JP2009162290A - ロータリーベーン式舵取機のシール構造および下部リングシールの取り替え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】洋上であっても下部リングシールの取替えが可能であるロータリーベーン式舵取機のシール構造を提供する。
【解決手段】下部リングスリット１ｅ内に挿入された下部リングシール１１のリングシール面１１ａがローターの下部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面１１ａの外周縁部１１ｂがベーンの下部横シールおよびセグメント１ｂの縦シール１ｄのそれぞれ内周側下端縁１ｊに接触し、下部リングシール１１は一箇所において直截した切断面１１ｆ，１１ｇを有し、切断面１１ｆ，１１ｇは、舵軸の軸心を中心とする半径に対して、周方向に４５°の角度で傾斜し、下部リングシール１１の外径公差は、下部リングシール１１の外径が下部リングスリット１ｅの外周面の直径よりも所定量だけ大きく、下部リングシール１１の背面および内周側の側面に作動油室５ｄの油圧をかけるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーベーン式舵取機のシール構造およびこのロータリーベーン式舵取機に設けられている下部リングシールの取り替え方法に関する。

従来のロータリーベーン式舵取機は、例えば図８〜図１２に示すようなものであり、ハウジング１と、その内部に収納されて回転するローター２とを有している。ローター２は、半径方向には下部軸部２ａがハウジング１の底部に設けたボス部１ａでラジアル軸受４ａを介して支持され、上部軸部２ｂがハウジング１の上部開口を塞ぐように配置した環状のトップカバー３でラジアル軸受４ｂを介して支持され、また、軸方向には、ローター２の下端面がハウジング１の内底面でスラスト軸受４ｃを介して支持されている。

ローター２は、舵軸７の軸頭７ａを装入して緊合する内部貫通孔２ｃを有し、外周面の周方向に沿った等間隔の位置に複数のベーン２ｄを突設している。ハウジング１は内周面の周方向沿った等間隔の位置に、上記ベーン２ｄと同数のセグメント１ｂを突設している。

ローター２の各ベーン２ｄは、上端面に形成した上部横スリット２ｅ内に、トップカバー３の下面に摺接する上部横シール２ｆを保持し、下端面に形成した下部横スリット２ｇ内に、ハウジング１の内底面に摺接する下部横シール２ｈを保持し、半径方向の先端の縁面に形成した縦スリット２ｉ内に、ハウジング１の内周面に摺接する縦シール２ｊを保持している。

また、ハウジング１のセグメント１ｂは、半径方向の先端の縁面に形成した縦スリット１ｃ内に、ローター２の外周面に摺接する縦シール１ｄを保持している。なお、上記各シール２ｆ、２ｈ、２ｊ、１ｄはそれぞれゴム等の弾性材料によって形成されている。

ローター２はハウジング１内において、ベーン２ｄの上部および下部横シール２ｆ、２ｈがそれぞれトップカバー３の裏面およびハウジング１の内底面に摺接し、同縦シール２ｊがハウジング１の内周面に摺接し、また、ローター２の外周面がハウジング１のセグメント１ｂの縦シール１ｄに摺接する状態で回転する。これにより、ローター２の外側周囲に形成された油室用空間５がベーン２ｄとセグメント１ｂとによって複数の作動油室５ａ５ｂ、５ｃ、５ｄに区画される。

トップカバー３は、ローター２の上部端面の半径方向端面に対向する部位に形成した上部リングスリット３ａ内に、一体構造の環状の上部リングシール３ｂを保持している。また、ハウジング１は、ローター２の下部端面の半径方向端部に対向する部位に形成した下部リングスリット１ｅ内に、一体構造の環状の下部リングシール１ｆを保持している。上部および下部リングシール３ｂ、１ｆはそれぞれゴム等の弾性材料によって形成されている。

図８、図１２に示すように、上記上部リングシール３ｂは、リングシール面３ｃがローター２の上部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面３ｃの外周縁部３ｄがベーン２ｄの上部横シール２ｆの内周側上端縁２ｋ（図８参照）とセグメント１ｂの縦シール１ｄの内周側上端縁１ｈ（図８参照）とにそれぞれ接触している。

また、上記下部リングシール１ｆは、上部リングシール３ｂと同様に、リングシール面１ｇがローター２の下部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面１ｇの外周縁部１ｉがベーン２ｄの下部横シール２ｈの内周側下端縁２ｍ（図８参照）とセグメント１ｂの縦シール１ｄの内周側下端縁１ｊ（図８参照）とにそれぞれ接触している。

これらにより、各作動油室５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの圧油が、ローター２の上部端面とトップカバー３との間の微小な間隙およびローター２の下部端面とハウジング１の内底面との間の微小な間隙を通って、また、上部リングスリット３ａおよび下部リングスリット１ｅのそれぞれ外周側面を通って、あるいは、ベーン２の上部および下部横シール２ｆ、２ｈの上下の各内周端縁部２ｋ、２ｍおよびセグメント１ｂの縦シール１ｄの上下の各内周端縁部１ｈ、１ｊを通って、高圧側となる作動油室から隣接する低圧側となる作動油室に漏洩するのを防ぐとともに、大気に通ずるローター軸部２ａ、２ｂへ漏出するのを防いでいる。

ローター２の回転軸心に対して対極の位置にある作動油室５ａ、５ｃ同士、および作動油室５ｂ、５ｄ同士はそれぞれ連通しており、例えば作動油室５ａに油圧ポンプから圧油が供給されると、対極の位置にある作動油室５ｃにも同時に圧油が供給され、一方、残りの作動油室５ｂ、５ｄからは同時に油が排出されて油圧ポンプ側に戻される。これにより、圧油によるローター２の回転が成立する。

