流動通道切換單元的製作方法

2023-07-21 20:04:32

本發明涉及一種流動通道切換單元，其用於配備有氣缸的氣動系統中。

背景技術：

在各種型式的自動化機械中被廣泛用作氣動執行機構的氣缸中，固定有杆的活塞通過在其各個壓力腔中供應和排出壓縮空氣而往復移動。另外，通常來說，通過切換閥執行對於這類氣缸的供應和排出壓縮空氣。

附帶的，在上述氣缸中，在用於在活塞的往復運動中進行工作的工作行程期間，由於外載荷被施加於該杆，需要較大的驅動力。與此相反，在當活塞返回其初始位置時的返回行程期間，由於上述外載荷未被施加於杆，以相比於在工作行程期間小的驅動力完成返回行程。該驅動力取決於被供應至壓力腔的壓縮空氣的壓力水平。能夠通過降低在返回行程時的壓力實現節約耗氣量。

因此，為解決上述問題，日本平開專利公布2013-024345提出了一種節能閥。該節能閥配備有主閥體、單個閥芯、閥芯驅動部分以及壓力調節活塞，其中主閥體中形成有閥孔、供氣埠、第一輸出埠、第二輸出埠和排出埠，單個閥芯可滑動地插入閥孔中，並且將第一輸出埠和第二輸出埠分別連接至供氣或者排出埠，閥芯驅動部分將閥芯從第一位置切換至第二位置，並且壓力調節活塞具有壓力接收表面，該壓力接收表面受到來自第二輸出埠的壓力的作用，並且彈性偏壓力施加在該壓力接收表面上。對應於第二輸出埠的壓力，閥芯被移動從而改變流動通道的橫截面區域，流動通道從供氣埠貫穿至第二輸出埠，從而閥芯將第二輸出埠的壓力設定至設定壓力，該設定壓力小於從供氣埠供應的壓縮空氣的壓力。

技術實現要素：

關於如上所述常規方法設計了本發明，並且本發明目的在於提供流動通道切換單元，其由於節約了耗氣量而能夠抑制運轉成本和初始成本，具有簡單的結構，並且具有良好的 經濟適用性。

為了實現上述目的，根據本發明，提供一種流動通道切換單元，該流動通道切換單元用於配備有氣缸的氣動系統，該氣缸被構造成通過將壓縮空氣導入第一壓力腔執行活塞的工作行程，並且通過將壓縮空氣導入第二壓力腔執行活塞的返回行程，該流動通道切換單元包含：其中形成有閥孔的閥體、供氣埠、連接至第一壓力腔的第一輸出埠、連接至第二壓力腔的第二輸出埠、以及開放至大氣的排出埠，來自壓縮空氣供應源的壓縮空氣被供應至該供氣埠，其中供氣埠、第一輸出埠、第二輸出埠和排出埠與閥孔連通；閥芯，該閥芯在其軸線方向上包含第一端和第二端，該閥芯被構造成能夠在閥孔內沿著該軸線方向往復滑動；閥芯驅動單元，該閥芯驅動單元包括電磁閥，該閥芯驅動單元被構造成通過取決於電磁閥的激勵狀態而在該閥芯的第一端上施加力而在第一方向上從第一端側朝向第二端側驅動該閥芯；偏壓機構，該偏壓機構布置在閥體內部，該偏壓機構被構造成彈性地偏壓該閥芯；以及布置在閥體內部的活塞部件，該活塞部件被構造成基於第一輸出埠的壓力在與第一方向相反的第二方向上施加力至該閥芯。在流動通道切換單元中，當閥芯驅動單元處於關閉(off)狀態並且活塞部件基於第一輸出埠的壓力施加的力大於偏壓機構的偏壓力時，閥芯抵抗偏壓機構的偏壓力而位於允許第一輸出埠和排出埠處於連通並且允許供氣埠和第二輸出埠處於連通的第一位置。此外，當活塞部件基於第一輸出埠的壓力施加的力小於偏壓機構的偏壓力時，由於偏壓機構的偏壓力，閥芯被移動至不允許供氣埠與第一輸出埠和第二輸出埠中的任何一個連通的第二位置。

