‧凸球面

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明流體靜壓缸的一第一實施例的一組合剖視圖；圖2是圖1的一局部放大示意圖；圖3是沿圖1中之線Ⅲ-Ⅲ的一剖面圖；圖4是本發明流體靜壓缸的一第二實施例的一局部放大示意圖；及圖5是本發明流體靜壓缸的一第三實施例的一局部放大示意圖。

參閱圖1、圖2與圖3，本發明流體靜壓缸之一第一實施例，包含一缸體10、一活塞單元20、一支撐單元30、一軸承座40、一球狀軸承50及一活塞桿60。

該缸體10沿一軸線L延伸且呈中空筒狀，並包括一圍繞該軸線L且可形成一活塞腔11的缸壁12、一封設於該缸壁12其中一端的下封蓋13、一相反於該下封蓋13且封設於該缸壁12另一端的上封蓋14、一對應於該下封蓋13的進給流道15及一對應於該上封蓋14的引出流道16。另外，該上封蓋14與該引出流道16可省略不設置，並使該第二區域112的頂部直接與一回流槽連通(圖未示)。

該活塞單元20可沿該軸線L滑動地設置於該活塞腔11中，且將該活塞腔11區隔成一連通於該進給流道15的第一區域111及一連通於該引出流道16的第二區域112，該活塞單元20包括一活塞21及多數節流部22，該活塞21具有一相鄰於該第一區域111的第一端面211、一沿該軸線L相反於該第一端面211且相鄰於該第二區域112的第二端面212、一連接於該第一端面211與該第二端面212之間且相對於該缸壁12的外環面213、多數由該外環面213凹設的集油溝214、一沿該軸線L設置且由該第一端面211朝該第二端面212延伸的導流孔215、多數由該導流孔215朝該外環面213連通且沿垂直於該軸線L的徑向延伸的分流道216、多數由該外環面213凹設且分別連通於該等分流道216的壓力槽217及多數由該外環面213凹設且平行於該軸線L延伸並連通該等集油溝214的匯流道218，每一個匯流道218其中一端並連通至該第二端面212且可連通 至該第二區域112。該活塞21還具有一自該第二端面212凸設且沿該軸線L延伸的連接柱219。

該等分流道216呈階級孔狀，並分別具有一連通於該導流孔215的中段201、一設置於該中段201與該外環面213之間的外側段202、一相反於該外側段202且設置於該中段201與該外環面213之間的封閉段203及一設置於該中段201與該外側段202銜接處的螺紋部205，該等壓力槽217分別連通於該等外側段202。

本實施例的該等節流部22製成獨立零件且分別安裝於該等分流道216，並分別螺鎖定位於該等螺紋部205。另外，該等節流部也可直接製成縮徑孔狀且設置於該等分流道與該等壓力槽之間(圖未示)，亦可達到節流目的。

該支撐單元30連結於該活塞單元20與該活塞桿60之間，並包括一沿徑向定位於該第二端面212的下支撐環31、一沿該軸線L設置於該下支撐環31一側的上支撐環32、多數設置於該下支撐環31與該上支撐環32之間的滾珠33，及一將該上支撐環32鎖接於該活塞21的鎖接件34，該上支撐環32具有相對於該下支撐環31沿徑向偏移的能力。該下支撐環31具有一套設於該連接柱219的下套孔311，該下套孔311與該連接柱219之間無餘隙，且該下支撐環31可沿徑向相對於該活塞21產生定位，該上支撐環32具有一套設於該連接柱219且呈階級狀的上套孔321，該上套孔321與該連接柱 219之間產生一餘隙，利用該餘隙使得該上支撐環32可相對於該連接柱219沿徑向產生移位。該鎖接件34具有一套設於該上套孔321之大徑段的墊片341及一穿設於該墊片341且鎖固於該連接柱219的鎖固螺絲342。

該軸承座40透過該支撐單元30而連結於該活塞21，本實施例的軸承座40固設於該上支撐環32頂部，並具有一可界定出一球面容室41的凹球面42，該球面容室41沿該軸線L設置。

該球狀軸承50安裝於該球面容室41中且可相對於該軸承座40產生轉動，並具有一貼合於該凹球面42的凸球面51及一對應該軸線L設置的中心孔52。

該活塞桿60沿該軸線L延伸，包括一對應於該第二端面212且連接於該球狀軸承50之中心孔52中的內側端61，及一沿該軸線L相反於該內側端61且伸設於該缸體10外部的外側端62。

