JP5733543B2 - セミプラグスタージーロータとその組立て方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に流体制御装置の中で使用するジーロータアセンブリに関し、特に、セミプラグスタージーロータとその組立て方法に関する。

スタージーロータは、噛合わされたインナーロータ及びアウターロータを有する容積式流体ポンプ装置である。一般的に、インナーロータ及びアウターロータは、それぞれスター部材及びリング部材と呼ばれている。各ロータは、他のロータの中心点に対して偏心した固定中心点を有する。スター部材は、ｎ個の歯を有し、（ｎ＋１）個のローブ(lobes)を有するリング部材によって取囲まれている。２つのロータの間で低い相対速度を維持しながら、一方のロータの回転が他方を駆動する。噛合わされたロータの噛合い歯／噛合いローブ間に形成された容積は、ジーロータの回転中に負圧を生成し、これにより、ジーロータの回転ごとに吸込み、すなわち、吸気段階を生じることになる。

油圧パワーステアリングシステムのステアリング制御装置（ＳＣＵ）は、その構造内にスタージーロータをよく使用する流体制御装置の１つである。ＳＣＵは、回転ジーロータ部材と、例えば、ジーロータに隣接して固定される端部キャップ等の固定部材との間に滑りが生じる。例えば、ＳＣＵのバルブハウジング部を介して制御されるステアリングシリンダがその移動範囲の限界に達するとき、ＳＣＵを介して制御されるステアリングホイールは、この限界を超えて依然として回転することができる。そのような更なる回転は、大抵、スター部材と固定端部キャップの隣接面との間に内部流体漏出の結果である。

ジーロータアセンブリは、上述のＳＣＵ等の流体制御装置に用いるためにここに提供される。ここに開示されたジーロータアセンブリは、以下に詳細に記載されるように、セミプラグ、すなわち、ソリッドプラグ型スターシールと従来のシーリングリングとの中間構造である。ジーロータアセンブリは、スター部材、リング部材、環状のプラグ部材及びＯリングを含む。スター部材は、複数（ｎ）個の歯を有し、第１直径の中央開口部を形成する。ジーロータアセンブリが流体制御装置に設けられたとき、中央開口部は、低圧流体リザーバに流体接続する。ジーロータの技術分野でよく理解されているように、リング部材は、スター部材を取囲み、複数（ｎ）個の歯と噛合う複数（ｎ＋１）個のローブを有する。

リング部材は、流体制御装置の固定端部キャップと協働して、高圧流体溝部、すなわち、高圧流体供給部に接続可能な流体溝部を形成するように構成されている。環状のプラグ部材は、スター部材によって取囲まれ、第１直径より小さい第２直径の中心ボアを形成する。Ｏリングは、スター部材と環状のプラグ部材との間に配置される。従って、以下に説明するように様々な性能の恩恵を受けるために、環状のプラグ部材は、流体制御装置の端部キャップに対してセミプラグ流体シールを形成するように構成される。

また、流体制御装置が開示されている。流体制御装置は、ジーロータスター部材、ジーロータリング部材、環状のプラグ部材、Ｏリング及びバルブハウジング部を含む。スター部材は、第１直径の中央開口部を形成し、この中央開口部は、低圧流体リザーバに流体接続する。リング部材は、スター部材を取囲み、スター部材の複数（ｎ）個の歯に噛合う複数（ｎ＋１）個のローブを有する。環状のプラグ部材は、スター部材によって取囲まれ、第１直径より小さい第２直径の中心ボアを形成する。

中心ボアは、中央開口部を介して低圧流体リザーバに流体接続する。Ｏリングは、スター部材と環状のプラグ部材との間に配置される。Ｏリングは、高圧流体溝部を介して高圧流体リザーバに流体接続し、かつ、中央開口部を介して低圧流体リザーバに流体接続する。バルブハウジング部は、固定端部キャップ及び摩耗板を有し、端部キャップは、環状のプラグ部材に直に隣接して配置して、スター部材と協働して高圧流体溝部を形成する。高圧流体溝部は、高圧流体リザーバに流体接続する。

