JP5889651B2

JP5889651B2 - ベーンシール

Info

Publication number: JP5889651B2
Application number: JP2012014791A
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: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP2013155768A

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個の角部が存在し、かつ、両脚部の端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、レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る２本の摺接リングを備えると共に、該摺接リングにて外周面が被覆された、受圧用凹溝部を有する２本の弾性ゴム材を備え、回転主軸側のべーン、又は、ケーシング側のシューに、形成されたアキシャル方向にストレート状のシール用凹溝に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成されたロータリアクチュエータ用ベーンシールであって、全体形状がレーストラック状の帯板材の全周縁角部に沿って、横断面小矩形状に切欠いた断面十字型である補強芯材を具備し、上記弾性ゴム材はレーストラック形の閉環状として、上記摺接リングの内側に密接して嵌着されると共に、上記受圧用凹溝部が、横断面において左右外方向を向くように上記弾性ゴム材が配設されて、該弾性ゴム材と摺接リングを、上記小矩形状に切欠いた嵌着凹部に嵌着したものである。

また、レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る摺接リングを備えると共に、該摺接リングにて外周面が被覆された、２本の受圧用凹溝部を有する弾性ゴム材を備え、回転主軸側のべーン、又は、ケーシング側のシューに、形成されたアキシャル方向にストレート状のシール用凹溝に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成されたロータリアクチュエータ用ベーンシールであって、両端に半円弧状部を有する横断面矩形の補強芯材を備え、該補強芯材の厚さ寸法と等しい厚さ寸法の閉環状の弾性ゴム材にて該補強芯材を包囲状に一体化すると共に、横断面一文字状の摺接リングにて上記弾性ゴム材の外周面を被覆し、かつ、２本の上記受圧用凹溝部が、横断面において左右外方向を向くように上記弾性ゴム材に設けられたものである。

また、レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る摺接リングを備えると共に、該摺接リングにて外周面が被覆された、２本の受圧用凹溝部を有する弾性ゴム材を備え、回転主軸側のべーン、又は、ケーシング側のシューに、形成されたアキシャル方向にストレート状のシール用凹溝に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成されたロータリアクチュエータ用ベーンシールであって、上記弾性ゴム材と上記摺接リングのみから構成され、上記摺接リングは横断面一文字状として、その厚さ寸法と上記弾性ゴム材の厚さ寸法を同一に設定すると共に、２本の上記受圧用凹溝部が、横断面において左右外方向を向くように上記弾性ゴム材に設けられ、上記摺接リングの内側に沿った閉環状に受圧用凹溝部が配設されているものである。

本発明によれば、従来の門型ベーンシールにあっては避けることができない、角部と脚端部に相当する部位からの流体の内部漏洩を、レーストラック形（細長の長円形）の閉環
状とした摺接リングとその内側の弾性ゴム材によって、著しく低減できる。
しかも、ベーン又はシュー側のシール用凹溝は、シンプルなストレート状で済む。弾性ゴム材は流体圧力を受けて、摺接リングを介して相手面に押付けるため、流体圧力の高低に対応した接触面圧をもって密接し、シール性（密封性）は、一層著しく向上できる。また、ゴム材のはみ出しも摺接リングによって防止され寿命が長い。

また、本発明のベーンシールは、全体がレーストラック状帯板型（即ち、細長の長円形のカセット型）であり、ベーン又はシューに、装着しやすく、長期の使用期間にわたってシール性（密封性）に関する信頼性が極めて高い。

本発明の概略構成を説明するための簡略断面図である。本発明の概略構成を説明するための簡略斜視説明図である。本発明の実施の一形態であって組立途中の状態を示す要部断面図である。本発明の実施の一形態の要部断面図である。本発明の実施の一形態の要部断面図である。本発明のベーンシールの実施の一形態を示す正面図である。図６の（VII−VII）断面拡大図である。第１の実施の形態の摺接リングを例示した図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面拡大図である。第１の実施の形態の弾性ゴム材を例示した図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面拡大図である。第１の実施の形態の補強芯材を例示した図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ断面拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ断面拡大図である。第２の実施の形態を示すと共に図６の（VII−VII）断面に対応した拡大図である。第３の実施の形態を示す拡大断面図である。第３の実施の形態における補強芯材を示す斜視図である。第４の実施の形態を示す拡大断面図である。

