本發(fā)明涉及一種多級活塞式致動器，通過增減級數(shù)能夠得到不同的驅(qū)動力。

背景技術(shù)：

例如，在對流路進(jìn)行開閉的開閉閥中，存在有使開閥方向的彈力作用于閥體的常開閥和使閉閥方向的彈力作用于閥體的常閉閥。通過使抵抗彈力的方向的空氣壓力作用于與閥體連接的活塞來進(jìn)行閉閥或者開閥，這種動作原理是相同的。

作為這樣的開閉閥的活塞式致動器，提案有一種多級活塞式致動器，其重疊有多級能夠滑動自如地收納活塞體的氣缸(專利文獻(xiàn)1至3)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2000-283328號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利第3300686號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開2009-2524號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(發(fā)明要解決的技術(shù)問題)

但是，上述專利文獻(xiàn)的多級活塞式致動器構(gòu)造復(fù)雜，活塞級數(shù)的變更不容易，并且難以實現(xiàn)小型化或者軸向長度的縮短。

因此，本發(fā)明的目的在于得到一種多級活塞式致動器，其構(gòu)造簡單、活塞級數(shù)的變更容易，而且，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及軸向長度的縮短，并且，在所規(guī)定的外徑中能夠確保更大的有效受壓面積。

(解決技術(shù)問題的技術(shù)方案)

本發(fā)明的多級活塞式致動器，使抵抗彈簧壓力的空氣壓力施加至嵌入氣缸體的多個活塞體的壓力室，從推桿將其輸出取出，所述多級活塞式致動器的特征在于，所述多個活塞體分別與嵌入所述氣缸體的隔離件組合，在該活塞體和隔離件之間形成所述壓力室；所述活塞體具有受壓板部、從該受壓板部沿內(nèi)外的相反軸線方向同心延伸的軸棒和滑動導(dǎo)向筒狀部，所述軸棒具有與所述壓力室連通的軸空氣通路；所述隔離件具有底板部、從該底板部沿內(nèi)外的同一軸線方向同心延伸的大徑最外筒狀部和滑動導(dǎo)向筒狀部，所述底板部具有接收鄰接的活塞體的所述軸棒的貫通孔，所述大徑最外筒狀部嵌入所述氣缸體，所述滑動導(dǎo)向筒狀部與所述活塞體的滑動導(dǎo)向筒狀部滑動自如地嵌合；以及所述多個活塞體的軸棒彼此機械地抵接，從而使輸出施加至所述推桿。

優(yōu)選的是，在所述隔離件的大徑最外筒狀部的內(nèi)周面和底板部以及所述活塞體的受壓板部和滑動導(dǎo)向筒狀部的外周面之間插入大徑O型環(huán)，在所述隔離件的滑動導(dǎo)向筒狀部的內(nèi)周面和底板部以及活塞體的軸棒的外周面之間插入小徑O型環(huán)。

優(yōu)選的是，所述大徑O型環(huán)和小徑O型環(huán)至少在所述活塞體和隔離件的接近位置，軸向位置產(chǎn)生重疊。

優(yōu)選的的是，所述活塞體的滑動導(dǎo)向筒狀部為單純圓筒形狀，未形成用于將所述大徑O型環(huán)嵌入的U字狀槽。

優(yōu)選的是，同樣地，所述隔離件的滑動導(dǎo)向筒狀部為單純圓筒形狀，未形成用于將所述小徑O型環(huán)嵌入的U字狀槽。

優(yōu)選的是，同樣地，所述活塞體的軸棒為單純棒狀，未形成用于將所述小徑O型環(huán)嵌入的U字狀槽。

(發(fā)明的效果)

根據(jù)本發(fā)明，能夠得到一種多級活塞式致動器，構(gòu)造簡單并且活塞級數(shù)的變更容易，而且，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及軸向長度的縮短，并且，在所規(guī)定的外徑中能夠確保更大的有效受壓面積。

