JP2004138159A - 油圧アクチュエータのシール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧アクチュエータのシール構造において、作動油の圧力が高い場合でも適正なシール力を保持する。
【解決手段】油圧室の両端に位置するベーン部２３とシュー部３３に、油圧室専用のシール収容溝６１〜６３とシール部材５１，５２とを設ける。ベーン部２３とシュー部３３に、油圧室内の作動油をシール部材５１，５２の背面に導く油路６４を形成する。シール部材５１，５２の背面側に板状のセパレータ５４を配置し、シール部材５１，５２とセパレータ５４の間に、板ばね５３を配置する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば内燃機関の可変バルブタイミング機構のカムシャフトや可変圧縮比機構のコントロールシャフト（制御軸）を駆動する揺動形の油圧アクチュエータのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばダブルベーン形の油圧アクチュエータにおいては、一対のベーンを有して軸体に固定されるロータが、一対のシューを有するハウジング内に回転可能に収容され、ロータとハウジングによって第１〜第４の油圧室が形成されている。この種の油圧アクチュエータにはその構造上、ロータとハウジングの間にロータを回転可能とするためのクリアランスが必要とされている。このため、ベーンの外周面とシューの内周面にはシール収容溝がそれぞれ形成されているとともに、それらのシール収容溝にはシール部材がそれぞれ収容され、第１〜第４の油圧室間での作動油の漏れが防止されている。そして、第１〜第４の油圧室には第１〜第４のポートがそれぞれ設けられ、これらの第１〜第４のポートには油圧回路が接続されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この油圧アクチュエータが負荷を担った軸体を回転駆動する場合には、作動油が第１のポートと第３のポートを介して第１の油圧室と第３の油圧室にそれぞれ流入するとともに、第２のポートと第４のポートを介して第２の油圧室と第４の油圧室からそれぞれ流出する。これにより、ロータが軸体の荷重に抗して回転し、その回転は軸体の負荷と均衡した位置で停止する。この間にシール部材は、作動油が第１〜第４の油圧室間で漏れることを防止する。
【０００４】
一方、特許文献１に開示されているバルブタイミング調整装置では、シール部材がシュー及びベーンの先端部に軸心方向に配設されたスリット内に収納され、板バネ等の弾性体から成る第１の付勢部材により径方向内向き又は外向きに付勢される。また、シール部材は分割構造を備え、第１のシールと第２のシールと第２の付勢部材とを軸心方向に組み合わすことで構成される。第１のシールは軸方向に開口部を有する凹形のスリットを有する。第２のシールは、第１のシールの凹形スリットに勘合可能な凸形リブと、それに面垂直に構成される第２の台座と、軸心方向の円筒形底付き穴を有する。第２の付勢部材は、コイルバネ等の弾性体から成り、第２のシールに配設された円筒形底付き穴に収納され、第１のシールと第２のシールを軸心方向に付勢する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−０９７９１０公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の油圧アクチュエータは以上のように構成され、油圧アクチュエータの仕事量は作動油の圧力と作動油の流量との積で表される。従って、軸体に加わる負荷が増大した場合には、油圧アクチュエータの受圧面を拡大するか、作動油の圧力を高める必要がある。しかし、油圧アクチュエータの受圧面を拡大する場合には、油圧アクチュエータが大型化するとともに重量が増加し、さらには設置場所が制約されるなどの問題点があった。また、このような問題点を解決できない場合には作動油の圧力を高めることとなるが、この場合には上記クリアランスを介して漏れる作動油の量が多くなること、つまりシール力が低下することとなり、効率が悪化して消費電力が増加するなどの問題点があった。
【０００７】
