TWI547658B - 用於直線運動裝置之損耗環 - Google Patents

Description

用於直線運動裝置之損耗環

本發明係關於一種損耗環(wear ring)，該損耗環係使用於具備沿著軸線方向變位之變位體的直線運動裝置，並裝設於前述變位體。

以往，以作為工件(work)的搬送及定位、或用以使各種工業機械驅動之驅動手段而言，例如有一種具備藉由壓力流體進行直線變位之活塞(piston)的流體壓力缸已為人知。

該流體壓力缸係揭示在例如日本特開平5-187413號公報，活塞係變位自如地插通於筒狀的缸管(cylinder tube)之內部，且連結於前述活塞的活塞桿(piston rod)係變位自如地被活塞桿蓋體(rod cover)所支撐。而且，藉由將壓力流體從設置於缸管及活塞桿蓋體的埠口(port)導入前述缸管內，前述活塞以及前述活塞桿係沿著軸線方向變位。在此種流體壓力缸之中，墊圈(packing)及損耗環(wear ring)係裝設於活塞的外周面，並與缸管的內周面滑動接觸。

在前述之流體壓力缸中，一般而言，係構成為活塞相對於缸管配置於同軸上，且設置於其外周面之墊圈及損耗環係均勻地滑接於前述缸管的內周面。然而，例如對從缸 管突出之活塞管的端部，朝與其軸線正交的方向施加負載時、或因前述活塞桿等之本身重量而導致活塞與該活塞桿一起在前述缸管內達些微傾斜時，墊圈及損耗環會相對於前述缸管的內周面部份接觸。因此，活塞在變位時之滑動阻力會增加而成為該活塞的變位阻力，且會有損耗環產生偏磨耗的情形。

本發明之一般性目的，係在於提供一種用於直線運動裝置之損耗環，其係即使在變位體相對於主體(body)傾斜的情況下，亦可使前述變位體順暢地直線變位。

本發明係為一種環狀之損耗環，係於具有主體、及以沿著該主體之內部變位自如的方式設置之變位體的直線運動裝置中，透過溝部裝設於前述變位體的外周面，並抵接於前述主體的內壁面者，該損耗環係具備：本體部，係形成為環狀，並具有抵接於前述內壁面之剖面平面狀的外周面；及突出部，係設置於前述本體部的內周面，以朝向半徑內方向突出之剖面形狀所形成，並抵接於前述溝部之底壁；前述本體部係當前述變位體相對於前述主體之軸線傾斜時，前述外周面會一面維持抵接於前述內壁面的狀態，一面於前述溝部內傾斜移動。

根據本發明，透過溝部而裝設於變位體之外周面的損耗環係具備：環狀的本體部，係具有抵接於前述內壁面之剖面平面狀的外周面；及剖面形狀的突出部，係設置於前述本體部的內周面，以朝向半徑內方向突出；前述突出部 係以抵接於前述溝部之底壁的方式裝設。而且，在變位體相對於主體之軸線傾斜時，損耗環為了維持其外周面抵接於主體之內壁面的狀態，因此在溝部內傾斜移動動作。

因此，於直線運動裝置中，即使在因為某種的原因而使變位體相對於主體的軸線傾斜的情況下，損耗環會透過突出部進行傾斜動作，藉此本體部與主體之接觸面積不會變化，而可恆常地設定為一定的接觸面積。

結果，因即使在變位體傾斜的情況下，亦能抑制施加於損耗環之面壓的增加，故可避免在變位體沿著主體內部變位時滑動阻力之增加，而能藉由前述損耗環使前述變位體沿著主體順暢且穩定地變位。