再如圖1至圖3所示，當該活塞單元20上昇時，壓力流體由該進給流道15導入至該活塞腔11的第一區域111中，可推動該活塞單元20朝設置有該引出流道16的方向移動，同時，壓力流體(本實施例可為壓力油)會流經該導流孔215，並利用該等分流道216的設置，壓力流體通過該等節流部22、外側段202而流至該等壓力槽217，對應該等壓力槽217的活塞單元20與該缸體10之間會形成一流體靜壓軸承。同時，該活塞21的外環面213與該缸壁12之間仍然 存有可相對滑動的間隙，該外環面213與該缸壁12之間的間隙中會有壓力流體滲入並會形成一油膜，利用該等流體靜壓軸承與該油膜的作用，可使得該活塞21與該缸體10相對運動時無摩擦力產生，動態特性較佳，利用該流體靜壓缸的設置可達到平衡配重目的，且可減輕工具機用於驅動一滾珠螺桿(圖未示)的一驅動馬達的負載。且該等壓力槽217的壓力流體會再匯集至該等集油溝214，最後再利用該等匯流道218引流至該第二區域112(該第二區域112中的流體呈常壓)，最後由該引出流道16排出，以利循環再利用。

當該活塞單元20下降且朝向設置有該進給流道15的方向移動，並利用該活塞21擠壓該第一區域111中的壓力流體，也會使得壓力流體再由該導流孔215引入，也會在對應該等壓力槽217的活塞單元20與該缸體10之間會形成流體靜壓軸承，因此，該活塞單元20相對於該缸體10產生雙向移動時，都可產生較佳的動態特性。

本發明的流體靜壓缸的活塞桿60的外側端62可連接於一工具機加工頭(圖未示)，且利用該活塞桿60的內側端61連接於該球狀軸承50、該球狀軸承50與該軸承座40嵌套、該軸承座40固接於該上支撐環32、該上支撐環32透過該鎖接件34鎖固於該活塞21的連接柱219，該活桿60可以透過該活塞單元20支撐工具機加工頭的重量。

該上支撐環32與該下支撐環31之間的鋼珠33可以吸收該活塞桿60的軸向相對於該軸線L所產生的徑向偏差。利用該軸承座40的凹球面42與該球狀軸承50的凸球面51的配合，可吸收該流體靜壓缸之軸線L與該活塞桿60軸向的角度偏差，如此可改善流體靜壓缸的組裝性，並提昇該活塞21移動的順暢性。

再如圖1至圖3所示，本發明建立流體靜壓的方法，包含下列步驟：

步驟一：製備一流體靜壓缸，該流體靜壓缸包含一缸體10、一活塞單元20、一支撐單元30、一軸承座40、一球狀軸承50及一活塞桿60，該缸體10、該活塞單元20、該支撐單元30、該軸承座40、該球狀軸承50及該活塞桿60的細部結構如上所述。

步驟二：將壓力流體自該進給流道15導入至該活塞腔11，且使壓力流體由該導流孔215導流至該等分流道216及該等壓力槽217。

步驟三：利用壓力流體在該等壓力槽217中，可使該活塞單元20與該缸體10之間形成一流體靜壓軸承。

再如圖4所示，本發明流體靜壓缸之一第二實施例與第一實施例的差異在於：該活塞單元20’的第二端面212’具有多數壓力槽23’及多數分別連通於該壓力槽23’與分流道216’之間的引流道24’，該支撐單元30’製成一體式，並具有一與該第二端面212’ 相對的底端面31’、一沿該軸線L與該底端面31’相反的頂端面32’及一由該底端面31’朝該頂端面32’延伸且沿該軸線L設置的套孔33’。該套孔33’的內徑大於該連接柱219’的外徑，且使該支撐單元30’具有相對於該活塞單元20’沿徑向偏移的能力，使得該支撐單元30’可以吸收該活塞桿60的軸向相對於該軸線L所產生的徑向偏差。再利用壓力流體可以引流至該壓力槽23’而在該底端面31’與該第二端面212’之間產生流體靜壓軸承的作用，可在該支撐單元30’與該活塞單元20’之間形成流體靜壓軸承的作用，並提昇該活塞21’移動的順暢性。

再如圖5所示，本發明流體靜壓缸之一第三實施例與第二實施例的差異在於：該軸承座40”還具有一可自該凹球面42”凹設的壓力槽43”及一通過該支撐單元30”而可連通於該壓力槽43’與分流道216”的引流道44”，利用在該凹球面42”與該凸球面51”之間產生流體靜壓軸承的作用，使得該軸承座40”與該球狀軸承50”之間形成流體靜壓軸承的作用，並提昇該活塞21”移動的順暢性。

值得一提的是，本發明上述實施例是以工具機的配重缸做說明，事實上，本發明的技術特徵也可應用於壓縮機或引擎的活塞與缸體(圖未示)，且使壓縮機或引擎達到順暢運作。

綜上所述，本發明流體靜壓缸，整體結構簡單、製造組配容易，且利用該缸體與該外環面之間可形成流體靜壓軸承，可使該活塞單元與該缸體相對運動時無摩擦力產生，動態特性佳且可達到超精密微進給之目的，確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧缸體

22‧‧‧節流部

L‧‧‧軸線

30‧‧‧支撐單元

11‧‧‧活塞腔

31‧‧‧下支撐環

111‧‧‧第一區域

32‧‧‧上支撐環

112‧‧‧第二區域

33‧‧‧滾珠

12‧‧‧缸壁

40‧‧‧軸承座

13‧‧‧下封蓋

50‧‧‧球狀軸承

14‧‧‧上封蓋

60‧‧‧活塞桿

15‧‧‧進給流道

61‧‧‧內側端

16‧‧‧引出流道

62‧‧‧外側端

20‧‧‧活塞單元

216‧‧‧分流道

21‧‧‧活塞

215‧‧‧導流孔

Claims (8)