根據如上所述構成的流動通道切換單元，當活塞在氣缸的返回行程期間到達其行程終點時，閥芯通過偏壓機構的彈性力被移動至使得供氣埠不與第一輸出埠和第二輸出埠中的任何一個連通的第二位置(關閉的中心位置)。因此，在氣缸的返回行程完成的同時，阻止了任何不必要的壓縮空氣被導入第二壓力腔，並且第二壓力腔的壓力升高被停止。因此，在返回行程時，由於耗氣量的節約，可以抑制運轉成本。進一步，流動通道切換單元的結構簡單，並且具有極好的經濟適用性。

在上述流動通道切換單元中，閥芯驅動單元可以包含驅動活塞，該驅動活塞被構造成當供氣埠和第一輸出埠處於連通時接收壓縮空氣的壓力，並且該驅動活塞的壓力接收區域可以大於活塞部件的壓力接收區域。

由於這種結構，通過利用壓力接收區域的差異，由於接收壓縮空氣的壓力的驅動活塞， 閥芯能夠可靠地被移動至使得供氣埠和第一輸出埠處於連通的位置。因此，氣缸的工作行程能夠沒有任何問題地執行。

上述流動通道切換單元中，閥體的內部可以設置有止動部分，該止動部分被構造成通過與偏壓機構接合而止動該偏壓機構，並且當閥芯在偏壓機構的偏壓作用下從第一位置移動至第二位置時，由於該止動部分通過與偏壓機構接合而止動偏壓機構，閥芯可以被止動在第二位置。

由於這種構造，隨著氣缸返回行程的完成，閥芯能夠可靠地被移動至第二位置。

根據本發明的流動通道單元，由於節約了耗氣量，可以抑制運轉成本和初始成本，並且由於具有簡單結構，該流動通道切換單元具有極好的經濟適用性。

本發明的上述及其他目標、特徵和優勢通過以下描述連同附圖將變得更加明顯，其中本發明的最優實施例通過說明性的實例來展示。

附圖說明

圖1是配備有根據本發明的實施例的流動通道切換單元的氣動系統的輪廓示意圖(運行的第一說明性附圖)；

圖2是圖1中所示的氣動系統的運行的第二說明性附圖；

圖3是圖1中所示的氣動系統的運行的第三說明性附圖；以及

圖4是圖1中所示的氣動系統的運行的第四說明性附圖。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細地呈現和描述根據本發明的流動通道單元和流動通道切換單元優選實施例。

圖1中所示的根據本發明的實施例的流動通道切換單元10被用於配備有氣缸14的氣動系統。氣缸14包括氣缸筒18、活塞20和連接至活塞20的活塞杆22，活塞腔16形成在氣缸筒18中，活塞20被布置成能夠滑動地在氣缸筒18的內部往復移動。

活塞腔16被活塞20分隔成第一壓力腔16A和第二壓力腔16B。在氣缸14中，通過將壓縮空氣供應至第一壓力腔16A，執行工作行程以進行工作，並且通過將壓縮空氣供應至第二壓力腔16B，執行返回行程以將活塞20返回其初始位置。

該氣動系統12包括上述氣缸14以及流動通道切換單元10，流動通道切換單元10用 於相對於氣缸14從未圖示的壓縮空氣供應源(空氣壓縮機等等)供應和排出壓縮空氣之間切換。

流動通道切換單元10包括：閥體24，閥體24中形成有閥孔25和多個埠；適配器26，適配器26在閥體24的軸線方向上以固定的方式連接至第一端24a；端板28，端板28在閥體24的與第一端24相反的側上以固定方式連接至第二端24b；閥芯30，閥芯30布置在閥體24的內部，從而能夠以往復運動方式在軸線方向上滑動；閥芯驅動單元32，用於在第一方向(A方向)上從第一端24a朝向第二端24b驅動閥芯30；能夠彈性地偏壓閥芯30的偏壓機構34；以及活塞部件36，活塞部件36在與第一方向相反的第二方向(B方向)上對閥芯30施加力。

閥孔25形成為在軸線方向上貫穿閥體24，並且閥芯30被布置成在閥孔25的內部能夠往復滑動。多個環狀密封構件38在軸線方向上相互間具有間隙地安裝在閥芯30的外周部。