在配合附圖式說明下述之較佳實施例後，當能明瞭前述目的及其他目的、特徵及優點。

在第1圖中，元件符號10係顯示應用本發明第1實施形態的損耗環之屬於直線運動裝置的流體壓力缸。

該流體壓力缸10係如第1圖及第2圖所示，係包含形成為有底筒狀的缸管(主體)12、裝設於前述缸管12之有開口的端部之活塞桿蓋14、沿著軸線方向(箭號A、B方向)變位於前述缸管12之內部的活塞(變位體)16、連結於前述活塞16的活塞桿18、及裝設於前述活塞16的外周面之損耗環20。

於缸管12的一端部，係於其側面形成有供壓力流體供應/排出之第1埠口22。第1埠口22係經由連通路24 與形成於前述缸管12之內部的缸室26連通。此外，缸室26係沿著缸管12之內部而形成，且於該缸室26變位自如地配設有活塞16。該缸室26係由形成於活塞16與缸管12之被封閉的一端部之間之第1缸室28、及形成於前述活塞16與活塞桿蓋14之間之第2缸室32所構成。亦即，第1缸室28係經由連通路24與第1埠口22連通。

活塞桿蓋14係於其一端部的外周面刻設有螺紋部，並藉由螺合而一體性連結至缸管12的開口端部。此時，裝設於缸管12的開口端部之密封(seal)構件34係抵接於前述活塞桿蓋14的端面，藉以良好地保持缸室26內之氣密。

此外，於活塞桿蓋14的側面係形成有供壓力流體供應/排出之第2埠口36，且該第2埠口36係經由連通路38與貫通該活塞桿蓋14之中央部的活塞桿孔40連通。該活塞桿孔40係沿著活塞桿蓋14的軸線方向(箭號A、B方向)貫通，且活塞桿18係變位自如地插通於其內部。

活塞桿孔40係於沿著軸線方向的大致中央部透過環狀溝裝設襯套(bush)42，並且於與前述襯套42鄰接之活塞桿蓋14的另一端側(箭號B方向)透過環狀溝裝設活塞桿墊圈(rod packing)44。襯套42係例如以金屬製材料形成為剖面大致長方形的環(ring)狀，且其內周面係抵接於活塞桿18的外周面。而且，活塞桿18係在沿著軸線方向(箭號A、B方向)變位時藉由與其外周面抵接而變位自如地被支撐。

活塞16係例如以金屬製材料所形成，且貫通其中心 部的活塞孔46被活塞桿18之一端部側(箭號A方向)所插通，並藉由螺合而連結。

此外，於活塞16的外周面，係沿著該活塞16之軸線方向(箭號A、B方向)隔開預定間隔形成有第1至第3環狀溝48、50、52。第1環狀溝48係設置於最靠近活塞桿蓋14側(箭號B方向)，且於其內部裝設有活塞墊圈(piston packing)54，在鄰接於該第1環狀溝48之第2環狀溝50係裝設有磁鐵(magnet)56，在最遠離前述活塞桿蓋14之第3環狀溝(溝部)52係裝設有損耗環20。再者，第1至第3環狀溝48、50、52之任一者皆形成為剖面大致矩形。

亦即，藉由活塞墊圈54而能良好地保持缸管12之第1及第2缸室28、32的氣密，並且透過設置於缸管12的位置檢測手段(未圖示)來檢測磁鐵56，藉以能檢測出前述活塞16之沿著軸線方向(箭號A、B方向)的位置。

如第1圖至第4圖所示，損耗環20係例如由樹脂製材料所形成，並具備抵接於缸管12之內壁面12a之環狀的本體部58。

本體部58係具有其一部分沿著軸線方向(箭號A、B方向)被切斷之缺口部60，且透過該缺口部60而可自由擴大直徑地形成於半徑方向，並且於前述軸線方向形成為長形的剖面大致長方形。

該本體部58之外周面58a係形成為與該本體部58的軸線大致平行的剖面平面狀，另一方面，前述本體部58之內周面58b係朝向半徑內方向並以預定半徑形成為平緩 地突出之剖面圓弧狀，且於該內周面58b與兩側壁62a、62b的交界部位分別形成有朝斜方向傾斜之倒角部64。倒角部64係例如以45°的角度形成於側壁62a、62b。亦即，損耗環20係在形成為剖面圓弧狀的內周面58b相對於第3環狀溝52的底壁面線接觸的狀態下被保持。