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、１２０°の中心角度をもってシュー４，４，４がラジアル内方向へ突設されている。
また、ロータリ本体２は、１２０°の中心角度をもってベーン６，６，６がラジアル外方向へ突設された回転主軸７を備えている。

そして、図１〜図５に示したように、ケーシング１側のシュー４、及び、回転主軸７側
のべーン６の各々には、アキシャル方向Ｌ_７にストレート状のシール用凹溝３，８が形成
されている。なお、Ｌ_０は回転主軸７の軸心を示し、上記アキシャル方向Ｌ_７とは、この
軸心Ｌ_０と平行な方向をいう。

可動側のベーンシール９は、回転主軸７のベーン６のストレート状凹溝８に装着されている（図１と図２では２点鎖線をもってベーンシール９を簡略に図示した）。そして、固定側のベーンシール５は、ケーシング１側のシュー４のストレート状凹溝３に装着されている（図１と図２では２点鎖線をもってベーンシール５を簡略に図示した）。

このベーンシール９，５は、図３〜図１０に示す第１の実施形態に於ては、細長状でレーストラック形の閉環状の摺接リング１１を備え、その材質は、ＰＴＦＥ、又は、ポリアミド系樹脂やポリエチレン樹脂等の低摩擦性，耐摩耗の樹脂が好適である。なお、レーストラック形（レーストラック状）とは競技場におけるトラック形（長円形）を意味し、平行な２本のストレート部Ｓ，Ｓと（その両端の）コーナー部（半円弧部）Ｃ，Ｃとから成る（図８，図９参照）。

また、１２はその外周面１３が上記摺接リング１１にて被覆された弾性ゴム材であって、上述のレーストラック形の閉環状である。また、受圧用凹溝部１５を有する横断面形状が略Ｕ型である。材質としては従来公知のシール用ゴムを、使用流体に応じて使用される。

次に、１６は横断面十字型の補強芯材を示し、その横断面形状を図１０（Ｂ）（Ｃ）に基づいて説明すると、全体形状がレーストラック状の帯板材１８（図１０（Ｂ）に於て２点鎖線をプラスした全体矩形断面の部分）の全周縁角部１７，１７に沿って、横断面小矩形状１９に切欠いて（図１１（Ｂ）（Ｃ）の２点鎖線参照）、断面十字型とする。

つまり、図１０（Ａ）(Ｂ)（Ｃ）に示すように、レーストラック状の全周縁角部１７に沿って小矩形状１９に切欠いて、嵌着凹部２０を形成する。この補強芯材１６は十分な強度と剛性を有する材質とし、例えば、金属としたり、硬質樹脂とする。

図１０に示した横断面十字型であって、表裏両面の全周縁にわたって形成されたレーストラック形の嵌着凹部２０，２０に、レーストラック形の閉環状の弾性ゴム材１２，１２（図９参照）が、嵌着され、しかも、各弾性ゴム材１２の凹溝部１５は、受圧可能なように、（図７のように）左右外方向を向く。さらに、摺接リング１１は、図８に示したように、横断面一文字型で、全体はレーストラック形の閉環状として、弾性ゴム材１２の外側に密嵌されて、ベーンシール５，９の全体は、図４〜図７に示すレーストラック状帯板型（カートリッジ型）に組立てられる。
このように組立てられたレーストラック状の全体帯板型ベーンシール９，５は、図４，図５及び図１〜図３に示すように、シール用凹溝８，３に装着される。

ところで、ベーン６自体も、図２と図４に示すように、レーストラック形であり、図例では、各ベーン６は２枚のレーストラック状帯板片６Ａ，６Ａを、回転主軸７の外周面から突設し、その間にレーストラック形のシール用凹溝８を形成し、これにレーストラック状帯板型（カートリッジ型）のベーンシール９が装着されるのである。

そして、図４に示すように、ケーシング１の側壁部１Ｂの内面側には、横断面が半円弧形の円環状凹溝４５が形成されている。この円環状凹溝４５は、回転主軸７の軸心Ｌ_７を中心とする円形溝であって、図８と図６に於て符号Ｃをもって示した半円弧部（コーナー部）Ｃが対応し、凹溝４５に、ベーンシール９の摺接リング１１の半円弧部Ｃが密接しつつ摺動可能である。より詳しく言えば、図６に示したレーストラック形のストレート部Ｓの長さ寸法と、ケーシング１の円筒壁部１Ａの軸心方向寸法とを相等しく設定し、図６のストレート部Ｓとコーナー部Ｃの境目が、図６に於ける側壁部１Ｂと円筒壁部１Ａとの当接位置に、該当する。さらに、回転主軸７に於て、上記境目に一致する軸心方向位置にて、小寸法の段差部（段付部）４６を形成している。