また、方法がここに開示され、環状の段部及び第１直径の中央開口部を形成するジーロータスター部材を設け、リング部材の複数（ｎ＋１）個のローブがスター部材の複数（ｎ）個の歯に噛合うように、スター部材がジーロータリング部材に取囲まれることを含む。この方法は、スター部材の表面にＯリングを配置し、第１直径より小さい第２直径の中心ボアを形成する環状のプラグ部材を設けることを含む。環状のプラグ部材は、環状のプラグ部材がスター部材によって取囲まれるように、Ｏリング上に置かれ、これにより、ジーロータアセンブリを形成する。

本発明の上記特徴、及び、利点、並びに、他の特徴及び利点は、添付図面に関連して、本発明を実施するための最良の形態の以下の詳細な説明から容易に明らかになる。

本発明に開示されたセミプラグジーロータのタイプを用いた流体制御装置の概略図である。 本発明のジーロータアセンブリの概略平面図である。 図１の流体制御装置のジーロータアセンブリ及び固定端部キャップを含み、図２に示された流体制御装置の一部の概略部分断面図である。 図３に示す一部を含み、図１に示される流体制御装置の一部の概略断面図である。

図を参照して、同じ参照符号は、同じ部品に対応し、図１には、流体制御装置１１の概略図が示されている。流体制御装置１１は、セミプラグジーロータアセンブリ１３を含む。このジーロータアセンブリ１３は、スターシールを形成する環状プラグ部材１８を有する。以下に詳細に説明するように、環状のプラグ部材１８は、このプラグ部材１８が取付けられた流体制御装置１１内の内部流体漏出を減少するように構成されている。

可能な一実施形態において、流体制御装置１１は、油圧パワーステアリングシステムに用いるステアリング制御装置（ＳＣＵ）として構成される。ジーロータアセンブリ１３は、望ましくないステアリングホイールの回転を減少すると同時に、従来設計に対して摩擦損失を減らすためにＳＣＵの一部として含むことができ、これにより、エネルギー効率が増加する。流体ポンプモータシステム等の高圧側から低圧側への流体漏出が重要な設計関連事項である他の油圧システムは、ここに記載されるようなセミプラグジーロータアセンブリ１３とその環状プラグ部材１８の使用により同様に恩恵を受けることができる。

図１に示す流体制御装置１１の中のジーロータアセンブリ１３は、例えば、ボルト１７を介して、バルブハウジング部７０にボルト締結又は他の方法で完全に固定できる。固定摩耗板８０は、ジーロータアセンブリ１３とバルブハウジング部７０との間に配置される。ジーロータアセンブリ１３は、摩耗板８０と固定端部キャップ２４との間に配置される。バルブハウジング部７０は、バルブハウジング部７０の一側に、あるいは、図示のように分配して、流体入口ポート７２と、流体リターンポート７４と、制御ポート７６，７８等のシリンダ制御ポートを含む様々な流体ポートとを形成する。流体装置サブアセンブリ１０は、ジーロータアセンブリ１３及び端部キャップ２４によって形成され、図３及び図４を参照して以下に説明する。

単純にするために図１に示されていないが、当業者には周知のように、バルブハウジング部７０の内部は、制御される装置を作動させるためのあらゆる必要とされるバルブ及び関連する制御装置、例えば、回転可能なスプール及び協働する相対回転可能な追従バルブ部材を収容するボアを含む。追従バルブ部材は、主駆動軸（図示せず）を用いて駆動でき、メインシャフトは、セミプラグジーロータアセンブリ１３にスプライン結合して、セミプラグジーロータアセンブリ１３と共に回転する。

図２を参照して、ジーロータアセンブリ１３は、内歯付アウターロータを含み、内歯付アウターロータは、以下リング部材１２と呼ぶ。更に、ジーロータアセンブリ１３は、外歯付インナーロータ、すなわち、スター部材１４を含む。スター部材１４は、リング部材１２の中に偏心して配置されて、その中で軌道及び回転運動する。スター部材１４及びリング部材１２の両方は、鋼、粉末金属、又は、他の適切な金属材料で構成することができる。