閥體24的多個埠包括供氣埠40、第一輸出埠42、第二輸出埠44、第一排出埠46和第二排出埠48。供氣埠40、第一輸出埠42、第二輸出埠44、第一排出埠46和第二排出埠48與閥孔25連通。

可以在閥體24中設置單個共用排出埠，以代替分離地設置的第一排出埠46和第二排出埠48。

壓縮空氣從壓縮空氣供應源被供應至供氣埠40。對應於閥芯30的位置，第一輸出埠42能夠通過設置在閥芯30上的環形第一凹部52選擇性地與供氣埠40和第一排出埠46連通。進一步，對應於閥芯30的位置，第二輸出埠44能夠通過設置在閥芯30上的環形第二凹部54選擇性地與供氣埠40和第二排出埠48連通。第一凹部52和第二凹部52在軸線方向上安置在閥芯30上的不同位置處。

對應於閥芯30在軸線方向上的位置，流動通道切換單元10在下述切換狀態間運行，即供氣埠40和第一輸出埠42處於連通、第二輸出埠44和第二排出埠48處於連通的切換狀態(圖2)，供氣埠40和第二輸出埠44處於連通、第一輸出埠42和第一排出埠46處於連通的切換狀態(圖3)，和供氣埠40不與第一輸出埠42和第二輸出埠44中的任何一個連通的切換狀態(圖1、圖4)。

在圖解的示例中，供氣埠40、第一輸出埠42、第二輸出埠44、第一排出埠46和第二排出埠48布置在閥體24的同一側。在變型的示例中，供氣埠40、第一輸 出埠42、第二輸出埠44、第一排出埠46和第二排出埠48可以以分散的方式安置在閥體24的一側和另一側。例如，第一輸出埠42和第二輸出埠44可以布置在閥體24的一側，而供氣埠40、第一排出埠46和第二排出埠48可以安置在閥體24的另一側。

閥芯驅動單元32包括驅動活塞56和對驅動活塞56進行驅動的電磁閥58，驅動活塞56可滑動地布置在閥芯30的軸線方向上，並且在A方向上按壓閥芯30。在閥體24的側部開口的凹部61安置在適配器26中，並且驅動活塞56可滑動地布置在凹部61的內部。環形的密封構件64安裝在驅動活塞56的外周部上。密封構件64保持與適配器26的內周表面的整個周邊緊密接觸。

電磁閥58被構造成使得被供應至供氣埠40的壓縮空氣的壓力施加在驅動活塞56的壓力接收表面上，該壓力接收表面布置在與閥芯30相對的側，從而在A方向上驅動該驅動活塞56。通過形成在閥體24中的氣流通道63和形成在適配器26中的氣流通道，電磁閥58內部的流體路徑與供氣埠40連通。以下述方式切換電磁閥58，當電磁閥58通過向其供應的電流開啟時，允許壓縮空氣流入壓力作動腔室65，並且當向其供應的電流取消而關閉電磁閥58時，壓力作動腔室65內部的空氣被排出至外部。

該偏壓機構34布置在閥體24的內部，並且被構造成能夠在軸線方向上彈性地偏壓閥芯30。更具體地說，根據本實施例，偏壓機構34包括第一可動構件59和第二可動構件60、以及保持在第一可動構件59和第二可動構件60之間的彈性構件68(螺旋彈簧)，第一可動構件59和第二可動構件60能夠在閥芯30的軸線方向上移動。管形構件29在第一端24a的一側布置在閥體24內部，並且偏壓機構34布置在管形構件29內部。

第一可動構件59構造為在其中包括通孔59a的環形形狀。第二可動構件60構造為在其中包括通孔60a的環形形狀。閥芯30在其B方向側的軸插入通過第一可動構件59的通孔59a和第二可動構件60的通孔60a。閥芯30中形成有環形凹部31(小直徑部分)，環形凹部31中收容第一可動構件59和第二可動構件60。如圖1所示，第一可動構件59與設置在環形凹部31的A方向側的階梯部分31a接合，並且第二可動構件60與設置在環形凹部31的B方向側的階梯部分31b接合。