また、特許文献１に開示されているバルブタイミング調整装置では、第１のシールが軸方向に開口部を有する凹形のスリットを有し、第２のシールが第１のシールの凹形スリットに勘合可能な凸形リブと、それに面垂直に構成される第２の台座と、軸心方向の円筒形底付き穴を有し、第２の付勢部材が第２のシールに配設された円筒形底付き穴に収納される構造であるので、各シール面に直接的に連通した部分がないという利点がある反面、構造が複雑であるという欠点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、作動油の圧力が高い場合でも、比較的簡素な構造で適正なシール力を保持できる油圧アクチュエータのシール構造を得るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る油圧アクチュエータのシール構造においては、１つ以上のベーン部を有して軸体に固定されるロータを、１つ以上のシュー部を有するハウジング内に回転可能に収容して複数の油圧室を形成し、ベーン部とシュー部に設けたシール収容溝にシール部材を収容して油圧室間での作動油の漏れを防止する油圧アクチュエータのシール構造において、油圧室の両端に位置するベーン部とシュー部に油圧室専用のシール収容溝とシール部材とを設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における油圧アクチュエータのシール構造を示す横断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図において、例えば内燃機関の可変圧縮比機構の制御軸（軸体）１の端部の外周面には溝１ａが軸線Ｂに沿う方向に向けて形成され、制御軸１の端部には例えばダブルベーン形のロータ２が嵌合固定されている。そして、ロータ２はハウジング３に回転可能に収容され、このハウジング３は内燃機関の固定部に固定されている。
【００１１】
ハウジング３はロータ２の周面側を囲む筒状のケース４、及びケース４の後端面に固定された板状のリヤカバー５を有し、リヤカバー５には複数の取付穴６が形成され、リヤカバー５のロータ２側は内端面７とされている。又はハウジング３はケース４の前端面に固定された板状のフロントカバー８を有し、フロントカバー８のロータ２側が内端面９とされている。ケース４及びリヤカバー５はスタッドピン１１によって固定され、ケース４、リヤカバー５及びフロントカバー８はボルト１２によって固定されている。そして、フロントカバー８には複数の管継ぎ手１３が螺着されている。
【００１２】
ロータ２は制御軸１の外周面に嵌合固定された筒状の基部２１を有し、基部２１の外周面２２には１対のベーン部２３が直径方向に対称に延設されている。ベーン部２３はケース４に面する外周面２４、リヤカバー５に面する後端面２５、及びフロントカバー８に面する前端面２６を有し、各ベーン部２３には２つずつのシール構造２７が独立して設けられている。
【００１３】
ケース４は筒状の本体部３１を有し、この本体部３１の外周面３２はロータ２のベーン部２３の外周面２４と微少なクリアランスで配置されている。本体部３１の内周面３２には１対のシュー部３３が直径方向に対向して延設され、シュー部３３の内周面３４はロータ２の基部２１の外周面２２と微少なクリアランスで配置されている。シュー部３３はリヤカバー５に面する後端面３５、及びフロントカバー８に面する前端面３６を有し、各シュー部３３には２つずつのシール構造３７が独立して設けられている。
【００１４】
そして、ロータ２、ケース４、リヤカバー５及びフロントカバー８によって第１〜第４の油圧室４１〜４４が形成され、これらの第１〜第４の油圧室４１〜４４にはそれぞれ第１〜第４のポート４５〜４８が設けられている。これらの第１〜第４のポート４５〜４８は上記管継ぎ手１３及び図示しない配管を介して図示しない制御弁に接続され、ロータ２の回転方向に応じて給油ポートとなったり、排油ポートとなったりするものである。
【００１５】
なお、ロータ２のベーン部２３の端面２５，２６は回転すること、ケース４のシュー部３３の端面３５，３６は回転しないこと、ベーン部２３とシュー部３３の断面形状が異なることなどから、シール構造２７とシール構造３７は少々異なっているが、発明の概念上は同様であるので、以下シール構造２７についてのみ説明する。また、ベーン部２３とシュー部３３の断面形状はそれぞれ線対称となっているので、片側のシール構造２７について説明し、シール構造２７と同様なシール構造３７の部分及び部材について同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００１６】
図３の斜視図に示すように、シール構造２７は、ベーン部２３の後端面２５側に配置された鉤状の後方シール部材５１と、ベーン部２３の前端面２６側に配置された鉤状の前方シール部材５２と、シール部材５１，５２の内面に配置され、それらの内面をハウジング３の内周面３２側に機械的に付勢する複数の板ばね（付勢部材）５３と、これらの板ばね５３の内面側に配置され、シール部材５１，５２の外面側への作動油の漏れを防止するとともに、作動油の圧力をシール部材５１，５２全体に効率よく伝える平坦板状のセパレータ５４とを備えている。
【００１７】