スター部材１４は、環状の軸壁６２を形成する。軸壁６２は、図４に示すように中央開口部（矢印２０）を形成する。スター部材１４は、スプライン部２２（図３及び図４参照）を含み、スター部材１４を図１のバルブハウジング部７０の中に配置された主駆動軸（図示せず）の係合スプライン部に係合することができる。ジーロータの技術分野において理解されるように、スター部材１４の複数（ｎ）個の歯１５は、リング部材１２より多くの（ｎ＋１）個の歯、すなわち、ローブと噛合い、すなわち、係合して、多数の流体容積室（矢印２３）を形成する。流体容積室（矢印２３）は、同図に示すように、摩耗板８０によって形成された通路（図示せず）を通って図１のバルブハウジング部７０に流体接続する。

図１のボルト１７は、固定端部キャップ２４（図１参照）を貫通し、セミプラグジーロータアセンブリ１３を図１に示すバルブハウジング部７０に締結するために、リング部材１２によって形成された複数のボルト穴２５を通る。スター部材１４内の軸壁６２は、図３に全体として符号４４で示される径方向の段部の位置で、径方向の床部６０（図３及び図４参照）と交わり、これにより、径方向の段部を形成する。ここで用いられる用語は、スター部材１４の回転軸と同方向に延びる壁を“軸壁”と呼び、同軸に垂直方向に延びる床部を“径方向の床部”と呼ぶ。

環状のプラグ部材１８は、矢印２７で示される中心ボアを形成するボア壁１９を有する。環状のプラグ部材１８は、図３及び図４に示す径方向の床部６０に設置される。セミプラグジーロータアセンブリ１３が図１の流体制御装置１１又は適切な他の装置に取付けられるとき、図に示すように、環状のプラグ部材１８と固定端部キャップ２４との間に動的流体シールが形成される。環状のプラグ部材１８の構造及び機能の両方は、図３及び図４を参照して詳細に説明される。

様々なレベルのアセンブリは、リング部材１２のローブ２１がスター部材１４の歯１５に係合するように、スター部材１４をリング部材１２に内接させることにより達成される。Ｏリング１６は、スター部材１４の径方向の段部（図３及び図４参照）に設置される。環状のプラグ部材１８は、Ｏリング１６及び径方向の段部４４に設置される。組立てられたジーロータアセンブリ１３を固定端部キャップ２４に結合して、スター部材１４と端部キャップ２４との間に高圧流体溝部（矢印８２）を形成する。図４に示すように、中央開口部（矢印２０）は、低圧流体リザーバ４０に接続され、図４の流体溝部（矢印８２）は、高圧流体リザーバ３０に接続される。

図３を参照して、図１の流体制御装置サブアセンブリ１０の部分断面側面図が示されている。図３は、図１、図２及び図４に対する縮尺ではなく、流体装置サブアセンブリ１０の特定の内部構造部分を拡大するものである。セミプラグジーロータアセンブリ１３が固定端部キャップ２４に結合されるとき、高圧流体溝部は、スター部材１４の上面５２と端部キャップ２４の下面５０との間に形成される。高圧流体（矢印３１）は、流体溝部に入り、流体溝部は、図４の矢印８２で示され、図４を参照して以下に説明されるように、シーリングを発生させる。

スター部材１４の軸壁６２及び径方向の床部６０は、径方向の段部を形成し、径方向の段部上にＯリング１６が配置される。Ｏリング１６は、スター部材１４と環状のプラグ部材１８との間に流体シールを形成する。Ｏリング１６は、加圧作動における押出しに抵抗するために十分な硬度レベルを有した適切な耐摩耗性の弾性材料で構成される。一実施形態において、Ｏリング１６は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０タイプのＤスケールで少なくとも約９０デュロメータ、すなわち、９０Ｄ硬度の硬度レベルが与えられる。この硬度レベルの適切な材料は、限定ではないが、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水酸化ＮＢＲ（ＨＮＢＲ）、ポリウレタン等を含むことができる。

環状のプラグ部材１８は、端部キャップ２４の下面５０に対してシールを形成するために使用され、鋼、粉末金属、高硬度の樹脂系材料又は他の適切な材料で構成することができる。図に示すように、環状のプラグ部材１８は、略Ｌ字形の断面を有し、第１面６６及び第２面６８を含み、第１面６６及び第２面６８は、互いに垂直であり、環状の径方向の段部４４に対向する周縁ノッチ８５を形成する。第１面６６及び第２面６８は、両方ともＯリング１６に直接当接し、Ｏリング１６は、周縁ノッチ８５内に少なくとも一部が配置される。環状のプラグ部材１８の第３面６９は、端部キャップ２４の下面に直接摩擦接触する。ここで用いられる“下面”という用語は、スター部材１４が用いられる流体制御装置１１（図１参照）内のスター部材１４に直に隣接して配置された端部キャップ２４の特定の主要な表面、すなわち、側面を表わす。

