JP5808681B2

JP5808681B2 - ベーンシール

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Publication number: JP5808681B2
Application number: JP2012014789A
Authority: JP
Inventors: 加納　康司; 康司加納; 泰司上杉; 智己西川
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013155766A

Description

本発明は、ロータリアクチュエータ用のベーンシールに関する。

従来からロータリアクチュエータに於て、流体圧力を受けて所定角度を揺動するロータリのべーンには、門型のベーンシールが装着され、また、ケーシング側ソールには（固定側の）ベーンシールが装着されている（例えば、特許文献１参照）。

実開平２−８１９０３号公報

ところで、従来の上記べーンシールは、一般に材質はＰＴＦＥ等の樹脂をもって、横断面矩形、かつ、全体門型に形成されていた。
そして、このような全体門型の形状のベーンシールでは、特に２個の角部が存在するために、内部漏洩（内部リーク）を減少させることが極めて難しいと、従来から考えられていた。

しかしながら、最近になってロータリアクチュエータの高圧化の要望が強まり、また、内部漏洩が多いままでは、作動油の異常な昇温の問題、エネルギ損失の問題、作動の不正確性や信頼性の問題が、最近クローズアップされつつある。

そこで、本発明は、このような従来の問題点を解決して、ロータリアクチュエータの内部漏洩を減少し、かつ、これに伴って、作動油の昇温を抑制し、エネルギ損失を低減し、作動の正確性・信頼性を向上して、高圧化にも耐えるシール性を発揮するベーンシールを提供することを目的とする。

そこで、本発明は、回転主軸側のべーンの門型凹溝に装着されるベーンシールに於て、全体が門型の弾性ゴムのシール本体と、ロータリアクチュエータのケーシングの内周面及び両内端面に摺接するように上記シール本体の反溝底側の外面に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材と、から構成され、上記シール本体は横断面Ｘ字型として両面に凹溝を有すると共に、上記シール本体の全体門型の両角部に於ける上記凹溝の深さ寸法を、上記両角部を除いた残部の深さ寸法よりも、大きく設定したものである。

また、ロータリアクチュエータのケーシング側のシューの門型凹溝に装着されるベーンシールに於て；全体が門型の弾性ゴムのシール本体と；ロータリ本体の回転主軸の外周面、及び、上記ケーシングの両内端面に接触するように、上記シール本体の反溝底側の外面に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材と；から構成され、上記シール本体は横断面Ｘ字型として両面に凹溝を有すると共に、上記シール本体の全体門型の両角部に於ける上記凹溝の深さ寸法を、上記両角部を除いた残部の深さ寸法よりも、大きく設定したものである。

また、本発明は、回転主軸側のべーンの門型凹溝に装着されるベーンシールに於て、全体が門型の弾性ゴムのシール本体と、ロータリアクチュエータのケーシングの内周面及び両内端面に摺接するように上記シール本体の反溝底側の外面に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材と、から構成され、上記シール本体は受圧側に凹溝を有する横断面Ｕ字型であって、上記シール本体の全体門型の両角部に於ける上記凹溝の深さ寸法を、上記両角部を除いた残部の深さ寸法よりも、大きく設定したものである。

また、本発明は、ロータリアクチュエータのケーシング側のシューの門型凹溝に装着されるベーンシールに於て；全体が門型の弾性ゴムのシール本体と；ロータリ本体の回転主軸の外周面、及び、上記ケーシングの両内端面に接触するように、上記シール本体の反溝底側の外面に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材と；から構成され、上記シール本体は受圧側に凹溝を有する横断面Ｕ字型であって、上記シール本体の全体門型の両角部に於ける上記凹溝の深さ寸法を、上記両角部を除いた残部の深さ寸法よりも、大きく設定したものである。