シール部材５１，５２は焼結材又は樹脂材から形成することが好ましく、ロータ２の外周面２４とハウジング３の内周面３２の間、つまり径方向をシールする径方向シール部５５，５６をそれぞれ有しているとともに、ロータ２の端面２５，２６とハウジング３の内端面７，９の間、つまり軸方向をシールする軸方向シール部５７，５８をそれぞれ有している。この場合に、径方向シール部５５，５６は一体のものが分割面５９を介して分割された形状とされ、分割面５９は油圧室４１〜４４の間での作動油の漏れを防止する面とされている。
【００１８】
シール部材５１，５２の径方向シール部５５，５６の内面には、板ばね５３を収容する凹部５５ａ，５６ａがそれぞれ形成されており、これらの凹部５５ａ，５６ａの側壁は、セパレータ５４の所定以上の移動を規制して板ばね５３の全圧縮を含む塑性変形を防止するストッパ５５ｂ，５６ｂとされている。また、軸方向シール部５７，５８の長さに関し、セパレータ５４の端面が軸方向シール部５７，５８の内面の面積内に十分に含まれ、セパレータ５４の内面に沿って流動する作動油が軸方向シール部５７，５８の内面に確実に受け止められるようになっている。
【００１９】
一方、図４の部分拡大斜視図に示すように、ロータ２のベーン部２３の外周面２４には、セパレータ５４、板ばね５３、及びシール部材５１，５２の径方向シール部５５，５６を収容する径方向シール収容溝６１が形成されている。また、ベーン部２３の後端面２５には、後方シール部材５１の軸方向シール部５７を収容する軸方向シール収容溝６２が形成されている。さらに、ベーン部２３の前端面２６には、前方シール部材５２の軸方向シール部５８を収容する軸方向シール収容溝６３が形成されている。これらのシール収容溝６１〜６３の対向する両側壁の中間を通る仮想平面Ｐは軸線Ｂを通るようにされ、シール部材５１，５２はシール収容溝６１〜６３に最適の姿勢で収容されている。そして、ベーン部２３には、第１〜第４の油圧室４１〜４４のうちの隣接する油圧室と径方向シール収容溝６１のほぼ中央とを連通する油路６４が形成されている。
【００２０】
このように構成された油圧アクチュエータにおいては、制御軸１の負荷に抗して制御軸１を例えば反時計回り方向に回転駆動する際には、制御された作動油が第１のポート４５と第３のポート４７を介して第１の油圧室４１と第３の油圧室４３にそれぞれ流入するとともに、第２の油圧室４２と第４の油圧室４４から第２のポート４６と第４のポート４８を介してそれぞれ流出する。これにより、ロータ２が反時計回り方向に回転し、その回転は制御軸１の負荷と平衡した時点で停止する。なお、ロータ２が反対の時計回り方向に回転する場合には、作動油が上述と逆の方向に流動し、その回転は制御軸１の負荷と平衡した時点で停止する。
【００２１】
この間に、作動油の圧力が低い場合には、板ばね５３が径方向シール部５５，５６の内面をハウジング３の内周面３２側へ付勢し、ロータ２の外周面２４とハウジング３の内周面３２の間のシール力を適正に確保する。そして、作動油の圧力が高い場合には、図１、図２に矢印で示すように、油圧室４１，４３の作動油が専用のシール構造２７，３７の油路６４に流入する。これにより、図５に示すように、作動油がセパレータ５４を矢印Ｃ方向に押圧し、板ばね５３の付勢力も加わって径方向シール部５５，５６の内面をハウジング３の内周面３２側へ付勢する。
【００２２】
同時に、作動油はセパレータ５４の内面に沿って流動し、軸方向シール部５７，５８をそれぞれ矢印Ｄ、Ｅ方向に付勢する。これにより、シール部材５１，５２が後方と前方にそれぞれ移動するとともに、作動油は軸方向シール部５７，５８の内面をハウジング３の内端面７，９側へ付勢し、ロータ２の端面２５，２６とハウジング３の内端面７，９の間のシール力を適正に確保する。この間に、軸方向シール部５７，５８がセパレータ５４の内面を越えて延びているので、作動油は軸方向シール部５７，５８に十分に受け止められる。また、シール部材５１，５２の移動により径方向シール部５５，５６の間に隙間Ｓが発生するが、作動油が油圧室４１〜４４の間で漏れることはない。
【００２３】
この実施の形態１では、油圧室４１〜４５の両端に位置するベーン部２３とシュー部３３に、それらの油圧室４１〜４５専用のシール収容溝６１〜６３とシール部材５１，５２とを設けたことにより、従来の油圧アクチュエータのシール構造と比較して簡素な構造となるうえに、作動油の圧力が高い場合でも油圧室４１〜４４間に適正なシール力を保持できる。
【００２４】
また、シール部材５１，５２が、ロータ２の周面２２，２４とハウジング３の周面３２，３４間をシールする径方向シール部５５，５６、及びロータ２の端面２５，２６とハウジング３の端面７，９間をシールする軸方向シール部を有するので、径方向と軸方向の双方を適正にシールすることができる。
【００２５】
さらに、シール収容溝６１〜６３の両側壁の中間を通る仮想平面が軸線Ｂを通るので、シール部材５１，６２をシール収容溝６１〜６３に良好な姿勢で配置することができる。
