JP4079495B2

JP4079495B2 - ロータリーベーン式舵取機のシール方式

Info

Publication number: JP4079495B2
Application number: JP06023198A
Authority: JP
Inventors: 昌一藤井; 嘉昌江口; 孝森本
Original assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Current assignee: Japan Hamworthy and Co Ltd
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: JPH11255197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータリーベーン式舵取機のシール方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
舵取り機として図１１及び図１１のＤ−Ｄ線断面図を示す図１２に示すようなロータリーベーン式舵取機が知られている。
【０００３】
このロータリーベーン式舵取機は、端面がケーシングカバー１Ａ、ケーシング底面１Ｂ（図１２参照）で密閉される円筒状のケーシング２内に円筒状のロータ３を同軸に軸支し、ケーシング２内面とロータ３の外面との空間を、複数の固定セグメント４…４と復数のベーン５…５とにより周方向に区分して複数のオイルチャンバー６…６を形成し、このオイルチャンバー６…６の油圧を制御してロータ３に軸回りの回転トルクを生じさせるようにしたものである。
【０００４】
上記固定セグメント４…４は、前記ケーシング２内面から突出し前記ロータ３外面に接するようにされ、上記ベーン５…５は前記ロータ３外面から突出し前記ケーシング２内面に接するようにされている。
【０００５】
図中、６Ａはオイルチャンバー６のオイルポートを示し、このオイルポート６Ａから圧入又は排出される油によりオイルチャンバー６の油圧が制御される。
また、２Ａはケーシングカバー１Ａとケーシング２との間のシールを行なうオイルリング用の収納溝を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このロータリーベーン式舵取り機は、隣接するオイルチャンバー６、６間の油圧差を利用してトルクを発生させるから、オイルチャンバー６、６を構成する固定部（ケーシングカバー１Ａ、ケーシング２内面、ケーシング底面１Ｂ、固定セグメント４）と可動部（ロータ３、ベーン５）との接触面間のシール及び固定シールと可動シールの接触面間のシールを確実にする必要がある。
【０００７】
従来のロータリーベーン式舵取機のシール方式では、ケーシングカバー１Ａ、ケーシング底面１Ｂ（この端面のシール構造は上下対称とされているだけで実質的なシール構造は同じなため以下ケーシングカバー１Ａ側についてのみ説明する。）とロータ端面３Ａとの間のシールを、図１１および同図のＥ−Ｅ線部分断面図を示す図１３に示すように、ロータ３の外径よりわずかに大きい径のリング状シール材７をケーシングカバー１Ａとロータ端面３Ａ間に圧接介挿することにより行なっていた。
【０００８】
なお、１Ｃは上記ケーシングカバー１Ａに設けた、リング状シール材７の収納溝を示す。
また、固定セグメント４とロータ３間のシールは、図１２に示すように固定セグメント４に沿って配設した縦シール材９でシールすると共に、縦シール材９の端部角部９ＡをＦ部の部分断面図を示す図１４のようにリング状シール材７の外周縁角部７Ａにオーバラップ状に圧着することによりシール材同士の接触部からのオイル漏れを防止していた。
【０００９】
また、ベーン５とケーシングカバー１Ａ内面とのシールは、ベーン５の端面に設けられた横シール材１０で行ない、リング状シール材７との間は、図１２のＧ部の部分断面図を示す図１５のように、横シール材１０の角部１０Ａをリング状シール材７の外周縁角部７Ａにオーバラップ状に圧着することによりシール材同士間のオイル漏れを防止していた。
【００１０】