このような構成の本発明に係るベーンシール９が用いられる密封構造にあっては、レーストラック形のストレート部Ｓとコーナー部（半円弧部）Ｃの曲がり変化が緩やかである点を巧妙に活用して、従来の門型ベーンシールの角部が存在しない全体の形状をもって、摺動密封作用をなすため、密封性能（シール性能）は著しく向上でき、しかも、耐久性も改善できる。

次に、固定側ベーンシール５が装着されるシュー４側の密封構造について説明すれば、シュー４自体も、図５に示すようにレーストラック形であり、例えば、２枚のレーストラック状帯板片を、円筒壁部１Ａの内周面１０から突設し、２枚の帯板片の間に、レーストラック形のシール用凹溝３を形成し、これにレーストラック状帯板型（カートリッジ型）のベーンシール９が装着される。

側壁部１Ｂの内面側の横断面半円弧形の凹溝４５は、この固定側ベーンシール５に、そのまま共用される。ベーンシール５の半円弧部Ｃは、半円弧形の凹溝４５に静止（固定）状態で密に圧接し、十分に良好な密封性能が得られる。また、ラジアル外方寄りのストレート部Ｓは、シール用凹溝３の溝底面に静止（固定）状態で密に圧接し、十分に良好な密封性能を発揮する。

そして、ラジアル内方寄りのストレート部Ｓは、回転主軸７の外周面に密に圧接しつつ摺動して、良好な動的密封性能を発揮する。また、既述の可動側ベーンシール９と同様に、図６のストレート部Ｓとコーナー部Ｃの境目が、図５に於ける側壁部１Ｂと円筒壁部１Ａとの当接位置、及び、段付部４６の位置に、該当しているので、レーストラック形のストレート部Ｓからコーナー部（半円弧部）Ｃへの緩やかな曲がり変化のある位置にて、固定側ベーンシール５が、回転主軸７の外周面との摺動部位と、固定側の側壁部１Ｂとの境目Ｙ（図５参照）に於ける密封性（シール性）を、安定して著しく良好に、維持でき、耐久性も優れている。

ところで、図７〜図１０に示した第１の実施の形態では、Ｕ型横断面の弾性ゴム材１２は、外周面側に勾配２１を、（自由状態、及び、カートリッジとしての状態で、）形成しており、外嵌した摺接リング１１とは単に圧接状態であって、接着されていない。

これに対して、図１１に示した第２の実施の形態では、弾性ゴム材１２の勾配２１に一致した傾斜状の一文字型の摺接リング１１の内面と、弾性ゴム材１２の勾配２１のある外面とは、接着や融着等によって、一体化している。この図１１では、摺接リング１１は、横断面形状が平行四辺形となって、外側角部２２が鋭角となり、ベーン６，シュー４に装着した使用状態下で、摺接相手面に対して高い面圧にて接触して、シール性能が向上する利点がある。

次に、図１２と図１３に示した第３の実施の形態について説明する。補強芯材１６の形状が両端に半円弧状部１６Ａ，１６Ａを有する横断面矩形であって、この補強芯材１６の厚さ寸法Ｗ_１６と等しい厚さ寸法Ｗ_１２の閉環状の弾性ゴム材１２にて、この補強芯材１６を包囲状として一体化すると共に、横断面一文字状の摺接リング１１にて弾性ゴム材１２の外周面２３を被覆した構成である。摺接リング１１の全体の正面形状は、図８（Ａ）と同様に見える。また、摺接リング１１の内周面と、弾性ゴム材１２の外周面２３とは接着や融着等にて、一体化するか、あるいは、単に圧接状に組付けるのみであっても、自由に選択可能である。また、摺接リング１１の内側に沿って閉環状に受圧用凹溝部１５，１５が配設される。