本発明によれば、弾性ゴムのシール本体の凹溝内面に高圧流体の圧力が作用した際に、その圧力を受けてシール本体はその凹溝を拡大する方向（開脚方向）に変形しようとして、低摩擦性樹脂に大きな力を与えることができる。これによって、ケーシング内周面や両内端面等の摺接相手面に対し、均等かつ十分な面圧にて接触し、内部漏洩を低減できる。特に、全体門型両角部に対応する（シール本体の）凹溝は、残部よりも深さ寸法が大であることによって、残部よりも凹溝内面が（高圧流体から）受ける開脚方向の力は、十分に大きく、従って、上記両角部を通しての内部漏洩（内部リーク）を著しく減少可能となる。言い換えれば、従来から至難と考えられていたところの、門型の角部と相手部材の直角隅部との相対的摺接部には、十分な接触面圧が発生して、内部漏洩の著しい低減が達成可能となる。

本発明の実施の一形態を示す簡略断面図である。ベーンシールを示す正面図である。図２の（Ａ_１−Ａ_１）及び（Ａ_２−Ａ_２）拡大断面図である。図２の（Ｃ_１−Ｃ_１）及び（Ｃ_２−Ｃ_２）拡大断面図である。図２の（Ｅ−Ｅ）拡大断面図である。門型ベーンシールの角部及びその周辺域に於ける凹溝の深さ寸法Ｄの変化を説明するグラフ図である。残部に於ける受圧状態の要部説明図である。角部に於ける受圧状態の要部説明図である。本発明の他の実施形態を示す簡略断面図である。ベーンシールの他の例を示す正面図である。図１０の（Ａ_１−Ａ_１）及び（Ａ_２−Ａ_２）拡大断面図である。図１０の（Ｃ_１−Ｃ_１）及び（Ｃ_２−Ｃ_２）拡大断面図である。図１０の（Ｅ−Ｅ）拡大断面図である。残部に於ける受圧状態の要部説明図である。角部に於ける受圧状態の要部説明図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１の簡略図に示すように、ロータリアクチュエータＲは、ケーシング１とロータリ本体２とを備え、ケーシング１は、円筒壁部１Ａと（両端を閉塞する）左右の側壁部１Ｂ，１Ｂとを有し、さらに、円筒壁部１Ａの内周面１０には、１８０°対称位置に門型凹溝３を有するシュー４，４がラジアル内方向へ突設され、かつ、ロータリ本体２は、１８０°対称位置にベーン６，６が突設された回転主軸７を備え、このベーン６には門型凹溝８が形成されている。

可動側の全体門型のべーンシール９は、回転主軸７のべーン６の門型凹溝８に装着されている。固定側の全体門型のべーンシール５は、ケーシング１側のシュー４の門型凹溝３に装着されている。

図２〜図７に示した実施の一形態に於て、可動側ベーンシール９は、全体が門型で、かつ、横断面形状がＸ字型の弾性ゴムから成るシール本体１１と、ケーシング１の内周面１０と（側壁部１Ｂの）両内端面１２，１２に摺接するように上記シール本体１１の反溝底側の外面１３に被覆される（門型の）低摩擦性樹脂の被覆材１４と、から構成される。このシール本体１１は、横断面に於て、両面にＵ字状の凹溝２０，２０を有するＸ字型であって、基本横断面形状は（角張った）矩形として、その矩形から両面をＵ字状に切欠いたような横断面を備え、外面１３及び内面１６は平坦面とする。

上記シール本体１１は、ＥＰＤＭやその他のゴム材質のものが用いられ、他方、被覆材１４は、ＰＴＦＥ等の合成樹脂であって、上述した低摩擦性を備え、さらに、（好ましくは）耐摩耗性を備えた材質のものとする。また、この被覆材１４の横断面形状は、一文字型とすると共に、横断面Ｘ字型のシール本体１１の外面１３に、接着し、又は、単に（接触して）重ね合わせている。