附圖說明

圖1是示出將本發(fā)明的多級活塞式致動器用于常閉閥的開閥驅(qū)動用的一實施方式的主視圖。

圖2是沿著圖1的II-II線的截面圖。

圖3是示出將本發(fā)明的多級活塞式致動器用于常開閥的閉閥驅(qū)動用的一實施方式的與圖2對應(yīng)的截面圖。

圖4是從圖2中的多級活塞式致動器取出三個層疊活塞組件進(jìn)行描繪的縱向截面圖。在圖3的多級活塞式致動器中，圖4的層疊活塞組件的上下顛倒。

圖5(A)和(B)是層疊活塞組件的活塞主體單體的縱向截面圖和仰視圖。

圖6(A)和(B)是層疊活塞組件的隔離件單體的俯視圖和縱向截面圖。

符號說明

100、100X 多級活塞式致動器

10、10X 氣缸主體

12 小徑定徑部

13 大徑定徑部

14 外螺紋筒

15 六角部

16 排氣孔

17 中徑臺階部

20、20X 推桿

21 O型環(huán)

22 著力端部

23 空氣導(dǎo)入槽

30 層疊活塞組件

30’ 異形活塞組件

30” 異形活塞組件

31 活塞體

31’、31” 異形活塞體

31a、31a’、31a” 受壓板部

31b、31b’ 軸棒

31c 滑動導(dǎo)向筒狀部

31d 軸空氣通路

31e 空氣導(dǎo)入槽

31g 空氣導(dǎo)入槽

32 隔離件

32a 底板部

32b 大徑最外筒狀部

32c 滑動導(dǎo)向筒狀部

32d 貫通孔

32e O型環(huán)保持緣

32f D型切面

32g 空氣排氣槽

33 大徑O型環(huán)

34 小徑O型環(huán)

50 閉閥彈簧

50X 開閥彈簧

60、60X 蓋體

61 軸空氣通路

62 導(dǎo)向筒

63 導(dǎo)向軸

65 O型環(huán)

70 流路塊

71 入口流路

72 出口流路

73 連通路

74 閥座

75 隔板

76 推動件

77 致動器螺合筒

81 壓縮空氣源

82 調(diào)節(jié)器

83 開閉閥

P 壓力室。

具體實施方式

圖1以及圖2示出使用本發(fā)明的多級活塞式致動器構(gòu)成常閉型開閉閥的實施方式，圖3示出同樣使用本發(fā)明的多級活塞式致動器構(gòu)成了常開型的開閉閥的實施例。

圖1、圖2的作為常閉型開閉閥的驅(qū)動源的多級活塞式致動器100包括金屬(例如鋁合金)制的氣缸主體10、依次插入該氣缸主體10內(nèi)的金屬制的推桿20、多級(在圖示例中為五級)層疊活塞組件30、異形活塞組件30’、閉閥彈簧50、蓋體(罩)60。氣缸主體10的端部在插入了以上部件之后被鉚接，與蓋體60結(jié)合。

在氣缸主體10內(nèi)形成有使推桿20滑動自如地嵌合的小徑定徑部12和使層疊活塞組件30以及異形活塞組件30’嵌合的大徑定徑部13，在小徑定徑部12的外周側(cè)形成有外螺紋筒14和六角部15。在小徑定徑部12上形成有徑向的排氣孔16。推桿20在外周面具有與小徑定徑部12內(nèi)面滑接而保持氣密的O型環(huán)21。

氣缸主體10所結(jié)合的流路塊70具有入口流路71、出口流路72、接近/遠(yuǎn)離在兩流路間的連通路73上設(shè)置的閥座74的隔板75以及位于隔板75上的推動件76，并且形成有在閥座74以及隔板75的軸線上延伸的致動器螺合筒77。氣缸主體10的外螺紋筒14螺合固定于該致動器螺合筒77。就推桿20而言，其一端部構(gòu)成與推動件76對向(接近/遠(yuǎn)離)的著力端部22，并且在另一端部形成有徑向的空氣導(dǎo)入槽23。

插入氣缸主體10的大徑定徑部13內(nèi)的層疊活塞組件30和異形活塞組件30’在最下方的層疊活塞組件30抵接于下降端限制臺階部18的位置被閉閥彈簧50限制移動端，此時，隔板75經(jīng)由推桿20以及推動件76被按壓于閥座74。即，構(gòu)成常閉閥。