閥體24設置有第一止動部分69，通過與第一可動構件59處於接合狀態而止動第一可動構件59，第一止動部分69調節第一可動構件59朝向A方向側的移動極限位置。另一方面，管形構件29設置有第二止動部分75，通過與第二可動構件60處於接合狀態而止動第 二可動構件60，第二止動部分75調節第二可動構件60朝向B方向側的移動極限位置。

彈性構件68的一端抵靠第一可動構件59。彈性構件68的另一端抵靠第二可動構件60。

活塞部件36布置在閥體24的內部，並且被構造成基於第一輸出端42的壓力在第二方向(B方向)上施加力到閥芯30。襯墊77安裝在活塞部件36的外周部分上。根據本實施例，活塞部件36整體地形成在閥芯30的位於A方向上的一端上。然而，活塞部件也可以被構造成與閥芯30分離的部件。

端板28形成有面對活塞部件36的壓力作動腔室72和連通通道76，該連通通道76連通壓力作動腔室72和布置在閥體24中的流動通道74。通過流動通道74和連通通道76，第一輸出埠42的壓力施加在活塞部件36的壓力接收表面。因此，基於第一輸出埠42的壓力，活塞部件36在B方向上偏壓閥芯30。上述驅動活塞56的壓力接收區域大於活塞部件36的壓力接收區域。

當氣缸14進行返回行程時，上述彈性構件68在A方向上相對於閥芯30的偏壓力(彈性力)小於活塞部件36在B方向上通過第一輸出埠42的壓力偏壓閥芯30的力。因此，在壓縮空氣被供應至供氣埠40的狀態中，當閥芯驅動單元32從開啟(on)狀態切換至關閉(off)狀態時，由於基於第一輸出埠42的壓力的活塞部件在B方向上的偏壓力，閥芯30抵抗偏壓機構34(彈性構件68)在A方向上的偏壓力而在B方向上移動。

進一步，當氣缸14的返回行程完成時，活塞部件36在B方向上相對於閥芯30的偏壓力變得小於偏壓機構34在A方向上的偏壓力。因此，由於偏壓機構34在A方向上的偏壓力，閥芯30在A方向上移動。

接下來，將描述如上所述構造的流動通道切換單元10的運行和效果。

在圖1中，儘管來自壓縮空氣供應源的壓縮空氣被供應至供氣埠40，閥芯驅動單元32的電磁閥58處於關閉狀態，並且閥芯30位於使得供氣埠40不與第一輸出埠42和第二輸出埠44中的任何一個連通的位置(關閉的中心位置)。此外，氣缸14的活塞20被定位在初始位置(在返回側的行程終點)，並且保持在少量空氣壓力仍然餘留在第二壓力腔16B中的狀態。

根據圖1所示的狀況，當閥芯驅動單元32處於開啟狀態，供應至供氣埠40的壓縮空氣的壓力(供應壓力P)被施加於驅動活塞56的壓力接收表面上，從而驅動活塞56在A方向上按壓閥芯30。因此，如圖2所示，閥芯30被移動至使得供氣埠40和第一輸出 埠42處於連通、並且第二輸出埠44和第二排出埠48處於連通的位置。隨著閥芯30在A方向上的移動，與階梯部分31b接合的第二可動構件60也在A方向上移動，並且彈性構件68在軸線方向上被壓縮。

此外，在這種情況下，雖然供應壓力P施加在通過空氣流動通道74和連通通道76與第一輸出埠42連通的活塞部件36上，由於驅動活塞56的壓力接收區域大於活塞部件36的壓力接收區域，驅動活塞56在A方向按壓閥芯30的力大於活塞部件36在B方向上偏壓閥芯30的力。因此，如上所述，驅動活塞56能夠導致閥芯30抵抗活塞部件36在B方向的偏壓力而在A方向上移動。

隨著閥芯30以這樣的方式移動，供應至供氣埠40的壓縮空氣通過第一輸出埠42被引入氣缸14的第一壓力腔16A。因此，氣缸14執行工作行程，以進給活塞杆22。此時，由於第二輸出埠44和第二排出埠48處於連通，在氣缸14的第二壓力腔16B中積聚的空氣流動進入第二輸出埠44，並且進一步通過第二排出埠48排出至外部。因此，通過將電磁閥58保持在開啟狀態，如圖2所示，氣缸14的活塞20移動至工作側的行程終點並且被止動。