なお、ベーン５とケーシング２内面との間はベーン用縦シール９Ｂによりシールされている。
図中９Ｃは油室で縦シール材９、９Ｂ背面に形成され、この油室９Ｃには図１１、図１２に示すバランスホール１１より油圧経路１１Ａを通じてオイルチャンバー６から油圧が導かれ、この油圧によって縦シール材９、９Ｂをロータ３外周面またはケーシング２内面に圧接させるものである。
【００１１】
なお、上記バランスホール１１は油圧の高い側のオイルチャンバー６から油圧経路１１Ａへ油圧を導入するための弁で、図１１の分図に断面を示すように、両側のオイルチャンバー６、６に開口する連通孔１１０内に二つの弁座１１１、１１１が設けられ、この弁座に２つのボール弁１１２、１１２が、間にばね１１３を介挿して配設され、このボール弁間の連通孔１１０に油圧経路１１Ａが開通されてなり、油圧の高いチャンバー６側のボール弁１１２がばね１１３の弾撥力に抗して油圧により押し込まれるように構成されており、ここから導入された油圧が油圧経路１１Ａを介し油室９Ｃに流入するようにしたものである。
【００１２】
図１４の７Ｂもリング状シール材７背面に形成された油室を示し、油室９Ｃに導かれた油圧が、ケーシングカバー１Ａに設けた油圧経路１１Ｂを介して導かれ、この油圧によってリング状シール材７をロータ端面３Ａに圧接させるものである。
【００１３】
ところで、上記において、縦シール材９は固定セグメント４に取り付けられているので移動することがないがベーン５の横シール材１０はロータ３と共に回転移動する。
【００１４】
従って、ケーシングカバー１Ａに取り付けられるリング状シール材７はロータ端面３Ａとの接触面と横シール材１０との接触部で周方向の圧着による摩擦力を受けこれがリング状シール材７を回転させようとする力となる。
【００１５】
上記リング状シール材７は円形のリング形状をなすため、上記摩擦力でケーシングカバー１Ａの収納溝１Ｃ内で円周方向に連れ回り移動していると考えられる。
【００１６】
一方、リング状シール材７は固定セグメント４の縦シール材９とも圧着しているので、この縦シール材９との圧着による摩擦力によってリング状シール材７には停止させようとする力が働く。
【００１７】
従って、ロータリーベーン式舵取り機が稼動すると、リング状シール材７は移動させようとする力と停止させようとする力との複雑な力を受け、この力のためにシール材の接触部が偏摩耗したり破損する問題があり、また、この偏摩耗や破損はオイルチャンバー６、６間の油圧漏洩の要因ともなり舵の制御を不安定にさせる問題があった。
【００１８】
さらに、連れ回り移動により摩耗個所や破損個所もリング状シール材７の全周にわたって拡散するなどの問題を生じていた。
そして、リング状シール材７は図１３に示すようにオイルチャンバー６内に露出された状態となっているので、上記複雑な力の影響でオイルチャンバー６内へはみ出し変形することがあり、ロータ３や固定セグメント４の金属部材と接触して破損片が生じるとオイルチャンバー６内に浮遊散乱し、油圧系統に詰まりを生じさせる原因ともなる問題があった。
【００１９】
この発明は上記問題を解消し、ロータリーベーン式舵取機のシール部の損傷を無くし信頼性の高いロータリーベーン式舵取機のシール方式を提供することを目的としてなされたものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明のロータリーベーン式舵取機のシール方式は、ロータリーベーン式舵取機において、ケーシング端面内面とロータ端面との間をシールするリング状シール材が、前記ロータ端面の縁の円周より小さい径のリング状基体であって、前記固定セグメントに対応する外周位置に径方向突出部を一体に有した形状とされ、前記固定セグメントとロータとの間をシールする縦シール材が前記リング状シール材の突出部に圧接され、前記ケーシング端面内面と前記ベーン端面との間をシールする横シール材が前記リング状シール材の外径に接する位置まで前記ベーン基部からロータ内径方向へ延長され、前記リング状シール材と圧接されて構成されている。
【００２１】