図２に示したベーンシール９のシール本体１１について説明すれば、図２に於て、２点鎖線の円で示した領域を本発明では、（シール本体１１の全体門型の）角部Ｚと呼ぶ。
図４は、図２のＣ_１−Ｃ_１，Ｃ_２−Ｃ_２の拡大横断面であって、上記角部Ｚを、長手方向に直交する平面で切断した、拡大横断面を示す。さらに、図５は、角部Ｚの中心点Ｏ点を含んで、４５度傾斜面をもって切断した拡大断面（図２のＥ−Ｅ拡大断面）を示す。かつ、図３は両角部Ｚ，Ｚを除いた（シール本体１１の）残部Ｙを長手方向に直交する平面で切断した拡大横断面（図２のＡ_１−Ａ_１，Ａ_２−Ａ_２の拡大断面）を示す。

図２、及び、図３〜図５から明らかなように、シール本体１１の両角部Ｚ，Ｚに於ける凹溝２０の深さ寸法Ｄｚは、残部Ｙの深さ寸法Ｄｙよりも、大きく設定している。つまり、Ｄｚ＞Ｄｙとする。

次に、図６のグラフ図は、門型ベーンシール本体の中心点Ｏ点を基準点として、図２に示した門型の水平辺２１に沿って計測した長さをＬｈとし、図２に示した門型の左右の脚部２３に沿って計測した長さをＬｖとし、両長さＬｈ，Ｌｖを横軸に、同一軸として採ったものであり、縦軸は凹溝２０の深さ寸法Ｄを示す。

まず、図６に於て、実線イは、残部Ｙと角部Ｚとの境目にて、凹溝２０の深さ寸法Ｄを、ＤｙからＤｚに急激に変化させた場合で、かつ、上記境目から一定のＤｚの値とした場合を示し、図３〜図５の場合に相当している。
このような急激な深さ寸法Ｄの変化は好ましくないときには、残部Ｙと角部Ｚとの境目に於て、勾配線をもって、変化させることも自由である（２点鎖線ハ参照）。

また、破線ロは、残部Ｙと角部Ｚとの境目から、緩やかに深さ寸法Ｄを増加させて、丸山（丸い丘陵）型に、ＤｙからＤｚに変化させている。
また、２点鎖線ハのように、角部Ｚの中心点Ｏ点近傍のみを、特に、大きく深さ寸法Ｄｚを大に設定しても良いことを、図示しており、さらに、深さ寸法Ｄの変化を少し緩やかとするために、勾配線をもって、変化させている。
本発明では、このようなイ，ロ，ハのいずれを選択しても、又は、これ等を任意に組み合わせるも、自由である。

次に、図７と図８に於て、可動側ベーンシール９がベーン６の凹溝８に装着された使用状態を示し、特に、高圧側から所定の流体圧力Ｐが作用した受圧状態を示している。
角部Ｚを除いた残部Ｙに於ては、図７に示すように、凹溝２０の深さ寸法Ｄが小さく（図３のＤｙ参照）、従って、高圧力Ｐが作用しても、凹溝２０内面の受圧面積が小さく、図７のグラフ図に示すように接触面圧力Ｐｘは比較的小さい。これに対し、角部Ｚに於ては、図８に示すように、凹溝２０の深さ寸法Ｄは大きく（図４又は図５の深さ寸法Ｄｚ参照）、従って、凹溝２０の内面の受圧面積が大きく、図８中に付加して示すグラフ図のように、接触面圧力Ｐｘは大きく、故に、（上述したように）角部Ｚの存在があるがために全体門型のベーンシールでは内部漏洩（内部リーク）を減少させることが極めて難しい、という従来の常識を破って、著しいシール性能の改善が達成可能である。特に、最近の流体の高圧化に於て、その高圧を有効に密封性能（シール性能）に利用しており、優れた発明といえる。

図１〜図８に於て、主として、ベーン６の可動側ベーンシール９について述べたが、ケーシング１側のシュー４に用いられる固定側ベーンシール５に関しても、同様に適用できることは言うまでもない。即ち、図２〜図６に図示し、既述した通りの形状と構造の可動側のベーンシール９を、固定側のベーンシール５として使用自在である。そのとき、図７，図８に示したべーン６はシュー４に置き換わり、ケーシング１の内周面１０は、（図１の）回転主軸７の外周面７Ａが、相当する。