上記の各シールの断面形状については、ローター２のベーン２ｄの上部横シール２ｆ、下部横シール２ｈ、縦シール２ｊ、およびハウジング１のセグメント１ｂの縦シール１ｄは図１１に示すようなものであり、ハウジング１の下部リングシール１ｆおよびトップカバー３の上部リングシール３ｂは図１２に示すようなものである。いずれも、接触摺動する相手面との間のシーリング効果を高めるために、各シール１ｄ、２ｆ、２ｈ、２ｊ、１ｆ、３ｂのそれぞれの背面２ｎ、２ｏ、２ｐ、１ｋ、１ｍ、３ｅに、高圧側となる作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）から圧油を導いて、この油圧によりシール面を相手面に押し付けるようにしている。そして、これら各シール１ｄ、２ｆ、２ｈ、２ｊ、１ｆ、３ｂの背面２ｎ、２ｏ、２ｐ、１ｋ、１ｍ、３ｅに導いた圧油が各スリット１ｃ、２ｅ、２ｇ、２ｉ、１ｅ、３ａの側面を通って低圧側に漏洩しないようにするために、各シール１ｄ、２ｆ、２ｈ、２ｊ、１ｆ、３ｂのそれぞれの背面２ｎ、２ｏ、２ｐ、１ｋ、１ｍ、３ｅの側に、スカート部２ｑ、２ｒ、２ｓ、１ｎ、１ｏ、３ｆを有している。

高圧側となる作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）から圧油を各シール１ｄ、２ｆ、２ｈ、２ｊ、１ｆ、３ｂの背面２ｎ、２ｏ、２ｐ、１ｋ、１ｍ、３ｅに導く手段として、各ベーン２ｄの縦シール２ｊ、および上部および下部横シール２ｆ、２ｈに対しては、図８に示すように、各ベーン２ｄを貫通する各油室連通孔２ｔにそれぞれ圧力バルブ６を装着し、いずれか高圧側となった作動油室の圧油が圧力バルブ６を通って各ベーン２ｄの各縦シール２ｊの背面２ｐに通じ、そして、縦シール２ｊの背面２ｐの両スカート部２ｓの間の空間が上部および下部横シール２ｆ、２ｈの各背面２ｎ、２ｏの各両スカート部２ｑ、２ｒの間の空間と連通していることにより、上記圧油が縦シール２ｊの背面２ｐを通って、上部および下部横シール２ｆ、２ｈの各背面２ｎ、２ｏにも作用する。

また、各セグメント１ｂの縦シール１ｄに対しては、ベーン２ｄと同様に、図８に示すように、各セグメント１ｂを貫通する各油室連通孔２ｔにそれぞれ圧力バルブ６を装着し、いずれか高圧側となった作動油室の圧油が圧力バルブ６を通って各セグメント１ｂの縦シール１ｄの背面１ｋに導かれている。

また、上部および下部リングシール３ｂ、１ｆに対しては、図８に示すように、セグメント１ｂの縦シール１ｄの背面１ｋの上端部から上部リングシール３ｂの背面３ｅ（図１２参照）に通じる油路３ｇがトップカバー３に穿孔されている。また、上記縦シール１ｄの背面１ｋの下端部から下部リングシール１ｆの背面１ｍ（図１２参照）に通じる油路１ｐがハウジング１の底部に穿孔されている。これによって、高圧側となる作動油室５ａ〜５ｄからの圧油を上部および下部リングシール３ｂ、１ｆの各背面３ｅ、１ｍに作用させている。

なお、弾性材料に許容される製造公差として、例えば外径６８０ｍｍの上部および下部リングシール３ｂ、１ｆでは、直径で約３ｍｍの公差が設けられているが、従来の上部および下部リングシール３ｂ、１ｆにおいては、これを負側の公差、すなわち６８０^０ _−３ｍｍとしている。これは、もしも正側の公差、すなわち、６８０^＋３ _０ｍｍとすると、上部および下部リングシール３ｄ、１ｆをそれぞれ上部および下部リングスリット３ａ、１ｅ内に装着するとき、外周面が圧縮されて波状となり、作動による温度上昇でこれが更に増大されることになり、シーリング性能の低下をもたらすと考えられていたからである。

上部および下部リングシール３ｂ、１ｆの直径の製造公差が６８０^０ _−３ｍｍの場合、上部および下部リングシール３ｄ、１ｆをそれぞれ上部および下部リングスリット３ａ、１ｅ内に装着するとき、上部および下部リングシール３ｂ、１ｆは、周方向に３×πｍｍ（＝約９ｍｍ）引き伸ばされることになり、これによる断面収縮により、上部および下部リングシール３ｂ、１ｆのそれぞれ外周側の側面と上部および下部リングスリット３ａ、１ｅのそれぞれ外周側の側面との間に僅かな間隙が生じることになり、従って、作動の初期状態においては、シーリング性能がその分低下するが、作動による温度上昇で上記間隙は消失すると考えられていた。

尚、上記のような主な構成を有するロータリーベーン式舵取機としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。
特開２００６−２１４４９６

上記した従来の構成においては、下部リングシール１ｆが損傷あるいは摩損したことにより新しいものに取り替える場合、舵軸７を何らかの手段により支持した後、トップカバー３をハウジング１から取り外し、ローター２の内部貫通孔２ｃと舵軸７の軸頭７ａとの間の極めて強固な緊合を弛緩せしめ、ローター２を、下部軸部２ａが舵軸７の頂部に達するまで吊り上げ、しかる後に、損傷あるいは摩損した下部リングシール１ｆをハウジング１の底面の下部リングスリット１ｅから取り外して、舵軸７の頂部を越えてハウジング１の上方外部へ搬出する。

次に、新しい下部リングシール１ｆを、ハウジング１の上方外部から舵軸７の頂部を越えてハウジング１内へ搬入し、下部リングスリット１ｅ内に装着する。そして、ローター２を元の位置に吊り下げ、再び、ローター２の内部貫通孔２ｃと舵軸７の軸頭７ａとの間を極めて強固に緊合し、その後、トップカバー３をハウジング１に取り付けなければならなかった。

かかる作業は多大の労力と時間を必要とする問題があるばかりでなく、洋上では、舵軸７を支持して、ローター２と舵軸７の軸頭７ａとの緊合を弛緩させることが困難であるため、下部リングシール１ｆの取替え作業を行うことができず、この作業のために船を乾ドックに入渠させねばならないという大きな問題があった。このように、下部リングシール１ｆの交換がロータリーベーン式舵取機のメンテナンスにおける最大の問題であった。