而且，在損耗環20裝設於活塞16之狀態下，其外周面58a係面接觸並抵接於缸管12的內壁面12a，另一方面，內周面58b係抵接於前述缸管12之第3環狀溝52的底壁面。

活塞桿18係在其一端部側(箭號A方向)形成有供活塞16連結之細軸部66，並且於另一端側(箭號B方向)形成有較前述細軸部66更擴大直徑的粗軸部68。而且，粗軸部68係插通於活塞桿蓋14的活塞桿孔40，且透過襯套42而沿著軸線方向(箭號A、B方向)變位自如地被支撐。此外，活塞桿墊圈44會抵接於粗軸部68之外周面58a，以防止壓力流體從活塞桿孔40與活塞桿18之間漏出。

使用有本發明之第1實施形態之損耗環20的屬於直線運動裝置之流體壓力缸10，基本上而言，係為以前述方式構成，接著，就其動作以及作用效果進行說明。

藉由從未圖示之壓力流體供應源對第1埠口22供應壓力流體(例如壓縮空氣)，供應至前述第1埠口22的壓力流體即經由連通路24而被導入第1缸室28。藉此，設置於缸管12之內部的活塞16係由第1圖所示之初期位置朝向活塞桿蓋14側(箭號B方向)被推壓，前述活塞16會朝 向活塞桿蓋14側變位。再者，第2缸室32之壓力流體，係經由連通路38而從處於未被供應壓力流體的狀態之第2埠口36朝外部排出。

此時，損耗環20係其外周面58a一面滑動抵接於缸室26的內壁面12a而一面變位。

而且，因活塞16抵接於活塞桿蓋14的端面，而成為在流體壓力缸10中之活塞16的變位終端位置。

另一方面，在使位於前述變位終端位置的活塞16從活塞桿蓋14朝離開的方向(箭號A方向)變位時，將從壓力流體供應源(未圖示)供應至第1埠口22之壓力流體，在未圖示之切換閥的切換作用下供應至第2埠口36，並且將前述第1埠口22設定為未供應壓力流體之狀態。

供應至第2埠口36的壓力流體係經由連通路38導入至第2缸室32，活塞16會朝從活塞桿蓋14朝離開的方向(箭號A方向)推壓，藉此前述活塞16會朝從前述活塞桿蓋14離開的方向變位。相同地，在此種情況下，損耗環20係其外周面58a一面滑動接觸於缸室26之內壁面12a而一面變位，內周面58b係處於抵接於第3環狀溝52之底壁面的狀態。再者，第1缸室28中之壓力流體係經由連通路24而從第1埠口22排出至外部。

而且，活塞16抵接於缸管12之被封閉的一端部側(箭號A方向)，藉此，流體壓力缸10中之活塞16復歸至初期位置(參照第1圖)。

接著，例如在與該活塞桿18之軸線正交的方向(垂直 方向)對活塞桿18之另一端部施加負載，前述活塞桿18及活塞16會相對於缸管12的軸線傾斜，關於此情況，一面參照第5圖及第6圖一面進行說明。

在此種施加有負載F(參照第5圖)的情況時，活塞桿18的另一端部會朝下方被推壓，並以被活塞桿蓋14所支撐的部位作為支點，而成為前述另一端部朝下方傾斜達預定角度之狀態。藉此，活塞桿18的一端部以及連結於該一端部的活塞16，會透過設置於活塞16的外周面58a與缸室26的內壁面12a之間的間隙(clearance)，而成為在缸室26內朝向上方傾斜達預定角度的狀態。