なお、図１では、ベーン６は２個、シュー４は２個の場合を示しているが、このベーン６とシュー４の個数は、増減自由である。揺動角度が減ったり増えたりすると共に、回転トルクが増加・減少し、ロータリアクチュエータＲの用途（使用箇所）、使用条件等に対応して、選択自在である。

次に、図９〜図１５は本発明の他の実施の形態を示す。
図９〜図１５に於て、上述の図１〜図８と同じ符号は、同様の構成であるので、重複説明を省略して、相違点を主として説明すると、シール本体１１は凹溝２０を有する横断面Ｕ字型であって、その内面１６・外面１３は、平坦面として、凹溝８の溝底８Ａと、一文字型横断面の被覆材１４に、密接する。

（可動側の）各ベーン６は２本の門型凹溝８，８を有し、（固定側の）シュー４も２本の門型凹溝８，８を有する。２本の凹溝８，８には、２個のべーンシール９，９が、シール本体１１，１１の凹溝２０，２０が相反する方向に（背中合わせの姿勢で）装着され、図１４，図１５のように右側の空間が高圧側となれば、右側のシール本体１１が圧力Ｐを受けて密封作用をなし、左側のシール本体１１は殆んど密封作用に寄与しない。しかし、往復動のロータリアクチュエータＲでは、図１４，図１５に於ける右側と左側の空間が交互に高圧となるので、２本のベーンシール９は交互に密封作用を行う。
被覆材１４の内面とシール本体１１の外面１３とは密に接触しているが、相互に接着してもよい。

図１０に於て、２点鎖線の円をもって示す領域を、シール本体１１の全体門型の角部Ｚと呼ぶ点は、図２と同様であるが、図１２は、図１０のＣ_１−Ｃ_１，Ｃ_２−Ｃ_２の拡大断面であり、また、図１３は、角部Ｚの中心点Ｏ点を含んで、４５度傾斜面をもって切断した拡大断面（図１０のＥ−Ｅ拡大断面）を示す。そして、図１１は残部Ｙの拡大横断面（図１０のＡ_１−Ａ_１，Ａ_２−Ａ_２の拡大断面）を示す。

この図１１〜図１３、及び、図１０からも明らかなように、Ｕ字型断面のこのシール本体１１の両角部Ｚ，Ｚに於ける凹溝２０の深さ寸法Ｄｚは、残部Ｙの深さ寸法Ｄｙよりも、大きい。つまり、Ｄｚ＞Ｄｙである。

そして、図１０〜図１３に示した各部位の凹溝２０の深さ寸法Ｄを、残部Ｙと角部Ｚにて、（特に、その境目や角部Ｚ内にて、）如何に変化させるかに関しては、前実施の形態の図６に於て述べたと同様とする。即ち、図９〜図１５に示す実施の形態にあっても、図６に於けるイ，ロ，ハの内のいずれを選択するも自由であり、あるいは、このイ，ロ，ハを適宜組み合わせるも望ましい。

次に、図１４と図１５に於て、受圧（使用）状態を示し、同図では右側を高圧側として、右側のベーンシール９が流体圧力Ｐを受けて開脚せんとしている。角部Ｚを除いた残部Ｙにあっては、図１４に示す如く、凹溝２０の深さ寸法Ｄｙが小さく、従って、凹溝２０の内面の受圧面積が小さく、（図７のグラフ図に示したように）接触面圧力Ｐｘは比較的小さい。これに対し、角部Ｚにあっては、図１５に示すように、凹溝２０の深さ寸法Ｄｚが大きく、凹溝２０の受圧面積が大きく、接触面圧力Ｐｘは十分に大きくできる。

このように、角部Ｚが存在するために、全体門型のベーンシールでは、内部漏洩（内部リーク）を減少させることが至難であるという従来の常識を破って、シール性能の著しい改善が達成できた。特に、最近の流体の高圧化の傾向に十分に対応できる発明であるといえる。