この構成により、リング状シール材は径方向の突出部で回転が阻止され、横シール材との接触によって移動させようとする力が作用しても、ケーシング端面の収納溝内でリング状シール材が回転移動することがなくなり、縦シール材とリング状シール材との相対移動がなくなりシール性が良くなる。
【００２２】
また、上記ロータリーベーン式舵取機のシール方式において、固定セグメントとロータとの間をシールする縦シール材の端面がケーシング端面内面で圧縮され、該圧縮力により縦シール材の端面角部がリング状シール材の側面に向け膨出されて構成されている。
【００２３】
この構成により、固定セグメントの端面角部がリング状シール材側面に食い込むように圧接するので固定セグメントの縦シール材とリング状シール材との間が確実にシールされる。
【００２４】
また、上記ロータリーベーン式舵取機のシール方式においてリング状シール材と接する横シール材の端部外周面が湾曲凸面をなすように構成されている。
この構成により、リング状シール材と横シール材の接触面積が小さくなりそれだけ摩擦抵抗が減少すると共にリング状シール材の摩耗損傷も少なくなる。
【００２５】
また、上記ロータリーベーン式舵取機のシール方式においてリング状シール材のロータ端面との接触面に周方向に連続する油路を設けて構成されている。
この構成により、リング状シール材とロータ端面との接触面が油路に入り込んだオイルで潤滑されるので、相互の回転接触が円滑となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の一実施の形態を説明する。
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１の要部破断斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線部分断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線指示部の部分平面図、図４は図１のＢ−Ｂ線部分断面図、図５は図１のＣ−Ｃ線部分断面図である。
【００２７】
また、以下において、従来と同じ部分は同一符号を付して説明を省略し、さらに、この発明のケーシング端面とロータ間のシール構造は上下対称とされているだけで実質的なシール構造は同じなため、以下ケーシングカバー１Ａ側についてのみ説明する。
【００２８】
図１において、１Ａはケーシングカバーを示し、ケーシング２の端面に六角孔付きボルト１Ｄ…１Ｄにより固定されている。２Ｂはケーシング２に設けられたねじ孔を示し六角孔付きボルト１Ｄ…１Ｄがねじ嵌合される。
【００２９】
１２はこの発明のリング状シール材を示し、ロータ端面３Ａの縁３Ｂの円周より径の小さいリング状基体１２Ａであって、外周の固定セグメント４に対応する位置に図１、図３に示すようにロータ端面３Ａの縁３Ｂに達する径方向突出部１２Ｂを一体に有した形状とされている。
【００３０】
そして、固定セグメント４とロータ３との間をシールする縦シール材９の端部角部９Ａが図４に拡大して示すようにリング状シール材１２の突出部１２Ｂの突出端角部１２Ｃに圧接されている。
【００３１】
図１において、１３はこの発明の横シール材を示し、従来の横シール材１０と同様前記ケーシングカバー１Ａ内面とベーン５端面との間をシールするものであるが、この横シール材１３はロータ３の縁３Ｂより前記リング状シール材１２の外周縁角部１２Ｄに接する位置まで内径方向に延長され、図５に拡大して示すように横シール材１３の端部角部１３Ａと前記リング状シール材１２の外周縁角部１２Ｄとが圧接されている。
【００３２】
次に、実施の態様１の作動について説明する。
固定セグメント４先端とロータ３外面との間は縦シール材９によってシールされ、リング状シール材１２と縦シール材９との間は、図４に示すようにリング状シール材の突出端角部１２Ｃと縦シール材の端部角部９Ａとの圧接によりシールされる。
【００３３】
この場合、リング状シール材１２は図３、図４に示すようにケーシングカバー１Ａの収容溝１Ｃに嵌め込まれ、この収容溝１Ｃと突出部１２Ｂとの嵌合で周方向に回転しないよう保持される。
【００３４】