此時，因損耗環20係其內周面58b以剖面圓弧狀朝半徑內方向突出，故在外周面58a維持與缸管12的內壁面12a面接觸的狀態下，前述損耗環20係以前述內周面58b為支點而在第3環狀溝52之內部傾斜移動。亦即，在活塞16相對於缸管12的軸線傾斜時，因損耗環20係以維持與前述缸管12的內壁面12a之抵接狀態的方式相對於前述活塞16傾斜達預定角度，故前述內周面58b與前述損耗環20之外周面58a的接觸面積不會改變。

換言之，因損耗環20係從與活塞16之軸線大致平行的狀態以相對於該軸線傾斜的方式傾斜移動，故能使前述損耗環20之外周面58a恆常地面接觸於缸管12之內壁面12a。

結果，即使在因為不明的原因下使負載F施加於活塞桿18的另一端部，造成前述活塞16於缸室26內傾斜時， 相較於活塞桿18及活塞16設置成與缸管12之軸線為同軸上之通常狀態(參照第1圖)，可將損耗環20與缸管12之接觸面積恆常地設定為固定，伴隨於此，能抑制當抵接於前述缸管12時施加於前述損耗環20之接觸壓力的增加。亦即，在損耗環20相對於缸管12的接觸面積不會變化的情形下能得到穩定的接觸面積。

藉此，於流體壓力缸10之中，可避免使活塞16沿著軸線方向(箭號A、B方向)變位時之滑動阻力增加的情形，而能藉由前述損耗環20使活塞16及活塞桿18沿著缸管12的軸線方向(箭號A、B方向)順暢且穩定地變位。

接著，將第2實施形態之損耗環100及應用該損耗環100之流體壓力缸102顯示於第7圖。再者，對於與前述第1實施形態之應用該損耗環20的流體壓力缸10相同之構成元件，係附加相同的元件符號，並省略其詳細說明。

在該第2實施形態之損耗環100中，本體部104之外周面104a具有可充填潤滑劑S的溝部(潤滑用溝)106，此點與第1實施形態的損耗環20不同。再者，損耗環100之內周面104b係以與第1實施形態之損耗環20大致相同的形狀形成。

該溝部106係例如形成為剖面矩形，且沿著本體部104之外周面104a形成為環狀，並且設置於沿著前述本體部104之軸線方向(箭號A、B方向)之寬度尺寸的大致中央部。

再者，該溝部106的剖面形狀並非限定於矩形，例如第8圖所示之損耗環100a，亦可做成為使溝部(潤滑用 溝)106a朝向本體部104之內周側而成為尖細狀之剖面三角形。而且，在本體部104之外周面104a抵接於缸管12之內壁面12a時，係成為於溝部106、106a之內部封入有潤滑劑S的狀態。

此外，溝部106並非限定於相對於本體部104之外周面104a而單一設置之情形，例如，亦可如第9圖所示之損耗環100b，從該本體部104之寬度方向中央相互地隔開預定間隔，並於靠近兩側壁62a、62b側的位置並排設置有一組溝部(潤滑用溝)106b。在此種情況下，係藉由將一組溝部106b的剖面積設定為與單一的溝部106之剖面積大致相等，而可將充填於該溝部106b之潤滑劑S的充填量設定為相等。

在該等損耗環100、100a、100b裝設於活塞16之狀態下，其外周面104a係面接觸而抵接於缸管12之內壁面12a，並藉由充填於溝部106、106a、106b之潤滑劑S而進行前述活塞16與缸管12之間的潤滑，故前述活塞16能沿著前述缸管12更進一步地順暢地變位。

再者，本發明之直線運動裝置所使用之損耗環並不受限於前述實施形態，只要不脫離本發明之要旨，當然可採用各種構成。

10、102‧‧‧流體壓力缸

12‧‧‧缸管

12a‧‧‧內壁面

14‧‧‧活塞桿蓋

16‧‧‧活塞(變位體)