さらに、上記した下部リングシール１ｆの従来の製造公差、すなわち、例えば外径６８０ｍｍの下部リングシール１ｆで負側に３ｍｍの公差の場合、下部リングシール１ｆを下部リングスリット１ｅに装着するとき、下部リングシール１ｆは周方向に約９ｍｍ引き伸ばされることになるので、この状態で、もしも何らかの原因により下部リングシール１ｆが折損すれば、折損部が拡開して、この折損部において作動油が漏洩して、舵取機の作動が急激に不能に陥ってしまうという問題もあった。

本発明は、上記した課題を解決するものであり、下部リングシールが従来と同じ性能を発揮し、洋上であっても下部リングシールの取替えが可能であり、かつ、万一下部リングシールが折損しても舵取機の作動が急激に不能に陥ることがないようなロータリーベーン式舵取機のシール構造および下部リングシールの取り替え方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、舵軸に嵌合装着するローターと、ローターを収納してローターの周囲に油室用空間を形成するハウジングと、ハウジングの上部開口に配置する環状のトップカバーとを有し、
ローターの外周面の周方向に沿った等間隔の位置に複数のベーンを配置し、
ハウジングの内周面の周方向に沿った等間隔の位置に複数のセグメントを配置し、
ベーンとセグメントとによって上記油室用空間を複数の作動油室に区画し、
ローターの各ベーンに、トップカバーの裏面およびハウジングの内周面と内底面とにそれぞれ対向するように、その上下両端面と半径方向先端面とにそれぞれ上部および下部横スリットと縦スリットを形成し、
縦スリットに、ハウジングの内周面に摺接する縦シールを挿入し、
上部横スリットに、トップカバーの裏面に摺接する上部横シールを挿入し、
下部横スリットに、ハウジングの内底面に摺接する下部横シールを挿入し、
セグメントに、ローターの外周面に対向するように縦スリットを形成し、
縦スリットに、ローターの外周面に摺接する縦シールを挿入し、
ローターの上部端面の半径方向端部に対向するトップカバー裏面の部位に形成した上部リングスリット内に上部リングシールを挿入し、
上部リングシールのリングシール面がローターの上部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面の外周縁部がベーンの上部横シールおよびセグメントの縦シールのそれぞれ内周側上端縁に接触し、
ローターの下部端面の半径方向端部に対向するハウジング底面の部位に形成した下部リングスリット内に下部リングシールを挿入し、
下部リングシールのリングシール面がローターの下部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面の外周縁部がベーンの下部横シールおよびセグメントの縦シールのそれぞれ内周側下端縁に接触し、
上記各シールを弾性材料で形成し、
上記各シールの背面に圧油をかけるようにしたロータリーベーン式舵取機におけるシール構造であって、
下部リングシールは、リングシール面の一箇所において、直截した切断面を有し、
切断面は、舵軸の軸心を中心とする半径に対して、下部リングシールの周方向に所定角度傾斜しており、
下部リングシールの外径公差は、下部リングシールの外径が下部リングスリットの外周面の直径よりも少なくとも所定量だけ大きいものとし、
下部リングシールの背面および内周側の側面に作動油室の油圧をかけるようにしたものである。

これによると、下部リングシールが損傷あるいは摩損して、新しい下部リングシールに交換するに際して、トップカバーを取り外し、舵軸の軸頭にローターを緊合したままで、舵軸に対して通常設けられている上下方向の可動行程（通常３０〜５０ｍｍ）の範囲内で舵軸と一体にロータを吊り上げ、下部リングシールの横断面高さが通常約２０ｍｍであることに鑑み、舵軸の吊り上げにより生じたローターの下部端面とハウジングの底面との間の間隙を通して、損傷あるいは摩損した下部リングシールを下部リングスリットから抜き上げることができるから、下部リングシールの切断部を拡開せしめて、作動油室の空間を通して下部リングシールをハウジングの上端開口から上方外部に取り出すことができる。

次に、逆の順序で、新しい下部リングシールを下部リングスリットに装着することができる。すなわち、新しい下部リングシールの切断部を拡開して、作動油室の空間を通して新しい下部リングシールを下部リングスリットに装着できる。かかる作業は、船を乾ドックに入渠させなくても、洋上で行うことができる。

而して、かかる下部リングシールの作動においては、下部リングシールの外径が下部リングスリットの外周面の直径よりも所定量だけ大きい公差が設けられていること、すなわち、例えば外径が６８０ｍｍの下部リングシールの場合、製造公差が６８０^＋２．０ _０ｍｍにされていることにより、下部リングシールを下部リングスリットに装着した初期状態において、下部リングシールの外周面と下部リングスリットの外周面との間の緊合、また、下部リングシールの切断面の緊合が確保される。また、作動油室に圧力が発生したときは、この圧油は、下部リングシールの背面と内周側の側面とに導入されるから、下部リングシールのリングシール面とローターの下部端面との間のシーリング性を高めるのみならず、下部リングシールの外周面を下部リングスリットの外周面に押し付けている面圧を増強する。

さらには、下部リングシールの切断部において、切断面は舵軸の軸心を中心とする半径に対して下部リングシールの周方向に所定角度傾斜しているため、下部リングシールの内周側の側面に作用する圧油は、下部リングシールの外周側に向く一方の切断面を内周側に向く他方の切断面に押し付けるように作用して、両切断面同士の緊合を増強する。

さらに、上述したように、従来において、上記油圧は、下部リングシールの背面のみに作用していたことにより、下部リングシールの外周面を下部リングスリットの外周面に押し付けるようには作用せず、従って、この面における油密性が増強することはなかった。これに対して、本発明では、上記油密性を増強できる。