【００２６】
さらにまた、ベーン部２３とシュー部３３に、油圧室４１〜４４内の作動油をシール部材５１，５２の内面に導く油路６４を形成したので、シール部材５１，５２の内面を作動油の圧力に応じて付勢することができ、作動油の圧力が高い場合でも油圧室４１〜４４間に適正なシール力を保持できる。従って、従来と同様な作動油の圧力の下では効率が向上して消費電力が低減し、作動油の圧力を高めて小型化することも可能となる。
【００２７】
そして、径方向シール部５５，５６を油圧室４１〜４４間での作動油の漏れを防止するような分割面５９で分割したので、簡素な構造で作動油が油圧室４１〜４４間で漏れるのを防止できる。
【００２８】
また、径方向シール部５５，５６の内面側に板状のセパレータ５４を配置したので、作動油が径方向シール部５５，５６側に漏れることを防止できるうえに、作動油の圧力をシール部材５１，５２の内面全体に効率よく伝達でき、全体的に平均した適正なシール力を保持できる。
【００２９】
さらに、シール部材５１，５２とセパレータ５４の間に、シール部材５１，５２の内面を付勢する板ばね５３を配置したので、作動油の圧力が低い場合でも、油圧室４１〜４４間に適正なシール力を保持できる。
【００３０】
また、シール部材５１，５２の内面に板ばね５３の塑性変形を防止するストッパ５５ｂ，５６ｂを設けたので、セパレータ５４に過剰な圧力が加わった場合でも、板ばね５３の座屈や全圧縮を防止できる。
【００３１】
そして、セパレータ５４を軸方向シール部５７，５８の内面の面積内に含ませたので、セパレータ５４の内面に沿って流動する作動油を軸方向シール部５７，５８の内面で確実に受け止めることができ、軸方向シール部５７，５８の内面を確実に付勢できる。
【００３２】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による油圧アクチュエータのシール構造を示す断面図である。図１と同一の部分及び同一の部材について同じ符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態２による油圧アクチュエータのシール構造は全体的に実施の形態１と同様とされているが、シール部材５１，５２の軸方向シール部５７，５８の内面側にも板ばね７１とセパレータ７２がそれぞれ配置されている。従って、図７の斜視図に示すように、軸方向シール部５７，５８の内面には、板ばね７１を収容するための凹部５７ａ，５８ａ、及び板ばね７１の塑性変形を防止するためのストッパ５７ｂ，５８ｂが形成されている。
【００３３】
この実施の形態２では、シール部材５１，５２の軸方向シール部５７，５８の内面側にも板ばね７１とセパレータ７２を配置したので、実施の形態１と同様な効果が得られるうえに、作動油の圧力が低い場合に板ばね７１によって軸方向の適正なシール力を保持できる。そして、作動油の圧力が高い場合には、油路６４に流入した作動油がセパレータ５４を実施の形態１と同様に付勢するとともに、セパレータ５４に沿って流動した作動油がセパレータ７２を付勢し、板ばね７１の付勢力も加わってシール部材５１，５２を移動させ、径方向と軸方向のシール力を適正に保持できる。
【００３４】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による油圧アクチュエータのシール構造の要部を示す斜視図である。図１と同一の部分及び同一の部材について同じ符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態３による油圧アクチュエータのシール構造は全体的に実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１の平坦なセパレータ５４の代りに、湾曲したセパレータ５４Ａが配置されている。
【００３５】
この実施の形態３において、セパレータ５４Ａの内面に作動油の圧力が作用すると、図９に示すようにセパレータ５４Ａが作動油の圧力に応じた形状に平坦化する。これにより、セパレータ５４Ａの端面がそれぞれ軸方向シール部５７，５８側に移動し、セパレータ５４Ａの端面と軸方向シール部５７，５８の内面との間の隙間を減少させる。このため、作動油が径方向シール部５５，５６側に漏れるのを実施の形態１よりも良好に防止できる。
【００３６】