與之相對，如圖3所示，作為常開型開閉閥的驅(qū)動源的多級活塞式致動器100X包括金屬(例如鋁合金)制的氣缸主體10X、依次插入該氣缸主體10X內(nèi)的金屬制的推桿20X、開閥彈簧50X、異形活塞組件30”、多級(在圖示例中為五級)層疊活塞組件30、蓋體(罩)60X。氣缸主體10的端部在插入了以上的部件之后被鉚接，與蓋體60X結(jié)合。

在氣缸主體10X內(nèi)形成有使推桿20X滑動自如地嵌合的小徑定徑部12、形成開閥彈簧50X的支座的中徑臺階部17、和使異形活塞組件30”以及層疊活塞組件30滑動自如地嵌合的大徑定徑部13。在小徑定徑部12的外周形成有外螺紋筒14和六角部15，在六角部15上形成有通氣孔16。

插入氣缸主體10X的大徑定徑部13內(nèi)的層疊活塞組件30和異形活塞組件30”在最上方的層疊活塞組件30抵接于蓋體60X的位置被閉閥彈簧50X限制移動端，此時，不向隔板75施加向閥座74側(cè)的按壓力。即，構(gòu)成常開閥。

在圖4至圖6中說明以上的共通用于多級活塞式致動器100和100X的層疊活塞組件30的詳情。層疊活塞組件30由基本形狀為以軸線為中心的旋轉(zhuǎn)對稱形狀的活塞體31和隔離件32以及大小兩個O型環(huán)33、34構(gòu)成。活塞體31由例如金屬(例如鋁合金)構(gòu)成，如圖5中示出的單體形狀，具有與軸線正交的受壓板部31a、沿受壓板部31a的兩側(cè)(相反側(cè))的軸線方向突出的軸棒31b和滑動導(dǎo)向筒狀部31c，軸空氣通路31d貫通軸棒31b(以及受壓板部31a)。在軸棒31b的與受壓板部31a相反側(cè)的端部形成有使軸空氣通路31d與徑向外側(cè)連通的空氣導(dǎo)入槽31e。

隔離件32由例如合成樹脂材料的成形品構(gòu)成，如圖6所示的單體形狀，與活塞體31同樣地，基本形狀呈以軸線為中心的旋轉(zhuǎn)對稱形狀。隔離件32具有與軸線正交的凸緣部32a、從凸緣部32a向軸向的同一方向突出的大徑的最外筒狀部32b和小徑的滑動導(dǎo)向筒狀部32c。在底板部32a的中心形成有接收活塞體31的軸棒31b的貫通孔32d，在貫通孔32d的周圍形成O型環(huán)保持緣32e(O型環(huán)保持緣32e為底板部32a的一部分)。隔離件32的大徑最外筒狀部32b以最小的間隔嵌入氣缸主體10(10X)的大徑定徑部13，在其周面局部形成有D型切面32f，在該D型切面32f的端部形成有空氣排氣槽32g。

通過活塞體31的滑動導(dǎo)向筒狀部31c和隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c彼此嵌合地滑動，產(chǎn)生防止相互的傾倒(保證同軸性)的作用。在活塞體31上形成空氣導(dǎo)入槽31g，所述空氣導(dǎo)入槽31g在該活塞體31的滑動導(dǎo)向筒狀部31c和隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c的滑動部分形成空氣通路。

在以上的構(gòu)成部件中，活塞體31的空氣導(dǎo)入槽31e和空氣導(dǎo)入槽31g以及隔離件32的D型切面32f和空氣排氣槽32g不是以活塞體31和隔離件32的軸線為中心的旋轉(zhuǎn)對稱形狀的部件。

以上的活塞體31和隔離件32在于隔離件32的大徑最外筒狀部32b的內(nèi)周面和底板部32a以及活塞體31的受壓板部31a和滑動導(dǎo)向筒狀部31c的外周面之間插入了大徑O型環(huán)33，并且于隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c的內(nèi)周面和O型環(huán)保持緣32e以及活塞體31的軸棒31b的外周面之間插入了小徑O型環(huán)34的狀態(tài)下被組裝，形成層疊活塞組件30?；钊w31和隔離件32的最大接近位置在隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c的端部抵接于活塞體31的受壓板部31a的狀態(tài)下被限制(圖4、圖2左截面、圖3右截面)。就大徑O型環(huán)33而言，以其軸線為中心的外徑、截面中的截面徑雙方均比小徑O型環(huán)34大。