また、下部リングシールが何らかの原因により折損した場合、上述したように、従来では、折損部が拡開することにより、折損部からの作動油の漏洩により舵取機が急激に作動不能に陥る虞れがあった。これに対して、本発明では、下部リングシールが万一折損した場合でも、下部リングシールは常に圧縮された状態で下部リングスリット内に装着されているので、万一下部リングシールが折損しても、折損部を拡開させることがなく、さらに、下部リングシールの内周面に作用する圧油が下部リングシールを外周方向に下部リングスリットの外周面へ押し付けるため、下部リングシールの折損部の緊合性が保たれるとともに、下部リングシールの外周面を下部リングスリットの外周側面に押し付けることが保たれ、舵取機が急激に作動不能に陥ることがない。

かくて、下部リングシールの外周面と下部リングスリットの外周面との間を通っての圧油の漏洩、下部リングシールの切断面を通っての圧油の漏洩、下部リングシールの外周縁部とベーンの下部横シールの内周側下端縁との間を通っての圧油の漏洩、下部リングシールの外周縁部とセグメントの縦シールの内周側下端縁との間を通っての圧油の漏洩、および、下部リングシールのリングシール面を通っての圧油の漏出は全て防止される。かつ、万一下部リングシールが折損しても、上記の圧油の漏洩および漏出は全て防がれ、舵取機が急激に作動不能に陥ることがない。

本第２発明は、所定角度は約４５°であるものである。
本第３発明は、上記第１発明又は第２発明に記載のロータリーベーン式舵取機のシール構造における下部リングシールの取り替え方法であって、
トップカバーをハウジングから取り外し、
舵軸の軸頭にローターを嵌合装着したままで、舵軸の上下方向の可動行程範囲内で舵軸と一体にローターを吊り上げ、
これにより生じたローターの下部端面とハウジングの内底面との間の間隙および作動油室の空間を通じて、下部リングシールをハウジングの上方外部に取り出し、
その後、切断面を拡開せしめた新しい下部リングシールを下部リングスリットの上方に位置せしめ、
切断面同士を当接させた状態で下部リングシールを下部リングスリット内に装着し、
舵軸と一体にローターを元の位置に下ろし、
トップカバーをハウジングに取り付けるものである。

本第４発明は、切断面を拡開せしめた新しい下部リングシールを下部リングスリットの上方に位置せしめ、
下部リングシールの切断面同士を接着剤で接着し、
下部リングシールを下部リングスリット内に装着するものである。

以上のように、本発明によると、従来ロータリーベーン式舵取機のメンテナンスにおいて最大の問題とされていた、下部リングシールの取替え作業の問題を解決することができる。すなわち、損傷あるいは摩損した下部リングシールを新しい下部リングシールに取り替えるに際し、舵軸の軸頭とローターとの強固な緊合を外す必要はなく、舵軸を、舵軸に通常設けられている上下方向の可動行程量（通常３０〜５０ｍｍ）だけ吊り上げることにより、下部リングシールの取替え作業を行うことができる。これにより、下部リングシールの取替え作業の労力と時間を大幅に低減することができる。この作業は洋上で行うことができるため、従来避けられなかった、取替え作業のために船を乾ドックに入渠させる必要性による大きな損失をなくすることができ、かつ、かかる利便性が生まれるにもかかわらず、下部リングシールとしての性能は従来以上のものを確保できる。さらに、万一下部リングシールが折損しても、従来と違って、舵取機が急激に作動不能に陥ることがない。

以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
なお、先に図８〜図１２において説明した従来のものと基本的に同様の作用を行う部材については、同一番号を付して説明を省略する。

図１〜図４に示すように、ハウジング１の、ローター２の下部端面の半径方向端部に対向する部位に形成した下部リングスリット１ｅ内に、環状の下部リングシール１１を保持する。尚、下部リングスリット１ｅの設計外径寸法が例えば６８０ｍｍである場合、下部リングスリット１ｅの製造外径公差を６８０^０ _−０．１ｍｍとしている。

図１〜図４は、下部リングシール１１とハウジンク１のセグメント１ｂの縦シール１ｄとが当接する部位のみを拡大して示したものであり、リングシール面１１ａがローター２の下部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面１１ａの外周縁部１１ｂがゼグメント１ｂの縦シール１ｄの内周側下端縁１ｊ（図１〜図２参照）とにそれぞれ接触している。

下部リングシール１１の横断面形状については、リングシール面１１ａの背面１１ｃの外周側に環状の外周リングスカート１１ｄを、また、内周側に環状の内周リングスカート１１ｅを突設する。自由状態においては、外周および内周リングスカート１１ｄ、１１ｅの先端部は、それぞれ外周方向および内周方向に僅かに突出し、かつ、リングシール面１１ａと外周および内周リングスカート１１ｄ、１１ｅのそれぞれ底面との間の寸法は、下部リングスリット１ｅの深さよりも僅かに長いものになっている。

図４に示すように、下部リングシール１１は、リングシール面１１ａの一箇所において、直截した一対の切断面１１ｆ，１１ｇを有する。これら両切断面１１ｆ，１１ｇは、舵軸７の軸心７ｂを中心とする半径Ｒに対して、下部リングシール１１の周方向に４５°（所定角度θの一例）傾斜している。尚、所定角度θは４５°に限定されるものではなく、約４５°または４５°以外の角度であってもよい。

下部リングシール１１の製造される外径公差は、下部リングシール１１の外径が下部リングスリット１ｅの外周面の直径よりも少なくとも所定量だけ大きいものになっている。すなわち、下部リングシール１１の設計外径寸法が例えば６８０ｍｍである場合、下部リングシール１１の製造外径公差を６８０^＋２．０ _０ｍｍとする。尚、この場合、上記公差０〜＋２．０ｍｍが請求項１における所定量に該当する。ここでは、所定量の一例として公差０〜＋２．０ｍｍに設定しているが、この数値に限定されるものではない。