また、ケーシングカバー１Ａと固定セグメント４は固定されているので、リング状シール材１２と縦シール９の接触部は相対移動することなく強く圧接され、オイルチャンバー６、６間のオイルシールが確実に行なわれる。また、相対移動に起因する摩耗、破損等も生じ得ない。
【００３５】
なお、リング状シール材１２と縦シール９の圧接状態は、圧縮条件によりリング状シール材１２が縦シール材９方向に膨出したりあるいはその逆が生じるため、図４の分図に点線で示すようないずれかの接触状態となる。
【００３６】
ベーン５とケーシング２内面との間はベーン用縦シール９Ｂでシールされ、ケーシングカバー１Ａ内面との間は横シール材１３によってシールされる。
リング状シール材１２と横シール材１３との間は、図１及び図５に示すように内径方向に延長された横シール材１３の端部角部１３Ａがリング状シール材１２の外周縁角部１２Ｄに強く圧接した状態でシールされる。
【００３７】
横シール材１３はロータ３と共に回転移動し、この移動に伴ってリング状シール材１２に連れ回りする摩擦力を加えるが、リング状シール材１２は径方向突出部１２Ｂでケーシングカバー１Ａの収納溝１Ｃに保持されるので回転しない。
【００３８】
また、横シール材１３がリング状シール材１２に接する半径方向の位置は、図５に示すようにロータ３の縁３Ｂより内径位置でケーシングカバー１Ａ内面で覆われているので、仮に接触による摩耗片が発生してもオイルチャンバー６内に流出し難く、摩耗片による詰まりなどの障害が防止される。
【００３９】
さらに接触時の相対周速も回転半径が小さくなった分遅くなり、摩耗の程度もそれだけ低くなる。
以上説明したように、実施の形態１のロータリーベーン式舵取機のシール方式によれば、リング状シール材１２がベーン５の横シール材１３やロータ端面３Ａとの接触によって連れ回りするのが確実に防止され、従来生じていた連れ回りに起因するリング状シール材の偏摩耗や破損が防止される。
【００４０】
なお、上記実施の形態１のリング状シール材１２の突出部１２Ｂの突出量Ｌ（図３）をリング状シール材１２の幅Ｂとほぼ同じとした場合を示したが、突出量Ｌをリング状シール材１２の幅Ｂの約二分の一程度としても同様の効果が得られる。
実施の形態２
図６はこの発明の実施の形態２の要部拡大断面図を示し、図１のＢ−Ｂ線断面図に相当する。
【００４１】
図６において固定セグメント４とロータ３との間をシールする縦シール材９の端面９Ｄがケーシングカバー１Ａの内面で圧縮され、この圧縮力により縦シール材９の端面角部９Ｅがリング状シール材１２の突出端角部１２Ｃに向け膨出されて構成されている。
【００４２】
なお、この膨出部９Ｅを形成するには固定セグメント４より長い縦シール材９を固定セグメント４の装着溝４Ａに装着し、ケーシングカバーなど端面１Ａを密閉したときに圧縮されるようにする。
【００４３】
従って、この実施の形態２によれば、縦シール材９の端面角部９Ｅがリング状シール材１２の突出端角部１２Ｃに膨張変形して圧接される状態となり、しかも両者は相互に移動することがないので、リング状シール材１２と縦シール材９間の圧接力が高まりシールが確実となる。
実施の形態３
図７はこの発明の実施の形態３の要部拡大平面図を示し、図１におけるＣ−Ｃ線の指示線が示された部分の拡大平面図に相当する。
【００４４】
図においてリング状シール材１２の外周縁角部１２Ｄ（図５参照）と接する横シール材１３の端部外周面１３Ｂがロータ３の軸方向視で湾曲凸面に形成されている。
【００４５】
この実施の形態３によれば、横シール材１３はリング状シール材１２に湾曲凸面とされた端部外周面１３Ｂの頂点１３Ｃで接するので、リング状シール材１２に対する接触面、接触圧が共に小さくなり、また、リング状シール材１２に横シール材１３が移動接触する際、湾曲凸面１３Ｂで滑らかな状態で接触していくので、リング状シール材１２の摩耗の程度も軽減される。
実施の形態４
図８はこの発明の実施の形態４の要部拡大断面図を示し、図１のＣ−Ｃ線矢視断面図に相当する。
【００４６】
図において、リング状シール材１２の外周縁角部１２Ｄと接する横シール材１３の端部角部１３Ａが、ロータの接線方向視で丸みをおびた角とされて構成されている。