スター部材１４、環状のプラグ部材１８及びＯリング１６は、一体で固定端部キャップ２４に対して回転する。内壁４２によって形成されたスター部材１４の中心部、すなわち、内径（ＩＤ）は、低圧流体リザーバ４０に接続され、スター部材１４の全ての他の側面は、高圧流体リザーバ３０に接続される。リザーバ３０，４０の両方は、図４に概略的に示されている。用語の“低い”及び“高い”は、相対的な流体圧力である。一実施形態において、“低圧”は、約０〜約４０バールであり、一方、“高圧”は、約４０バールを超える任意の圧力である。他の実施形態において、７０〜１５０バールは、高圧範囲として用いられるが、高圧は、用途に応じて１５０バールを大幅に超える。ここに記載されるような環状のプラグ部材１８及びＯリング１６の配置及び使用は、高圧流体リザーバ（矢印３１）の図４の低圧流体リザーバ４０への漏出を低減するために役立つ。

図３と共に図４を参照して、固定端部キャップ１２は、図２のリング部材１２を含むように広がり、従って、図３及び図４に破断線の形で示される。スター部材１４の内壁４２は、図４の中央開口部（矢印２０）を形成する。中央開口部（矢印２０）が図３の低圧流体リザーバ４０に流体接続することで、低圧流体（矢印４１）は、中央開口部（矢印２０）を介してＯリング１６、環状のプラグ部材１８及び端部キャップ２４に接続する。Ｏリング１６は、スター部材１４及び環状のプラグ部材１８に対して充分なシールを形成するために予荷重することができる。

環状のプラグ部材１８と端部キャップ２４との間の接触面積は、端部キャップ２４、スター部材１４及びＯリング１６を通る高圧側から低圧側への漏出を減少するために充分に大きくすべきであるが、摩擦損失を最小限にするために充分に小さくなければならない。このため、環状のプラグ部材１８は、一部のみのプラグ、すなわち、ここで使用する用語“セミプラグ”を形成する。一実施形態において、環状のプラグ部材１８のボア壁１９によって形成される中心ボアの直径は、環状のプラグ部材１８の外径（ＯＤ）の約６０％〜約７５％の間である。

上述のように、図４に示される流体装置アセンブリ１０は、高圧流体リザーバ３０から供給される高圧流体（矢印３１）に流体接続する。図４に示すように、表面５０，５２が互いに隣接した状態で、高圧流体溝部（矢印８２）は、上述のように、端部キャップ２４の下面５０とスター部材１４の上面５２との間に形成される。

Ｏリング１６は、高圧流体溝部（矢印８２）を介して図４の高圧流体リザーバ３０に流体接続し、更に、スター部材１４の中央開口部（矢印２０）を介して低圧流体リザーバ４０に流体接続する。環状のプラグ部材１８の下面６４とスター部材１４の径方向の段部６０との間の隙間（図３の矢印８４）の大きさは、作動中、低圧側へのＯリング１６の押出しを防ぐために最小にすべきである。

作動中、高圧流体（矢印３１）は、高圧流体溝部（矢印８２）に入り、Ｏリング１６を押圧する。これは、環状のプラグ部材１８を押付けて、固定端部キャップ２４に摩擦接触させる。高圧側から低圧側への流体漏出は、Ｏリング１６とスター部材１４との間、Ｏリング１６と環状のプラグ部材１８との間、及び／又は、環状のプラグ部材１８と端部キャップ２４との間に生じる。

しかしながら、環状のプラグ部材１８は、ここで使用される用語としてのセミプラグであるから、環状のプラグ部材１８と固定端部キャップ２４との間には、比較的大きな接触面積が残されている。高圧側から低圧側への流体漏出は、従来のジーロータのスターシールの設計に対して減少される。このセミプラグ設計においては、ソリッドプラグ設計に対して、更に、環状のプラグ部材１８と端部キャップ２４との間の接触面積が小さいので、この領域における摩擦損失は、共に減少する。従って、全体効率が増大される。