ハウジング１の内底面に、ハウジンク１のセグメント１ｂの縦シール１ｄの背面１ｋと下部リングスリット１ｅの底面の幅方向ほぼ中央部とを連通する油孔１２を穿孔し、さらに、下部リングスリット１ｅの底面に油孔１２の開口部と連通する半径方向の横溝１３を設け、また、下部リングスリット１ｅの内周側の側面に、横溝１３に連通して底部から頂部まで貫通する縦溝１４を設ける。横溝１３および縦溝１４は、全周にわたって所定数だけ設ける。下部リングスリット１ｅの内周側の側面の上部に各縦溝１４を円周方向に連通するように環状溝１５を設ける。なお、縦溝１４の頂部がハウジング１の内底面とローター２の下部端面との間に存在する微小な環状の間隙に通じるが、この間隙に入った圧油は、ローター２の下部軸部２ａの下端部に設けたグランドシール８（一例として図８に示したＯリング）によって外部への漏出が避けられる。

なお、図示は省略するが、下部リングシール１１のリングシール面１１ａの外周縁部１１ｂは、ローター２のベーン２ｄの下部横シール２ｈの内周側下端縁２ｍ（図８参照）とも接触している。

以下、上記した構成における作用を説明する。
下部リングシール１１をハウジング１の内底面の下部リングスリット１ｅ内に装着した初期状態においては、下部リングシール１１の上記した製造公差により、下部リングシール１１の外周側の側面は、下部リングスリット１ｅの外周側の側面に対して、面圧なく当接するか、あるいは、下部リングシール１１が周方向に若干圧縮変形することによる反発力に相当する面圧をもって当接する。このとき、下部リングシール１１の外周および内周リングスカート１１ｄ、１１ｅは、外周リングスカート１１ｄは内周方向に、また、内周リングスカート１１ｅは外周方向にそれぞれ僅かに圧縮変形して、その反発力により、外周リングスカート１１ｄの外周下端部を下部リングスリット１ｅの外周側面に、また、内周リングスカート１１ｅの内周下端部を下部リングスリット１ｅの内周側面に押し付けて油密性を与えるとともに、上下方向に僅かに圧縮変形して、その反発力により、リングシール面１１ａをローター２の下部端面に押し付ける。

また、下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇ同士も、下部リングシール１１の上記した製造公差のゆえに、面圧なく当接するか、あるいは、下部リングシール１１の周方向圧縮変形による反発力に相当する面圧をもって当接する。

従って、下部リングシール１１の背面１１ｃに油圧がかからない状態、すなわち、作動油室５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに油圧が発生していない状態においても、リングシール面１１ａ、リングシール面１１ａの外周縁部１１ｂがセグメント１ｂの縦シール１ｄの内周側下端縁１ｊ（図１〜図２参照）と接触する部位、および、リングシール面１１ａの外周縁部１１ｂがベーン２ｄの下部横シール２ｈの内周側下端縁２ｍ（図８参照）と接触する部位におけるシーリング性が確保される。また、下部リングシール１１の切断面１１ｆ，１１ｇにおける密着性が確保される。

作動油室５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに油圧が発生した状態においては、この圧油は、セグメント１ｂの縦シール１ｄの背面１ｋから、油孔１２を通って、下部リングシール１１の背面１１ｃの外周および内周リングスカート１１ｄ、１１ｅの間に入り、リングシール面１１ａをローター２の下部端面に押し付けて、その間のシーリング性を高めるとともに、外周リングスカート１１ｄを下部リングスリット１ｅの外周面に押し付けて、外周および内周リングスカート１１ｄ、１１ｅの間に導入された圧油が下部リングシール１１の外周面との間を通って低圧側に漏洩するのを防ぐ。

この圧油はさらに、下部リングスリット１ｅの底面に全周にわたって所定数穿った横溝１３を通って、下部リングスリット１ｅの内周側の側面に全周にわたって所定数穿った縦溝１４に入り、さらに、下部リングスリット１ｅの内周側側面の上部に設けた、各縦溝１４を円周方向に連通する環状溝１５に入り、下部リングシール１１の内周側の側面の全周を外周方向に押すように作用する。この場合、各縦溝１４および環状溝１５に作用する油圧による、下部リングシール１１を外周方向（すなわち半径Ｒ方向の外周側）に押す力イは、高圧側となった作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）の油圧が、下部リングスリット１ｅの頂面から突き出ている下部リングシール１１の外側面（すなわち、図３において突出量Ｂ＝０．２〜０．６ｍｍ）を内周方向（すなわち半径Ｒ方向の内周側）へ押す力ロよりも遥かに大きいことから、下部リングシール１１の外周面が下部リングスリット１ｅの外周面から離れることはない。

また、低圧側となった作動油室（５ｂ、５ｄあるいは５ａ、５ｃ）に対向する下部リングシール１１の部位においては、各縦溝１４および環状溝１５に作用する油圧による、下部リングシール１１を外周方向に押す力イは、そのまま下部リングシール１１の外周面を下部リングスリット１ｅの外周面に押し付ける力として作用する。これにより、下部リングシール１１の外周面が下部リングスリット１ｅの外周面に全周にわたって押し付けられて、高圧側となる作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）の圧油が下部リングシール１１の外周側面を通って低圧側に漏洩することは防止される。

上記の下部リングシール１１の内周側面に作用する油圧は、下部リングシール１１の切断面１１ｆ，１１ｇの部位において、両切断面１１ｆ，１１ｇを密着させるように作用する。すなわち、図４（ａ）に示すように、下部リングシール１１の切断面１１ｆ，１１ｇの部位においても、上述したように、下部リングシール１１の内周側の側面には下部リングスリットｌｅの縦溝１４および環状溝１５の圧油により、下部リングシール１１の内周側の側面を外周方向に押す力イが働く。

これに対して、下部リングシール１１の外周側の、下部リングスリットｌｅの頂面から突き出た外周側面（すなわち、図３においてＢ＝０．２〜０．６ｍｍ）には、切断面１１ｆ，１１ｇの部位に対向する作動油室（５ａ、５ｂ、５ｃあるいは５ｄ）が高圧側となった場合は、作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）の油圧により、下部リングシール１１の外周側の側面を内周方向に押す力ロが働くが、前者による力イは後者による力ロよりも遥かに大きい。