并且，在該最大接近狀態(tài)下，大徑O型環(huán)33和小徑O型環(huán)34的軸向位置重疊，實現(xiàn)了層疊活塞組件30的軸向長度的縮短。另外，大徑O型環(huán)33插入隔離件32的大徑最外筒狀部32b的內(nèi)周面和活塞體31的滑動導(dǎo)向筒狀部31c的外周面以及與底板部32a之間，從而在活塞體31上未形成用于保持大徑O型環(huán)33的截面U字槽。也就是說，活塞體31的滑動導(dǎo)向筒狀部31c為單純圓筒形狀，并未形成截面U字狀槽。同樣地，小徑O型環(huán)34插入隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c的內(nèi)周面和O型環(huán)保持緣32e以及與活塞體31的軸棒31b的外周面之間，從而在隔離件32上未形成用于保持小徑O型環(huán)34的截面U字槽。也就是說，隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c為單純圓筒形狀，并未形成截面U字狀槽，并且，活塞體31的軸棒31b也為單純棒狀，并未形成截面U字狀槽。因此，實現(xiàn)了層疊活塞組件30的軸向長度的縮短。另外，由于未嵌入截面U字槽，因此，安裝時無需對大徑O型環(huán)33和小徑O型環(huán)34進(jìn)行擴徑(拉伸)，組裝性優(yōu)異。進(jìn)一步，根據(jù)以上的層疊活塞組件30，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及軸向長度的縮短，而且在所規(guī)定的外徑之中能夠確保更大的有效受壓面積。

就以上的層疊活塞組件30而言，在圖2的常閉型中，朝向活塞體31位于上方并且隔離件32位于下方的方向(圖4的狀態(tài))，在圖3的常開型中，朝向隔離件32位于上方并且活塞體31位于下方的方向(與圖4上下顛倒的狀態(tài))。

構(gòu)成圖2的常閉型開閉閥的多級活塞式致動器100的異形活塞組件30’的異形活塞體31’具有比活塞體31的軸棒31b長的軸棒31b’，該軸棒31b’滑動自如地嵌合于蓋體60上形成的導(dǎo)向筒62。在軸棒31b’上嵌入用于保持與導(dǎo)向筒62之間的氣密的O型環(huán)65。此外，在蓋體60上形成空氣排出孔64。另外，在異形活塞體31’上也形成與活塞體31同樣的空氣導(dǎo)入槽31g。與異形活塞體31’組合的隔離件32與層疊活塞組件30的隔離件32相同。

另外，圖3的多級活塞式致動器100X的異形活塞組件30”的異形活塞體31”既不具備軸棒31b也不具備軸空氣通路31d。受壓板部31a”直接抵接于推桿20X。另外，蓋體60X具有被插入層疊活塞組件30的隔離件32的貫通孔32d以及小徑O型環(huán)34的導(dǎo)向軸63。在推桿20X上未形成(無需形成)在常開型的推桿20上形成的空氣導(dǎo)入槽23。

如上所述，在圖2的多級活塞式致動器100中，位于異形活塞組件30’和蓋體60之間的閉閥彈簧50經(jīng)由異形活塞組件30’、五級的層疊活塞組件30、推桿20以及推動件76將隔板75向閥座74方向施力，通常，關(guān)閉入口流路71和出口流路72之間的連通路73。

如上所述，在圖3的多級活塞式致動器100X中，位于異形活塞組件30”和氣缸主體10的中徑臺階部17之間的開閥彈簧50X將異形活塞組件30”以及五級的層疊活塞組件30向從隔板75離開的方向施力，并且閉閥力未施加至隔板75(通常，入口流路71和出口流路72連通)。