なお、図１２に於て、摺接リング１１の厚さ寸法Ｗ_１１については、前記厚さ寸法Ｗ_１６及びＷ_１２と同一とするのが好ましい。また、図１２に於て、２点鎖線にて示したように、摺接リング１１の外面の両端を三角山型２４，２４に僅かに突設させ、相手面への接触面圧を高めて密封性能を向上させるも望ましい。

次に、図１４に示した第４の実施の形態について説明する。このベーンシール５，９は、既述の第１〜第３の実施の形態の補強芯材１６を省略した構成である。つまり、弾性ゴム材１２と、摺接リング１１のみから構成される。

摺接リング１１は、横断面一文字状として、その厚さ寸法Ｗ_１１と弾性ゴム材１２の厚さ寸法Ｗ_１２を同一に（等しく）設定する。かつ、弾性ゴム材１２の受圧面側２５，２５には、摺接リング１１の内側に沿った閉環状に受圧用凹溝部１５が配設される。さらに説明すれば、図８（Ａ）と同様に見えるレーストラック形の摺接リング１１をもって、レーストラック状の帯板型の弾性ゴム材１２の外周面２３を被覆した構成であり、相互に接着や融着等にて一体化しても、単に密嵌状態（圧接状）に組付けても良い。

また、図１４に於て、２点鎖線にて示すように、摺接リング１１の外面の両端を三角山
型２４，２４に僅かに突出して、相手面への接触面圧を高めるも望ましい。

なお、本発明は図示の実施の形態に限られずに設計変更自由であって、ベーン６，シュー４の各個数を単数としたり、２枚とするも自由であり、４個以上とすることも可能である。また、各々のべーン６，シュー４に２個のシール用凹溝８，３を設けて、１個のべーン６、１個のシュー４に、２個のベーンシール９，５を装着しても良い。

本発明は、以上述べたように、レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る摺接リング１１を備えると共に、摺接リング１１にて外周面１３が被覆された、受圧用凹溝部１５を有する弾性ゴム材１２を備え、回転主軸７側のべーン６、又は、ケーシング１側のシュー４に、形成されたアキシャル方向Ｌ_７にストレート状のシール用凹溝８，３に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成された構成であるので、摺接リング１１の全体形状には全く角部が無く、全周にわたって均等な接触面圧をもってシール性能を発揮する。このように、従来の門型のベーンシールに比較すると、門型の角部、及び、両脚部の端部からの内部漏洩の問題が解決されて、内部漏洩（内部リーク）の著しい減少を達成できる。従って、ロータリアクチュエータ用として、シール性能（密封性）が優れたベーンシールを実現できる。また、レーストラック形としたので、摺接リング１１・弾性ゴム材１２には応力集中による亀裂等の問題も解決されて、耐久性も優れる。
さらに、弾性ゴム材１２は、流体圧力を受けて、摺接リング１１を相手面に押圧するので、流体圧力の高低変化に対応した接触面圧をもって密接して、シール性能（密封性）が優れ、特に、高圧化にも対応可能なベーンシールである。
また、全体レーストラック形（即ち、細長長円形カセット型）であるので、シール用凹溝８，３へ装着し易く、かつ、長期の使用期間にわたって（シール性能についての）信頼性は極めて高い。

また、本発明は、全体形状がレーストラック状の帯板材１８の全周縁角部１７，１７に沿って、横断面小矩形状１９に切欠いた断面十字型である補強芯材１６を具備し、弾性ゴム材１２はレーストラック形の閉環状として、摺接リング１１の内側に密接して嵌着されると共に、弾性ゴム材１２と摺接リング１１を、小矩形状１９に切欠いた嵌着凹部２０に嵌着した構成であるので、弾性ゴム材１２と摺接リング１１は、補強芯材１６によって、常時安定姿勢を保ち、シール性能に関する信頼性は一層高いと共に、弾性ゴム材１２の食い込み等の問題も防止されて、耐久性も向上される。

また、本発明は、両端に半円弧状部１６Ａ，１６Ａを有する横断面矩形の補強芯材１６を備え、補強芯材１６の厚さ寸法Ｗ_１６と等しい厚さ寸法Ｗ_１２の閉環状の弾性ゴム材１２にて補強芯材１６を包囲状に一体化すると共に、横断面一文字状の摺接リング１１にて弾性ゴム材１２の外周面２３を被覆した構成であるので、小型のロータリアクチュエータにも好適となり、製造も容易となる。