また、下部リングシール１１の切断面１１ｆ，１１ｇの部位に対向する作動油室（５ａ、５ｂ、５ｃあるいは５ｄ）が低圧側となった場合は、上記の前者による力イと後者による力ロとの差はさらに拡大する。而して、この前者と後者との差力は、切断面１１ｆ，１１ｇがどの作動油室（５ａ、５ｂ、５ｃあるいは５ｄ）に対向していようとも、内周側の側面から外周側に向かって押す力として作用する。

そして、切断面１１ｆ，１１ｇは舵軸７の軸心７ｂを中心とする半径Ｒに対して下部リングシール１１の周方向に４５°（＝θ）傾斜しているため、下部リングシール１１の内周側の側面に作用する圧油は、下部リングシール１１の外周側に向く一方の切断面１１ｆを内周側に向く他方の切断面１１ｇに押し付けるように作用して、両切断面１１ｆ，１１ｇ同士の緊合を増強する。これにより、両切断面１１ｆ，１１ｇの密着性が増強されて、下部リングシール１１の内周側面に作用する高圧油が両切断面１１ｆ，１１ｇ間の隙間を通って低圧側となる作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）に漏洩することは防止される。

尚、参考までに、以下（１）（２）において切断面１１ｆ，１１ｇに作用する力についての詳細な説明を記載する。
（１）図５に示すように、切断面１１ｆ，１１ｇが対向する作動油室（例えば５ｄ）が高圧側となった場合、切断面１１ｆ，１１ｇに作用する力は以下のようになる。
・リングシール１１の内周側からの力イ（＝Ｐｈ×Ａｉ）により、切断面１１ｆ，１１ｇに直角に作用する力Ｆｉは、Ｆｉ＝Ｐｈ×Ａｉ×ｓｉｎθとなる。
・高圧側の作動油室５ａからの力ロ（＝Ｐｈ×Ａｃ）により、切断面１１ｆ，１１ｇに直角に作用する力Ｆｃは、Ｆｃ＝Ｐｈ×Ａｃ×ｓｉｎθとなる。

ここで、上記Ｐｈは高圧側の作動油室内の圧力、Ａｉはリングシール１１の内周面の面積、Ａｃはリングシール１１の外側面の突出した部分Ｂの面積である。尚、面積Ａｉは面積Ａｃよりも遥かに大きい（Ａｉ＞Ａｃ）。また、θは、舵軸７の軸心７ｂを中心とする半径Ｒに対する、下部リングシール１１の周方向への切断面１１ｆ，１１ｇの傾斜角度である。この傾斜角度θは一例として４５°に設定されている。
・リングシール１１のリングスリットｌｅの外周側面からの反力により、切断面１１ｆ，１１ｇに直角に作用する力Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｆｉ−Ｆｃとなる。

ここで、上記のように面積Ａｉは面積Ａｃよりも遥かに大きいため、上記力Ｆｃは力Ｆｉに比べて無視できるほど小さな値となり、Ｆｒ≒Ｆｉとみなすことができる。これにより、切断面１１ｆ，１１ｇは、Ｆｒ（≒Ｆｉ）の力で互いに押し合い、密着する。
（２）図６に示すように、切断面１１ｆ，１１ｇが対向する作動油室５ｄが低圧側となった場合、切断面１１ｆ，１１ｇに作用する力は以下のようになる。
・リングシール１１の内周側からの力イ（＝Ｐｈ×Ａｉ）により、切断面１１ｆ，１１ｇに直角に作用する力Ｆｉは、Ｆｉ＝Ｐｈ×Ａｉ×ｓｉｎθとなる。
・低圧側の作動油室５ａからの力ロ（＝Ｐｌ×Ａｃ）により、切断面１１ｆ，１１ｇに直角に作用する力Ｆｃは、Ｆｃ＝Ｐｌ×Ａｃ×ｓｉｎθとなる。

ここで、上記Ｐｌは低圧側の作動油室内の圧力である。
・リングシール１１のリングスリットｌｅの外周側面からの反力により、切断面１１ｆ，１１ｇに直角に作用する力Ｆｒは、Ｆｒ＝Ｆｉ−Ｆｃとなる。

ここで、上記のように面積Ａｉは面積Ａｃよりも遥かに大きく、さらに、圧力Ｐｌは圧力Ｐｈよりも低圧であるため、上記力Ｆｃは力Ｆｉに比べて無視できるほど小さな値となり、Ｆｒ≒Ｆｉとみなすことができる。これにより、切断面１１ｆ，１１ｇは、Ｆｒ（≒Ｆｉ）の力で互いに押し合い、密着する。（このときは、リングスリットｌｅの外周側面からの反力は、上記（１）の場合よりも大きくなっている。）
すなわち、切断面１１ｆ，１１ｇは、切断面１１ｆ，１１ｇが対向する作動油室（例えば５ｄ）が高圧側となったときでも低圧側となったときでも、同じく十分な押し付け力でもって密着する。

尚、上記（１）（２）の説明で示した式および内容は単純化したモデルに対応するものであり、実際には、リングシール１１はゴム等の弾性材料でできているため、複雑な式になる。また、上記（１）（２）では、切断面１１ｆ，１１ｇが作動油室５ｄに対向している場合について説明したが、切断面１１ｆ，１１ｇがその他の作動油室５ａ〜５ｃに対向している場合についても同様である。

尚、下部リングシール１１は、外径が正側の製造公差をもつことにより、下部リングスリット１ｅ内に装着するとき、圧縮変形を受けており、そして、舵取機が作動に入って温度が上昇すると、熱膨張による周方向の伸びにより、さらに圧縮変形を受ける。例えば、下部リングシール１１の外径が６８０ｍｍであって、製造公差が６８０^＋２．０ _０ｍｍであり、５０℃の温度上昇を伴う作動による約１％の線膨張があるとすれば、下部リングシール１１の周方向の圧縮量は、公差による圧縮が約６ｍｍ、温度上昇による圧縮が約２１ｍｍ、計約２７ｍｍの圧縮を受けることになる。この圧縮量は、下部リングシール１１の外周長さ約２１００ｍｍに対して約１．２％であり、下部リングシール１１が下部リングスリット１ｅ内で十分圧縮変形できる程度のものである。この圧縮による反発力は、下部リングシール１１の外周側面と下部リングスリット１ｅの外周側面との間の密着性、すなわちシーリング性を増強するように作用する。他方、下部リングシール１１の下部リングスリット１ｅ内での、上記圧縮による変形は、下部リングシール１１の外周側面を下部リングスリット１ｅの外周側面に対して波状に接触させ、局部的にシーリング性を低下させる可能性があるが、本発明の実施の形態においては、下部リングシール１１の内周側面に、縦溝１４および環状溝１５により、全周にわたって高圧の作動油が作用し、下部リングシール１１の外周側面を下部リングスリット１ｅの外周側面に押し付けるので、上述した波状の変形を生じることはなく、高いシーリング性を確保できる。