18‧‧‧活塞桿

20、100、100a、100b‧‧‧損耗環

22‧‧‧第1埠口

24‧‧‧連通路

26‧‧‧缸室

28‧‧‧第1缸室

32‧‧‧第2缸室

34‧‧‧密封構件

36‧‧‧第2埠口

38‧‧‧連通路

40‧‧‧活塞桿孔

42‧‧‧襯套

44‧‧‧活塞桿墊圈

46‧‧‧活塞孔

48‧‧‧第1環狀溝

50‧‧‧第2環狀溝

52‧‧‧第3環狀溝

54‧‧‧活塞墊圈

56‧‧‧磁鐵

58、104‧‧‧本體部

58a、104a‧‧‧外周面

58b、104b‧‧‧內周面

60‧‧‧缺口部

62a、62b‧‧‧側壁

64‧‧‧倒角部

106、106a、106b‧‧‧溝部(潤滑用溝)

S‧‧‧潤滑劑

第1圖係為使用本發明第1實施形態之損耗環的流體壓力缸之整體剖面圖。

第2圖係為顯示第1圖之流體壓力缸中之損耗環附近 的放大剖面圖。

第3圖係為第2圖所示之損耗環的前視圖。

第4圖係為沿著第3圖之Ⅳ-Ⅳ線的剖面圖。

第5圖係為顯示第1圖之流體壓力缸中之活塞及活塞桿相對於缸管之軸線傾斜之情形的整體剖面圖。

第6圖係為顯示第5圖之流體壓力缸中之損耗環附近的放大剖面圖。

第7圖係為顯示本發明實施形態2之損耗環附近的放大剖面圖。

第8圖係為顯示第7圖之損耗環的變形例之放大剖面圖。

第9圖係為顯示第7圖之損耗環的其他變形例之放大剖面圖。

10‧‧‧流體壓力缸

12‧‧‧缸管

12a‧‧‧內壁面

16‧‧‧活塞(變位體)

20‧‧‧損耗環

52‧‧‧第3環狀溝

56‧‧‧磁鐵

58‧‧‧本體部

58a‧‧‧外周面

58b‧‧‧內周面

62a、62b‧‧‧側壁

64‧‧‧倒角部

Claims (8)

1. 一種用於直線運動裝置之損耗環，該損耗環係為於具有主體(12)、及以沿著該主體(12)之內部變位自如的方式設置之變位體(16)的直線運動裝置(10,102)中，透過溝部(52)裝設於前述變位體(16)的外周面，並抵接於前述主體(12)的內壁面之環狀的損耗環(20,100,100a,100b)，前述損耗環(20,100,100a,100b)係具備：本體部(58,104)，係形成為環狀，並具有抵接於前述內壁面之剖面平面狀的外周面(58a)；及突出部，係設置於前述本體部(58,104)的內周面(58b)，以朝向半徑內方向突出之剖面形狀所形成，並抵接於前述溝部(52)之底壁；其中前述本體部(58,104)係當前述變位體(16)相對於前述主體(12)之軸線傾斜時，前述外周面(58a)會一面維持抵接於前述內壁面的狀態，一面於前述溝部(52)內傾斜移動；在前述本體部(104)係設置有供潤滑劑充填，並對前述主體(12)與前述變位體(16)之間供應前述潤滑劑之潤滑用溝(106,106a,106b)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，前述突出部係突出形成為剖面圓弧狀。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，前述突出部係以線接觸於前述溝部(52) 的方式設置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，前述潤滑用溝(106,106a,106b)係形成於前述本體部(104)之外周面(104a)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，前述潤滑用溝(106b)係設置複數個，並相互地分離而並排配置。
6. 如申請專利範圍第4項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，前述潤滑用溝(106b)係設置複數個，並相互地分離而並排配置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，在前述本體部(58,104)之內周面(58b,104b)係形成有一組接近於前述突出部之倒角部(64)。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於直線運動裝置之損耗環，其中，前述潤滑用溝(106,106a,106b)係形成為剖面矩形、或朝向前述本體部(104)之內周側而成為尖細狀之剖面三角形。