【００４７】
この実施の形態４によれば、リング状シール材１２の外周縁角部１２Ｄが丸みを帯びた横シール材１３の端部角部１３Ａに食い込むように接するので、シール材同士のシール性が良くなると共に曲面で滑らかに接するため摩耗の程度も少ない。
【００４８】
なお、上記の実施の形態４において横シール材１３の端部外周面１３Ｂを図７に示したようにロータ３の軸方向視で湾曲凸面とした組み合わせの構成とすることもできる。
実施の形態５
図９はこの発明の実施の形態５の要部断面図を示し、図１のＡ−Ａ線断面図に相当し、図１０は同実施の形態５の底面図を示す。
【００４９】
図９において、１６は油路を示し、リング状シール材１２のロータ端面３Ａとの接触面１２Ｅに、図１０に示すように周方向に連続して設けられている。
舵中央または左右小舵角の時は、隣接するオイルチャンバー６、６（図１参照）間の油圧差が殆どなく、従って油室７Ｂ内の油圧も殆どゼロとなり、リング状シール材１２のロータ端面３Ａへの圧着力が低下する。
【００５０】
従って、リング状シール材１２とロータ３との接触面にオイルが浸透し易くなり、上記油路１６にオイルチャンバー６の油が浸透し満たされる。
大舵角を取るため、隣接するオイルチャンバー６、６間の油圧差が大とされ大きくロータ３が回転すると、オイルチャンバー６から油室７Ｂに高圧油圧が導かれ、ロータ端面３Ａにリング状シール材１２が圧着されるが、接触面１２Ｅには油路１６に貯えられたオイルが供給されるので、ロータ端面３Ａとリング状シール材１２の接触面１２Ｅが潤滑され摩擦が低減される。
【００５１】
従って、この実施の形態５のロータリーベーン式舵取機のシール方式によれば、ケーシングカバー１Ａに固定されたリング状シール材１２とロータ端面３Ａとの摩擦が軽減され、リング状シール材１２に無理な応力の発生が防止され、また摩耗や破損も防止される。
【００５２】
なお、上記油路１６の断面形状は図示のように略半円形状とする他、方形状、底辺で開口する三角形状等とすることができ、また一条に限らず二条以上の複数条とすることもできる。
【００５３】
上記各実施の形態において、縦シール材９、リング状シール材１２、横シール材１３等はいずれもゴム状弾性を有する合成ゴム、合成プラスチック製とされ、耐熱性、耐摩耗性に優れたウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、珪素ゴム、フッソゴム等から成形されたものが使用され、上記のなかでも注型成形が可能でしかも耐摩耗性に優れるウレタンゴムが好適に使用される。即ち、これら成形材料によれば、外周に突出部を有するリング状シール材なども注型用の型さえあれば容易に成形可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のロータリーベーン式舵取機のシール方式によれば、ケーシングカバー内面とロータ端面との間をシールするリング状シール材がケーシングカバーに固定され、ベーンの横シールやロータと連れ回りをしないので固定セグメントの縦シールとの間のシールが確実となり、また縦シールからリング状シール材に無理な周方向の外力が加わらず、偏摩耗や破損事故が防止できる。
【００５５】
また、ベーンの横シールとの接触部がロータ端面より内側とされているので、従来生じていたリング状シール材のオイルチャンバー内へのはみ出し変形及び、このはみ出し部のロータや固定セグメントの金属部材との接触事故が無くなり、また仮に破損が生じてもオイルチャンバー内に拡散しにくく、さらにロータ外周に比べ相対周速も低くなるため摩擦力もそれだけ小さくなる。
【００５６】
また、ベーンの横シールのリング状シール材に対する接触面を凸曲面とすることによりリング状シール材に加わる摩擦抵抗を小さくすることができ、摩擦によるリング状シール材の摩耗や破損を防止することができる。
【００５７】