下部リングシール１１が損傷あるいは摩損して新しいものに取り替える場合、トップカバー３を取り外し、図７に示すように、舵軸７の軸頭７ａ（図示省略）にローター２を緊合したままで、舵軸７に通常設けられている上下方向の可動行程の範囲（３０〜５０ｍｍ）内で舵軸７と一体にローター２を吊り上げ、これにより生じたローター２の下部端面とハウジング１の内底面との間の間隙Ｓを通して下部リングシール１１を下部リングスリット１ｅから抜き上げ、下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇを拡開せしめ、作動油室５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの空間を通して下部リングシール１１をハウジング１の上部開口から上方外部に取り出すことができる。

そして、新しい下部リングシール１１は、上記と逆の手順で、下部リングスリット１ｅに装着できる。すなわち、新しい下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇを拡開せしめ、作動油室５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの空間、および、ローター２の下部端面とハウジング１の内底面との間の間隙Ｓを通して、新しい下部リングシール１１を下部リングスリット１ｅに装着し、しかる後に、舵軸７すなわちローター２を元の位置に吊り下げ、トップカバー３を取り付けて作業を完了する。

かかる作業は、洋上で行うことができる。そのため、下部リングシールの取替えに際して従来避けられなかったところの、舵軸とローターとを分離し、舵軸を支承して下部リングシールの取替え作業を可能にするために船を乾ドックに入渠させねばならないという必要性はなくなる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
下部リングシール１１が損傷あるいは摩損して新しいものに取り替える場合、トップカバー３を取り外し、図７に示すように、舵軸７の軸頭７ａ（図示省略）にローター２を緊合したままで、舵軸７に通常設けられている上下方向の可動行程の範囲（３０〜５０ｍｍ）内で舵軸７と一体にローター２を吊り上げ、先述した第１の実施の形態と同様にして、損傷又は摩損した下部リングシール１１をハウジング１の上方外部に取り出す。

その後、先述した第１の実施の形態と同様にして、ローター２の下部端面とハウジング１の内底面との間の間隙Ｓを通して新しい下部リングシール１１を下部リングスリットｌｅ内に装着する。この際、上記間隙Ｓおよび作動油室５ａ〜５ｄの空間において接着作業が可能である場合は、下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇを接着剤で接着することもできる。

すなわち、新しい下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇを拡開せしめ、作動油室５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの空間、および、ローター２の下部端面とハウジング１の内底面との間の間隙Ｓを通して新しい下部リングシール１１を下部リングスリットｌｅの上方に位置せしめ、下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇ同士を接着剤で接着し、しかる後に、新しい下部リングシール１１を下部リングスリットｌｅ内に装着する。

かかる作業は、同じく、洋上で行うことができるため、下部リングシールの取替えに際して従来避けられなかったところの、舵軸とローターとを分離し、舵軸を支承して下部リングシールを取替えるという作業を可能にするために船を乾ドックに入渠させねばならないという必要性はなくなる。

もしも切断面が、本実施の形態におけるような、舵軸７の軸心７ｂを中心とする半径Ｒに対して下部リングシール１１の周方向に４５°傾斜した切断面１１ｆ，１１ｇ（図４参照）ではなく、舵軸７の軸心７ｂを中心とする半径Ｒの方向の切断面であるとすれば、作動中にもしも接着剤が剥離した場合、下部リングシール１１に作用する上述の作動油圧は両切断面１１ｆ，１１ｇの拡開を妨げるようには作用せず、従って、両切断面１１ｆ，１１ｇの拡開による作動油の漏洩を生じてしまう。

これに対して、本実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、両切断面１１ｆ，１１ｇが舵軸７の軸心７ｂを中心とする半径Ｒに対して下部リングシール１１の周方向に４５°（＝θ）傾斜しているため、両切断面１１ｆ，１１ｇ同士を接着剤で接着した構成においても、前述したように、一方の切断面１１ｆが他方の切断面１１ｇに常に押し付けられるように力が作用しているため、仮に接着剤が剥離しても、両切断面１１ｆ，１１ｇ同士の密着性は確保される。これにより、下部リングシール１１の内周側面に作用する高圧油が両切断面１１ｆ，１１ｇ間の隙間を通って低圧側となる作動油室（５ａ、５ｃあるいは５ｂ、５ｄ）に漏洩することは防止される。

上記した以外の作用と効果は、先に説明した、第１の実施の形態のものと同じである。
また、上記第２の実施の形態では、下部リングシール１１の両切断面１１ｆ，１１ｇ同士を接着剤で接着しているが、上記間隙Ｓおよび作動油室５ａ〜５ｄの空間が狭くて接着作業が十分に行えない場合には、上記両切断面１１ｆ，１１ｇ同士を接着しなくてもよい。

尚、上記各実施の形態において記載した下部リングシール１１の外径や公差、切断面１１ｆ，１１ｇの傾斜角度θなどの具体的な数値は一例であって、各数値に限定されるものではない。