接下來，當閥芯驅動單元32的電磁閥58被關閉且維持供應壓縮空氣至供氣埠40，如圖3所示，閥芯30位於使得第一輸出埠42與第一排出埠46處於連通、並且供氣埠40與第二輸出埠44處於連通的位置(第一位置)。

更具體地，當電磁閥58被關閉，導致下述情形，即供應至供氣埠40的壓縮空氣的壓力不施加在驅動活塞56的壓力接收表面上。因此，活塞部件36基於第一輸出埠42的壓力在B方向上偏壓閥芯30的偏壓力變得大於偏壓機構34在A方向上偏壓閥芯30的偏壓力。因此，閥芯30抵抗偏壓機構34的偏壓力而在B方向上移動。此時，第一可動構件59被閥芯30的階梯部分31a按壓，並且在B方向上移動，並且第二可動構件60通過與管形構件29的第二止動部分75的接合而被止動。

隨著閥芯30以這樣的方式移動，供應至供氣埠40的壓縮空氣通過第二輸出埠44被引入氣缸14的第二壓力腔16B。因此，氣缸14執行返回行程以撤回活塞杆22。此時，積聚在氣缸14的第一壓力腔16A中的空氣流動進入第一輸出埠42，並且進一步經由第一排出埠46被排出至外部。

另外，當第一輸出埠42的壓力隨著氣缸14的活塞20到達返回側的行程終點而降低時，活塞部件36基於第一輸出埠42的壓力在B方向上偏壓閥芯30的力變得小於偏 壓機構34在A方向上偏壓閥芯30的力。

因此，如圖4所示，在偏壓機構34的偏壓作用下，閥芯30在A方向上移動。此時，偏壓機構34的第一可動構件59被止動在其與第一止動部分69接合的位置。閥芯30也隨著第一可動構件59的停止而被止動。因此，閥芯30位於使得供氣埠40不與第一輸出埠42和第二輸出埠44中的任何一個連通的位置(第二位置/關閉的中心位置)。

因此，進入氣缸14的第二壓力腔16B的壓縮空氣供應被阻塞。因此，在氣缸14的活塞20到達返回側的行程終點後，由於沒有不必要的壓縮空氣被供應至氣缸14的第二壓力腔16B，可以減小耗氣量。

根據本實施例的流動通道切換單元10，如上所述，當活塞20在氣缸14的返回行程期間到達其行程終點時，通過偏壓機構34的彈性力，閥芯30被移動至使得供氣埠40不與第一輸出埠42和第二輸出埠44中的任何一個連通的位置(關閉的中心位置)。因此，在氣缸14的返回行程完成的同時，阻止任何不必要的壓縮空氣被導入第二壓力腔16B，並且停止了第二壓力腔16B的壓力升高。因此，在返回行程時，由於耗氣量的節約，可以抑制運轉成本。

此外，如上所述，由於阻止了任何不必要的壓縮空氣被導入氣缸14的第二壓力腔16B，第二壓力腔16B內部的壓力不會比所需要的增大更多。因此，在工作行程的下一周期，減小了對於由於第二壓力腔16B的壓力而移動的阻力，並且因此，可以預期工作行程的速度增加。

根據本實施例，由於驅動活塞56的壓力接收區域大於活塞部件36的壓力接收區域，通過利用壓力接收區域的差異，由於接收壓縮空氣的壓力的驅動活塞56，閥芯30能夠可靠地被移動至使得供氣埠40和第一輸出埠42處於連通的位置。因此，氣缸14的工作行程能夠沒有任何問題地執行。

此外，在閥體24的內部，可以設置第一止動部分69，第一止動部分69能夠通過與偏壓機構34接合而止動偏壓機構34，並且當閥芯30在偏壓機構34的偏壓作用下從第一位置(圖3)移動至第二位置(圖4)時，由於第一止動部分69能夠通過與偏壓機構34接合而止動偏壓機構34，閥芯30可以被止動在第二位置(圖4)。由於這種構造，隨著氣缸14的返回行程的完成，閥芯30能夠可靠地被移動至第二位置。

本發明並不限於上述實施例，並且在不脫離如所附的權利要求書中闡明的本發明的實質範圍的情況下，可以採用各種修改或者附加的布置。