在任意的致動器中，在插入氣缸主體10(10X)的大徑定徑部13內(nèi)的鄰接的層疊活塞組件30彼此之間，活塞體31的軸棒31b貫通隔離件32的貫通孔32d和小徑O型環(huán)34，鄰接的軸棒31b彼此之間機械地抵接。另外，鄰接的層疊活塞組件30的隔離件32彼此之間(以及異形活塞組件30’的隔離件32或者異形活塞組件30”的隔離件32和與之鄰接的層疊活塞組件30的隔離件32彼此之間)，在嵌入氣缸主體10(10X)的大徑定徑部13的狀態(tài)下相互地抵接而確定軸向的位置。被活塞體31的受壓板部31a和軸棒31b、隔離件32的滑動導(dǎo)向筒狀部32c以及小徑O型環(huán)34包圍的內(nèi)側(cè)空間、以及經(jīng)由空氣導(dǎo)入槽31g與該內(nèi)側(cè)空間連通的、被滑動導(dǎo)向筒狀部31c、底板部32a、大徑最外筒狀部32b以及大徑O型環(huán)33包圍的外側(cè)空間構(gòu)成壓力室P。就插入大徑定徑部13內(nèi)的多個層疊活塞組件30而言，其鄰接的層疊活塞組件30的活塞體31的軸棒31b彼此之間(軸棒31b和受壓板部31a)相互地抵接，并且所有的活塞體31以及異形活塞體31’(31”)同時沿軸向移動。

就圖2的常閉型多級活塞式致動器100而言，如果在隔板75通過閉閥彈簧50的力關(guān)閉流路的狀態(tài)下，經(jīng)由壓縮空氣源81、調(diào)節(jié)器82以及開閉閥83，從蓋體60的軸空氣通路61施加壓縮空氣的話，則動作壓力經(jīng)由各層疊活塞體31以及異形活塞體31’的軸空氣通路31d、空氣導(dǎo)入槽31e(以及推桿22的空氣導(dǎo)入槽23)以及空氣導(dǎo)入槽31g施加至壓力室P，活塞體31以及異形活塞體31’抵抗閉閥彈簧50的力而移動，其結(jié)果是，隔板75從閥座74離開，入口流路71和出口流路72連通(常閉閥打開，圖2右截面)。

反之，如果通過開閉閥83斷絕壓縮空氣的供給的話，則各活塞體31(異形活塞體31’)通過閉閥彈簧50的力而恢復(fù)到原位置，隔板75就位于閥座74，斷絕入口流路71和出口流路72的連通(圖2左截面)。將氣缸主體10內(nèi)的空氣從隔離件32的空氣排氣槽32g、D型切面32f和氣缸主體10的空隙以及排氣孔16排放到大氣中。

就圖3的多級活塞式致動器100X而言，如果在隔板75通過開閥彈簧50X的力打開流路的狀態(tài)下，經(jīng)由壓縮空氣源81、調(diào)節(jié)器82以及開閉閥83，從蓋體60X的軸空氣通路61施加壓縮空氣的話，則動作壓力經(jīng)由各層疊活塞體31以及異形活塞體31”的軸空氣通路31d、空氣導(dǎo)入槽31e以及空氣導(dǎo)入槽31g施加至壓力室P，活塞體31以及異形活塞體31”抵抗開閥彈簧50X的力而移動，其結(jié)果是，推桿20X將推動件76以及隔板75按壓于閥座74，隔板75遮斷入口流路71和出口流路72間的連通路73(關(guān)閉常開閥，圖3左截面)。

反之，如果通過開閉閥83斷絕壓縮空氣的供給的話，則各活塞體31(異形活塞體31”)通過開閥彈簧50X的力而恢復(fù)到原位置，隔板75從閥座74離開，使入口流路71和出口流路72的連通(圖3左截面)。將氣缸主體10內(nèi)的空氣從隔離件32的空氣排氣槽32g、D型切面32f和氣缸主體10的空隙以及排氣孔16排放到大氣中。

就大徑O型環(huán)33和小徑O型環(huán)34而言，在活塞體31和隔離件32離開最遠(yuǎn)的狀態(tài)(圖2的右截面、圖3的左截面)下，其軸向位置產(chǎn)生部分重疊(或者接觸)，即使在動作狀態(tài)下也能夠?qū)崿F(xiàn)軸向長度的縮短。

如果使供給空氣壓力相同的話，則能夠使推桿20(20X)的輸出根據(jù)插入氣缸主體10(10X)的層疊活塞組件30的級數(shù)產(chǎn)生變化。當(dāng)然，能夠準(zhǔn)備并且選擇使用不同的長度的氣缸主體10(10X)。

(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)

本發(fā)明的多級活塞式致動器例如能夠廣泛應(yīng)用于通過空氣壓力進(jìn)行動作的常開閥以及常閉閥。