1. 一種流體靜壓缸，包含：一缸體，沿一軸線延伸，並包括一圍繞該軸線且可形成一活塞腔的缸壁及至少一與該活塞腔連通的進給流道；一活塞單元，可沿該軸線滑動地設置於該活塞腔，且將該活塞腔區隔成一第一區域及一第二區域，該活塞單元包括一相鄰於該第一區域的第一端面、一沿該軸線相反於該第一端面且相鄰於該第二區域的第二端面、一連接於該第一端面與該第二端面之間且相對於該缸壁的外環面、一由該第一端面朝該第二端面延伸的導流孔、多數由該導流孔朝該外環面連通的分流道及多數由該外環面凹設且分別連通於該等分流道的壓力槽，該等分流道呈階級孔狀，並分別具有一連通於該導流孔的中段、一設置於該中段與該外環面之間的外側段、一相反於該外側段且設置於該中段與該外環面之間的封閉段及一設置於該中段與該外側段之間的節流部；及一活塞桿，沿該軸線延伸，包括一對應於該第二端面且連接於該活塞單元的內側端及一沿該軸線相反於該內側端且伸設於該缸體外部的外側端。
2. 如請求項1所述的流體靜壓缸，還包括一連結於該活塞單元與該活塞桿之間的支撐單元，該支撐單元包括一沿徑向定位於該第二端面的下支撐環、一沿該軸線設置於該下支撐環一側的上支撐環及多數設置於該下支撐環與該上支 撐環之間的滾珠，該上支撐環具有相對於該下支撐環沿徑向偏移的能力。
3. 如請求項2所述的流體靜壓缸，還包含一可相對於該上支撐環產生定位的軸承座及一連接於該活塞桿且可相對於該軸承座產生轉動的球狀軸承，該軸承座具有一可界定出一球面容室的凹球面，該球狀軸承安裝於該球面容室中，並具有一貼合於該凹球面的凸球面。
4. 如請求項3所述的流體靜壓缸，其中，該活塞單元還具有一自該第二端面凸設且沿該軸線延伸的連接柱，該下支撐環套設於該連接柱，且沿徑向相對於該活塞單元產生定位，該上支撐環可相對於該連接柱沿徑向產生移位。
5. 如請求項3所述的流體靜壓缸，其中，該軸承座還具有至少一可自該凹球面凹設的壓力槽及至少一通過該支撐單元而可連通於該壓力槽與分流道的引流道，對應該壓力槽的凹球面與該凸球面之間可產生一流體靜壓軸承。
6. 如請求項1所述的流體靜壓缸，還包括一連結於該活塞單元與該活塞桿之間的支撐單元，該支撐單元呈一體式，並具有一與該第二端面相對的底端面、一沿該軸線與該底端面相反的頂端面及一由該底端面朝該頂端面延伸且沿該軸線L設置的套孔，該活塞單元還具有一自該第二端面凸設且沿該軸線延伸的連接柱，該套孔的內徑大於該連接柱的外徑，且使該支撐單元具有相對於該活塞單元沿徑向偏移的能力。
7. 如請求項2或請求項6所述的流體靜壓缸，其中，該活塞單元的第二端面具有至少一壓力槽及至少一分別連通於該壓力槽與分流道之間的引流道。
8. 一種建立流體靜壓的方法，包含下列步驟：(A)製備一流體靜壓缸，該流體靜壓缸包含一缸體、一活塞單元及一活塞桿，該缸體沿一軸線延伸，並包括一圍繞該軸線且可形成一活塞腔的缸壁及至少一與該活塞腔連通的進給流道，該活塞單元可沿該軸線滑動地設置於該活塞腔，且將該活塞腔區隔成一第一區域及一第二區域，該活塞單元包括一相鄰於該第一區域的第一端面、一沿該軸線相反於該第一端面且相鄰於該第二區域的第二端面、一連接於該第一端面與該第二端面之間且相對於該缸壁的外環面、一由該第一端面朝該第二端面延伸的導流孔、多數由該導流孔朝該外環面連通的分流道及多數由該外環面凹設且分別連通於該等分流道的壓力槽，該等分流道呈階級孔狀，並分別具有一連通於該導流孔的中段、一設置於該中段與該外環面之間的外側段、一相反於該外側段且設置於該中段與該外環面之間的封閉段及一設置於該中段與該外側段之間的節流部，該活塞桿沿該軸線延伸，包括一對應於該第二端面且連接於該活塞單元的內側端及一沿該軸線相反於該內側端且伸設於該缸體外部的外側端；(B)將壓力流體自該進給流道導入至該活塞腔，且使壓力流體由該導流孔導流至該等分流道及該等壓力槽；及 (C)利用壓力流體在該等壓力槽中，可使該活塞單元與該缸體之間形成一流體靜壓軸承。