図９〜図１５に於て、主としてベーン６の可動側ベーンシール９について説明したが、これを固定側のベーンシール５にも、そのまま適用可能である。つまり、図１４，図１５で示したべーン６と内周面１０は、各々、シュー４と外周面７Ａに、置き換えて考えれば容易に理解可能である。
なお、図１に於て、ベーン６・シュー４が１８０°対称位置に各２個配設されているが、これを単数個としたり、３個以上とするも、自由である。

本発明は、以上述べたように、回転主軸７側のべーン６の門型凹溝３に装着されるベーンシールに於て、全体が門型の弾性ゴムのシール本体１１と、ロータリアクチュエータＲのケーシング１の内周面１０及び両内端面１２，１２に摺接するようにシール本体１１の反溝底側の外面１３に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材１４と、から構成され、シール本体１１は横断面Ｘ字型として両面に凹溝２０，２０を有すると共に、シール本体１１の全体門型の両角部Ｚ，Ｚに於ける凹溝２０の深さ寸法Ｄｚを、両角部Ｚ，Ｚを除いた残部Ｙの深さ寸法Ｄｙよりも、大きく設定した構成であるので、構造が簡易でありながら、往復作動用に適用可能であり、特に、従来は至難とされていた（門型べーンシールの）角部Ｚ，Ｚからの内部漏洩を、著しく低減でき、高圧化したロータリアクチュエータに好適なシールである。

また、本発明は、ロータリアクチュエータＲのケーシング１側のシュー４の門型凹溝３に装着されるベーンシールに於て；全体が門型の弾性ゴムのシール本体１１と；ロータリ本体２の回転主軸７の外周面７Ａ、及び、ケーシング１の両内端面１２，１２に接触するように、シール本体１１の反溝底側の外面１３に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材１４と；から構成され、シール本体１１は横断面Ｘ字型として両面に凹溝２０，２０を有すると共に、シール本体１１の全体門型の両角部Ｚ，Ｚに於ける凹溝２０の深さ寸法Ｄｚを、両角部Ｚ，Ｚを除いた残部Ｙの深さ寸法Ｄｙよりも、大きく設定したので、構造が簡易であり、往復作動用に適用でき、特に、従来は至難と考えられてきた角部Ｚ，Ｚからの内部リークを、著しく低減できる。

また、本発明は、回転主軸７側のべーン６の門型凹溝３に装着されるベーンシールに於て、全体が門型の弾性ゴムのシール本体１１と、ロータリアクチュエータＲのケーシング１の内周面１０及び両内端面１２，１２に摺接するようにシール本体１１の反溝底側の外面１３に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材１４と、から構成され、シール本体１１は受圧側に凹溝２０を有する横断面Ｕ字型であって、シール本体１１の全体門型の両角部Ｚ，Ｚに於ける凹溝２０の深さ寸法Ｄｚを、両角部Ｚ，Ｚを除いた残部Ｙの深さ寸法Ｄｙよりも、大きく設定したので、従来は至難とされてきた角部Ｚ，Ｚからの内部リークを、確実に低減でき、高圧化したロータリアクチュエータにも適用できる。

また、本発明は、ロータリアクチュエータＲのケーシング１側のシュー４の門型凹溝３に装着されるベーンシールに於て；全体が門型の弾性ゴムのシール本体１１と；ロータリ本体２の回転主軸７の外周面７Ａ、及び、ケーシング１の両内端面１２，１２に接触するように、シール本体１１の反溝底側の外面１３に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材１４と；から構成され、シール本体１１は受圧側に凹溝２０を有する横断面Ｕ字型であって、シール本体１１の全体門型の両角部Ｚ，Ｚに於ける凹溝２０の深さ寸法Ｄｚを、両角部Ｚ，Ｚを除いた残部Ｙの深さ寸法Ｄｙよりも、大きく設定したので、回転主軸７の外周面７Ａとケーシング１の内端面１２とに摺接する固定側のベーンシール５として、角部Ｚ，Ｚからの内部リークを有効、かつ、確実に、著しく低減でき、ロータリアクチュエータのシール性の改善に大きく貢献できる。