本発明の実施の形態におけるロータリーベーン式舵取機のシール構造の全体構成を示す図で、図２におけるａ−ａ矢視断面図である。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造の全体構成を示す図で、図１におけるｂ−ｂ矢視断面図である。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造の下部リングシールを示す図で、図１におけるｃ−ｃ矢視断面図である。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造の下部リングシールの切断部分の平面図であり、（ａ）は下部リングシールを装着した状態、（ｂ）は下部リングシールの切断面同士を拡開した状態を示す。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造の下部リングシールの切断面に作用する力を説明する図であり、切断面が対向する作動油室が高圧側となった場合を示す。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造の下部リングシールの切断面に作用する力を説明する図であり、切断面が対向する作動油室が低圧側となった場合を示す。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造において、下部リングシールの交換時の、図２の状態からの全体構成の変移を示す図であり、可動行程の範囲内で舵軸と一体にローターを吊り上げた状態を示す。 従来のロータリーベーン式舵取機を示す全体縦断面図であり、図１０におけるｄ−ｄ矢視縦断面である。 同、ロータリーベーン式舵取機を示す一部切欠斜視図である。 同、ロータリーベーン式舵取機の全体水平断面図である。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造に用いられるロータリーベーン用の横シールと縦シール、および、ハウジングセグメント用の縦シールの横断面図である。 同、ロータリーベーン式舵取機のシール構造に用いられる上部および下部リングシールの横断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ｂ セグメント
１ｃ 縦スリット
１ｄ 縦シール
１ｅ 下部リングスリット
１ｈ 縦シールの内周側上端縁
１ｊ 縦シールの内周側下端縁
１ｋ 縦シールの背面
２ ローター
２ｄ ベーン
２ｅ 上部横スリット
２ｆ 上部横シール
２ｇ 下部横スリット
２ｈ 下部横シール
２ｉ 縦スリット
２ｊ 縦シール
２ｋ 上部横シールの内周側上端縁
２ｍ 下部横シールの内周側下端縁
２ｎ 上部横シールの背面
２ｏ 下部横シールの背面
２ｐ 縦シールの背面
３ トップカバー
３ａ 上部リングスリット
３ｂ 上部リングシール
３ｃ 上部リングシールのリングシール面
３ｄ 上部リングシールの外周縁部
３ｅ 上部リングシールの背面
５ 油室用空間
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 作動油室
７ 舵軸
７ｂ 軸心
１１ 下部リングシール
１１ａ 下部リングシールのリングシール面
１１ｂ 下部リングシールの外周縁部
１１ｃ 下部リングシールの背面
１１ｆ，１１ｇ 下部リングシールの切断面
Ｒ 半径
Ｓ 間隙
θ 所定角度

Claims (4)

1. 舵軸に嵌合装着するローターと、ローターを収納してローターの周囲に油室用空間を形成するハウジングと、ハウジングの上部開口に配置する環状のトップカバーとを有し、
   ローターの外周面の周方向に沿った等間隔の位置に複数のベーンを配置し、
   ハウジングの内周面の周方向に沿った等間隔の位置に複数のセグメントを配置し、
   ベーンとセグメントとによって上記油室用空間を複数の作動油室に区画し、
   ローターの各ベーンに、トップカバーの裏面およびハウジングの内周面と内底面とにそれぞれ対向するように、その上下両端面と半径方向先端面とにそれぞれ上部および下部横スリットと縦スリットを形成し、
   縦スリットに、ハウジングの内周面に摺接する縦シールを挿入し、
   上部横スリットに、トップカバーの裏面に摺接する上部横シールを挿入し、
   下部横スリットに、ハウジングの内底面に摺接する下部横シールを挿入し、
   セグメントに、ローターの外周面に対向するように縦スリットを形成し、
   縦スリットに、ローターの外周面に摺接する縦シールを挿入し、
   ローターの上部端面の半径方向端部に対向するトップカバー裏面の部位に形成した上部リングスリット内に上部リングシールを挿入し、
   上部リングシールのリングシール面がローターの上部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面の外周縁部がベーンの上部横シールおよびセグメントの縦シールのそれぞれ内周側上端縁に接触し、
   ローターの下部端面の半径方向端部に対向するハウジング底面の部位に形成した下部リングスリット内に下部リングシールを挿入し、
   下部リングシールのリングシール面がローターの下部端面の半径方向端部の面と接触するとともに、リングシール面の外周縁部がベーンの下部横シールおよびセグメントの縦シールのそれぞれ内周側下端縁に接触し、
   上記各シールを弾性材料で形成し、
   上記各シールの背面に圧油をかけるようにしたロータリーベーン式舵取機におけるシール構造であって、
   下部リングシールは、リングシール面の一箇所において、直截した切断面を有し、
   切断面は、舵軸の軸心を中心とする半径に対して、下部リングシールの周方向に所定角度傾斜しており、
   下部リングシールの外径公差は、下部リングシールの外径が下部リングスリットの外周面の直径よりも少なくとも所定量だけ大きいものとし、
   下部リングシールの背面および内周側の側面に作動油室の油圧をかけるようにしたことを特徴とするロータリーベーン式舵取機のシール構造。
2. 所定角度は約４５°であることを特徴とする請求項１記載のロータリーベーン式舵取機のシール構造。
3. 上記請求項１又は請求項２に記載のロータリーベーン式舵取機のシール構造における下部リングシールの取り替え方法であって、
   トップカバーをハウジングから取り外し、
   舵軸の軸頭にローターを嵌合装着したままで、舵軸の上下方向の可動行程範囲内で舵軸と一体にローターを吊り上げ、
   これにより生じたローターの下部端面とハウジングの内底面との間の間隙および作動油室の空間を通じて、下部リングシールをハウジングの上方外部に取り出し、
   その後、切断面を拡開せしめた新しい下部リングシールを下部リングスリットの上方に位置せしめ、
   切断面同士を当接させた状態で下部リングシールを下部リングスリット内に装着し、
   舵軸と一体にローターを元の位置に下ろし、
   トップカバーをハウジングに取り付けることを特徴とするロータリーベーン式舵取機のシール構造の下部リングシールの取り替え方法。
4. 切断面を拡開せしめた新しい下部リングシールを下部リングスリットの上方に位置せしめ、
   下部リングシールの切断面同士を接着剤で接着し、
   下部リングシールを下部リングスリット内に装着することを特徴とする請求項３記載のロータリーベーン式舵取機のシール構造の下部リングシールの取り替え方法。

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