さらに、リング状シール材のロータ接触面に油路を設けることにより、固定されたリング状シール材とロータ端面との摩擦も軽減されるので、リング状シール材に無理は応力が発生せず、接触面の摩耗も軽減されるなど種々の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態のロータリーベーン式舵取機の要部破断斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線要部拡大断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線で指示した部分の拡大平面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線要部拡大断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ線要部拡大断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２の図１におけるＢ−Ｂ線断面図に相当する要部拡大断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３の図１におけるＢ−Ｂ線で指示した部分に相当する拡大平面図である。
【図８】この発明の実施の形態４の図１におけるＣ−Ｃ線で指示した部分に相当する要部拡大断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５の図１におけるＡ−Ａ線で指示した部分に相当する要部拡大断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態５のリング状シール材の底面図である。
【図１１】従来のロータリーベーン式舵取機の内部構造を示す平面図である。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ線矢視断面図である。
【図１３】図１１のＥ−Ｅ線部分拡大断面図である。
【図１４】図１２のＦ部の部分拡大図である。
【図１５】図１２のＧ部の部分拡大図である。
【符号の説明】
１Ａケーシングカバー
１Ｂケーシング底面
１Ｃ収納溝
２円筒状のケーシング
３円筒状のロータ
３Ａロータ端面
３Ｂロータ端面の縁
４固定セグメント
５ベーン
６オイルチャンバー
６Ａオイルポート
７Ｂ油室
９固定セグメントの縦シール材
９Ａ縦シール材の端部角部
９Ｂベーン用縦シール
９Ｃ油室
１２リング状シール材
１２Ａリング状基体
１２Ｂ径方向突出部
１２Ｃ突出端角部
１３この発明の横シール材
１３Ａ同横シール材の角部

Claims

両端面を密閉した円筒状のケーシング内に円筒状のロータを同軸に軸支し、前記ケーシング内面とロータ外面との空間を、前記ケーシング内面から突出し前記ロータ外面に接する複数の固定セグメントと前記ロータ外面から突出し前記ケーシング内面に接する複数のベーンとにより周方向に区分して複数のオイルチャンバーを形成し、このオイルチャンバーの油圧を制御してロータに軸回りの回転トルクを生じさせるようにしたロータリーベーン式舵取り機において、前記ケーシング端面内面と前記ロータ端面との間をシールするリング状シール材が、前記ロータ端面の縁の円周より小さい径のリング状基体であって、前記固定セグメントに対応する外周位置に径方向突出部を一体に有した形状とされ、前記固定セグメントとロータとの間をシールする縦シール材が前記リング状シール材に圧接され、前記ケーシング端面内面と前記ベーン端面との間をシールする横シール材が前記リング状シール材の外径に接する位置まで前記ベーン基部からロータ内径方向へ延長されて前記リング状シール材に圧接されてなるロータリーベーン式舵取機のシール方式。
固定セグメントとロータとの間をシールする縦シール材の端面がケーシング端面内面で圧縮され、該圧縮力により縦シール材の端面角部がリング状シール材の側面に向け膨出されている請求項１のロータリーベーン式舵取機のシール方式。
リング状シール材と接する横シール材の端部外周面が湾曲凸面をなす請求項１又は２のロータリーベーン式舵取機のシール方式。
リング状シール材のロータ端面との接触面に周方向に連続する油路を設けた請求項１、２または３の何れかのロータリーベーン式舵取機のシール方式。