１ケーシング
２ロータリ本体
３門型凹溝
４シュー
５ベーンシール
６ベーン
７回転主軸
７Ａ外周面
８門型凹溝
９ベーンシール
１０内周面
１１シール本体
１２内端面
１３外面
１４被覆材
１６内面
２０凹溝
Ｚ角部
Ｙ残部
Ｒロータリアクチュエータ
Ｄｚ，Ｄｙ深さ寸法

Claims

回転主軸（７）側のべーン（６）の門型凹溝（３）に装着されるベーンシールに於て、全体が門型の弾性ゴムのシール本体（１１）と、ロータリアクチュエータ（Ｒ）のケーシング（１）の内周面（１０）及び両内端面（１２）（１２）に摺接するように上記シール本体（１１）の反溝底側の外面（１３）に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材（１４）と、から構成され、上記シール本体（１１）は横断面Ｘ字型として両面に凹溝（２０）（２０）を有すると共に、上記シール本体（１１）の全体門型の両角部（Ｚ）(Ｚ)に於ける上記凹溝（２０）の深さ寸法（Ｄｚ）を、上記両角部（Ｚ）（Ｚ）を除いた残部（Ｙ）の深さ寸法（Ｄｙ）よりも、大きく設定したことを特徴とするロータリアクチュエータ用ベーンシール。
ロータリアクチュエータ（Ｒ）のケーシング（１）側のシュー（４）の門型凹溝（３）に装着されるベーンシールに於て、
全体が門型の弾性ゴムのシール本体（１１）と、
ロータリ本体（２）の回転主軸（７）の外周面（７Ａ）、及び、上記ケーシング（１）の両内端面（１２）（１２）に接触するように、上記シール本体（１１）の反溝底側の外面（１３）に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材（１４）と、
から構成され、上記シール本体（１１）は横断面Ｘ字型として両面に凹溝（２０）（２０）を有すると共に、上記シール本体（１１）の全体門型の両角部（Ｚ）(Ｚ)に於ける上記凹溝（２０）の深さ寸法（Ｄｚ）を、上記両角部（Ｚ）（Ｚ）を除いた残部（Ｙ）の深さ寸法（Ｄｙ）よりも、大きく設定したことを特徴とするロータリアクチュエータ用ベーンシール。
回転主軸（７）側のべーン（６）の門型凹溝（３）に装着されるベーンシールに於て、全体が門型の弾性ゴムのシール本体（１１）と、ロータリアクチュエータ（Ｒ）のケーシング（１）の内周面（１０）及び両内端面（１２）（１２）に摺接するように上記シール本体（１１）の反溝底側の外面（１３）に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材（１４）と、から構成され、上記シール本体（１１）は受圧側に凹溝（２０）を有する横断面Ｕ字型であって、上記シール本体（１１）の全体門型の両角部（Ｚ）(Ｚ)に於ける上記凹溝（２０）の深さ寸法（Ｄｚ）を、上記両角部（Ｚ）（Ｚ）を除いた残部（Ｙ）の深さ寸法（Ｄｙ）よりも、大きく設定したことを特徴とするロータリアクチュエータ用ベーンシール。
ロータリアクチュエータ（Ｒ）のケーシング（１）側のシュー（４）の門型凹溝（３）に装着されるベーンシールに於て、
全体が門型の弾性ゴムのシール本体（１１）と、
ロータリ本体（２）の回転主軸（７）の外周面（７Ａ）、及び、上記ケーシング（１）の両内端面（１２）（１２）に接触するように、上記シール本体（１１）の反溝底側の外面（１３）に被覆される低摩擦性樹脂の被覆材（１４）と、
から構成され、上記シール本体（１１）は受圧側に凹溝（２０）を有する横断面Ｕ字型であって、上記シール本体（１１）の全体門型の両角部（Ｚ）(Ｚ)に於ける上記凹溝（２０）の深さ寸法（Ｄｚ）を、上記両角部（Ｚ）（Ｚ）を除いた残部（Ｙ）の深さ寸法（Ｄｙ）よりも、大きく設定したことを特徴とするロータリアクチュエータ用ベーンシール。