また、弾性ゴム材１２と摺接リング１１のみから構成され、摺接リング１１は横断面一文字状として、その厚さ寸法Ｗ_１１と弾性ゴム材１２の厚さ寸法Ｗ_１２を同一に設定すると共に、弾性ゴム材１２の受圧面側２５には、摺接リング１１の内側に沿った閉環状に受圧用凹溝部１５が配設されているので、小型化も図り易く、小型のロータリアクチュエータにも好適であり、製造も容易となる。

１ケーシング
３，８シール用凹溝
４シュー
５，９ベーンシール
６ベーン
７回転主軸
１１摺接リング
１２弾性ゴム材
１３外周面
１５受圧用凹溝部
１６補強芯材
１６Ａ半円弧状部
１７全周縁角部
１８帯板材
１９小矩形状
２０嵌着凹部
２３外周面
２５受圧面側
Ｌ_７アキシャル方向
Ｗ_１１，Ｗ_１２，Ｗ_１６厚さ寸法

Claims

レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る２本の摺接リング（１１）を備えると共に、該摺接リング（１１）にて外周面（１３）が被覆された、受圧用凹溝部（１５）を有する２本の弾性ゴム材（１２）を備え、回転主軸（７）側のべーン（６）、又は、ケーシング（１）側のシュー（４）に、形成されたアキシャル方向（Ｌ_７）にストレート状のシール用凹溝（８）（３）に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成されたロータリアクチュエータ用ベーンシールであって、
全体形状がレーストラック状の帯板材（１８）の全周縁角部（１７）（１７）に沿って、横断面小矩形状（１９）に切欠いた断面十字型である補強芯材（１６）を具備し、
上記弾性ゴム材（１２）はレーストラック形の閉環状として、上記摺接リング（１１）の内側に密接して嵌着されると共に、上記受圧用凹溝部(１５)が、横断面において左右外方向を向くように上記弾性ゴム材（１２）が配設されて、該弾性ゴム材（１２）と摺接リング（１１）を、上記小矩形状（１９）に切欠いた嵌着凹部（２０）に嵌着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。
レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る摺接リング（１１）を備えると共に、該摺接リング（１１）にて外周面（１３）が被覆された、２本の受圧用凹溝部（１５）を有する弾性ゴム材（１２）を備え、回転主軸（７）側のべーン（６）、又は、ケーシング（１）側のシュー（４）に、形成されたアキシャル方向（Ｌ _７）にストレート状のシール用凹溝（８）（３）に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成されたロータリアクチュエータ用ベーンシールであって、
両端に半円弧状部（１６Ａ）（１６Ａ）を有する横断面矩形の補強芯材（１６）を備え、該補強芯材（１６）の厚さ寸法（Ｗ _１６）と等しい厚さ寸法（Ｗ _１２）の閉環状の弾性ゴム材（１２）にて該補強芯材（１６）を包囲状に一体化すると共に、横断面一文字状の摺接リング（１１）にて上記弾性ゴム材（１２）の外周面（２３）を被覆し、かつ、２本の上記受圧用凹溝部（１５）が、横断面において左右外方向を向くように上記弾性ゴム材（１２）に設けられ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。
レーストラック形の閉環状であって低摩擦性樹脂から成る摺接リング（１１）を備えると共に、該摺接リング（１１）にて外周面（１３）が被覆された、２本の受圧用凹溝部（１５）を有する弾性ゴム材（１２）を備え、回転主軸（７）側のべーン（６）、又は、ケーシング（１）側のシュー（４）に、形成されたアキシャル方向（Ｌ _７）にストレート状のシール用凹溝（８）（３）に装着される全体形状がレーストラック状帯板型に形成されたロータリアクチュエータ用ベーンシールであって、
上記弾性ゴム材（１２）と上記摺接リング（１１）のみから構成され、上記摺接リング（１１）は横断面一文字状として、その厚さ寸法（Ｗ _１１）と上記弾性ゴム材（１２）の厚さ寸法（Ｗ _１２）を同一に設定すると共に、２本の上記受圧用凹溝部（１５）が、横断面において左右外方向を向くように上記弾性ゴム材（１２）に設けられ、上記摺接リング（１１）の内側に沿った閉環状に受圧用凹溝部（１５）が配設されている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。