ところで、上述説明では、ダブルベーン式の油圧アクチュエータについて述べたが、シングルベーン式、トリプルベーン式などにこの発明を適用できることは言うまでもない。また、油圧アクチュエータは可変圧縮比機構の制御軸１を駆動することについて述べたが、それに制約されるものではない。そして、管継ぎ手１３はフロントカバー８に取り付けることについて述べたが、ケース４に取り付けることが可能であることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、油圧室の両端に位置するベーン部とシュー部に油圧室専用のシール収容溝とシール部材とを設けた構成としたので、作動油の圧力が高い場合でも、比較的簡素な構造で適正なシール力を保持できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による油圧アクチュエータのシール構造を示す横断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による油圧アクチュエータのシール構造の一部を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１による油圧アクチュエータのシール構造の他部を示す部分拡大斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１による油圧アクチュエータのシール構造の作用を説明する斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２による油圧アクチュエータのシール構造を示す、図２に対応する図である。
【図７】この発明の実施の形態２による油圧アクチュエータのシール構造の一部を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３による油圧アクチュエータのシール構造の一部を示す、図３に対応する図である。
【図９】この発明の実施の形態３による油圧アクチュエータのシール構造の作用を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１　制御軸（軸体）、２　ロータ、３　ハウジング、４　ケース、５　リヤカバー、７，９，２５，２６，３５，３６　端面、８　フロントカバー、２２，２４，３２，３４　周面、２３　ベーン部、２７，３７　シール構造、３３　シュー部、４１〜４４　油圧室、５１，５２　シール部材、５３，７１　板ばね（付勢部材）、５４，５４Ａ，７２　セパレータ、５５，５６　径方向シール部、５５ｂ，５６ｂ，５７ｂ，５８ｂ　ストッパ（塑性変形防止手段）、５７，５８　軸方向シール部、５９　分割面、６１〜６３　シール収容溝、６４　油路、Ｂ　軸線、Ｐ　仮想平面。

Claims (10)

1. １つ以上のベーン部を有して軸体に固定されるロータを、１つ以上のシュー部を有するハウジング内に回転可能に収容して複数の油圧室を形成し、上記ベーン部と上記シュー部に設けたシール収容溝にシール部材を収容して上記油圧室間での作動油の漏れを防止する油圧アクチュエータのシール構造において、上記油圧室の両端に位置する上記ベーン部と上記シュー部に上記油圧室専用の上記シール収容溝と上記シール部材とを設けたことを特徴とする油圧アクチュエータのシール構造。
2. シール部材が、ロータとハウジングの周面間をシールする径方向シール部、及びロータとハウジングの端面間をシールする軸方向シール部を有することを特徴とする請求項１記載の油圧アクチュエータのシール構造。
3. シール収容溝の両側壁の中間を通る仮想平面が軸線を通ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の油圧アクチュエータのシール構造。
4. ベーン部とシュー部の少なくとも一方に、油圧室内の作動油をシール部材の内面に導く油路を形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の油圧アクチュエータのシール構造。
5. 径方向シール部を油圧室間での作動油の漏れを防止するような分割面で分割したことを特徴とする請求項４記載の油圧アクチュエータのシール構造。
6. 径方向シール部と軸方向シール部の少なくとも一方の内面側に板状のセパレータを配置したことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の油圧アクチュエータのシール構造。
7. シール部材とセパレータの間に、シール部材の内面を付勢する付勢部材を配置したことを特徴とする請求項６記載の油圧アクチュエータのシール構造。
8. シール部材の内面に付勢部材の塑性変形を防止する手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の油圧アクチュエータのシール構造。
9. セパレータを軸方向シール部の内面の面積内に含ませたことを特徴とする請求項６から請求項８のうちのいずれか１項記載の油圧アクチュエータのシール構造。
10. セパレータを湾曲形状で配置し、作動油の圧力に応じて平坦化するようにしたことを特徴とする請求項６記載の油圧アクチュエータのシール構造。

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