本発明を実施するための最良の形態を詳細に記載してきたが、本発明に関連する当業者は、添付された特許請求の範囲の技術的範囲内で本発明を実施するための様々な代替設計及び実施形態を認識するであろう。

Claims (8)

1. 流体制御装置（１１）用のジーロータアセンブリ（１３）であって、
   複数（ｎ）個の歯（１５）を有し、低圧流体リザーバ（４０）に接続可能な第１直径の中央開口部（２０）を形成するスター部材（１４）と、
   前記スター部材を取囲み、前記複数（ｎ）個の歯に噛合う複数（ｎ＋１）個のローブを有し、前記流体制御装置（１１）の固定端部キャップ（２４）と協働して、高圧流体供給部（３０）に接続可能な流体溝部（８２）を形成するように構成されるリング部材（１２）と、
   前記スター部材（１４）によって取囲まれ、前記第１直径より小さい第２直径の中心ボア（２７）を形成する環状のプラグ部材（１８）と、
   前記スター部材（１４）と前記プラグ部材（１８）との間に配置されたＯリング（１６）とを備え、
   前記プラグ部材（１８）は、前記流体制御装置（１１）の前記固定端部キャップ（２４）に対して流体シールを形成し、
   前記中心ボアの直径は、前記プラグ部材（１８）の外径の約６０パーセント〜約７５パーセントであることを特徴とするジーロータアセンブリ。
2. 前記スター部材（１４）は、径方向の段部（４４）を形成し、前記Ｏリング（１６）は、前記径方向の段部（４４）上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のジーロータアセンブリ。
3. 前記プラグ部材（１８）は、前記径方向の段部（４４）に対向する前記プラグ部材（１８）の面上に周縁ノッチ（８５）を形成し、前記Ｏリング（１６）は、前記周縁ノッチ（８５）内に少なくとも一部が配置されることを特徴とする請求項１に記載のジーロータアセンブリ。
4. 低圧流体リザーバ（４０）に流体接続する第１直径の中央開口部（２０）を形成するジーロータスター部材（１４）と、
   前記スター部材（１４）を取囲み、前記スター部材（１４）の複数（ｎ）個の歯（１５）に係合する複数（ｎ＋１）個のローブを有するジーロータリング部材（１２）と、
   前記スター部材（１４）によって取囲まれ、前記第１直径より小さい第２直径の中心ボア（２７）を形成し、前記中心ボア（２７）は、前記中央開口部（２０）を介して前記低圧流体リザーバ（４０）に流体接続する環状のプラグ部材（１８）と、
   前記スター部材（１４）と前記環状のプラグ部材（１８）との間に配置され、高圧流体溝部（８２）を介して高圧流体リザーバ（３０）に流体接続し、かつ、前記中央開口部（２０）を介して低圧流体リザーバ（４０）に流体接続するＯリング（１６）と、
   前記環状のプラグ部材（１８）に直に隣接して配置させ、これにより、前記スター部材（１４）と協働して、前記高圧流体リザーバ（３０）に流体接続する高圧流体溝部（８２）を形成する固定端部キャップ（２４）と、摩耗板（８０）とを有するバルブハウジング部（７０）と、を備え、
   前記中心ボア（２７）の直径は、前記環状のプラグ部材（１８）の外直径の約６０パーセント〜約７５パーセントであることを特徴とする流体制御装置。
5. 前記スター部材（１４）は、径方向の段部（４４）を形成し、前記Ｏリング（１６）は、前記径方向の段部（４４）上に配置されることを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
6. 前記環状のプラグ部材（１８）は、前記径方向の段部（４４）に対向する前記環状のプラグ部材（１８）の表面（６６，６８）上に周縁ノッチ（８５）を形成し、前記Ｏリング（１６）は、前記周縁ノッチ（８５）内に少なくとも一部が配置されることを特徴とする請求項５に記載の流体制御装置。
7. 前記流体制御装置（１１）は、油圧パワーステアリングシステム用のステアリング制御ユニットとして構成されることを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
8. 前記Ｏリング（１６）は、少なくとも約９０デュロメータの硬度レベルを有する耐摩耗性エラストマー材料から形成されることを特徴とする請求項４に記載の流体制御装置。
   

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