JPH04504293A - 封止装置およびこれを組込んだ捩り作動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 封止装置およびこれを組込んだ捩り作動橋本発明は、広義において、２個の相対 移動しうる部材の対向面にて前記部材により閉じ込められた圧力下の流体が漏れ ないよう封止する封止装置に関するものである。

この封止装置は、以下説明するように、格別の封止問題が存在する流体圧力捩り 作動機に使用するため特に適用することができる。

本発明を案出した種類の流体圧力捩り作動機は、内部キャビティを形成する離間 した端壁部と周壁部とを有するケーシング、およびこのケーシング内に配置され ると共にその端壁部間で軸線を中心として角度移動しつるロータを備え、このロ ータはケーシングの周壁部および端壁部と連携する少なくとも１個の羽根構造を 有して、ロータがその角度移動を行なった際に容積を変化する少なくとも２個の チャンバを形成する。可変容積のチャンバに対する圧力下の流体の供給およびそ の放出はロータを角度移動させる。使用する流体は液体、典型的には液圧油であ る。

この種の流体圧力捩り作動機に関し、２つの封止問題が存在する。第１の問題は 、ロータの各羽根構造とこの羽根構造が相対移動するケーシングの端壁部および 内周壁部との間に液密シールを形成して、可変容積のチャンバ間における流体の 漏れを防止することである。第２の問題は、ロータとケーシングの各端壁部との 間にシールを形成して、各可変容積のチャンバ間およびこれらチャンバとケーシ ング中に延びかつ角度移動するようロータを支持したシャフトとの間の両者にお ける漏れを防止することである。後者のシールは圧力下の流体がシャフトまで到 達するのを防止する環状構成の配置を必要とし、その環状構成にも拘らず各可変 容積のチャンバ間における流体の外周漏れに対する通路を形成してはならない。

このような外周漏れを防止する必要性のため、ロータの羽根を封止するのに適し かつロータ内の溝部に配置された封止部材（この封止部材は、圧力下の流体を溝 部中に流入させて封止部材をケーシングの端壁部と係合するまで押圧させうるの に充分なりリアランスを以て溝部に嵌合する）を備える種類のシールは満足しえ ない。圧力下の流体を流入させるための溝部における封止部材の必要なりリアラ ンスは、必ず溝部周囲における流体の外周漏れをもたらしつる。

したがって本発明の目的は、流体の外周漏れの問題を解消すべ（流体圧力捩り作 動機に上記したように使用するのに適したシールを提供することである。しかし ながら、本発明により提供される封止装置は、同様な問題が生ずる用途に広範に 適用しうろことが了解されよう。さらに本発明の目的は、この種のシールを備え ると共に以下説明する他の面においても有利な設計を有する作動機を提供するこ とである。

本発明によれば、２個の相対移動しつる部材の対向面にて、これら部材により閉 じ込められた圧力下の流体の漏れを封止する封止装置において： 前記部材の一方に形成されて他方の部材の表面に対面する溝部と； この溝部に配置されて他方の部材の表面に係合する封止面を有すると共に、溝部 に対し横方向の断面で見て溝部の底部方向に延びる傾斜楔面を有する封止部材と ；封止部材と溝部の底部との間で溝部内に配置されて封止部材の楔面に対応する と共にこれに係合する傾斜楔面、および溝部と実質的に同じ幅であってその底部 に対面する圧力面を有するスラスト部材と； 圧力下の流体を溝部に供給してスラスト部材の圧力面に作用させる手段と からなることを特徴とする封止装置が提供される。

本発明の封止装置において、圧力下の流体はスラスト部材の圧力面に力を加えて 、スラスト部材を溝部の底部から離間させるよう押圧する。次いで、スラスト部 材は封止部材に力を加えて、その封止部を相対移動しうる他方の部材の表面と封 止係合するまで押圧する。封止部材とスラスト部材との対応する傾斜楔面は、こ れら２個の部材が一緒になってその幅方向に完全に溝部を占拠すると共に流体の 圧力よりも大きい圧力を溝壁部に加えるという結果をもたらし、したがって溝部 に沿った方向での流体の漏れの可能性がない。封止部材の封止面は他方の相対移 動しうる部材と係合して、溝部の幅方向における漏れに対し効果的である。

好ましくは、溝部にはその底部とスラスト部材との間にバネ手段を設けて、流体 圧力が加えられない場合にもスラスト部材を溝部の底部から離間して封止部材と 係合するまで偏倚させる。この種のバネ手段は、たとえば後記するようにＯ−リ ングとすることができる。

後記実施例における捩り作動機に適用する際、封止装置は軸線を中心として相対 的に角度移動しうる部材のほぼ半径方向に延在する面の間を封止すると共に、溝 部と封止部材とスラスト部材とは全て環状構成を有する。特に、封止装置は作動 機におけるロータの端面とそのケーシングの対向端壁面との間を封止する。

本発明による封止装置を流体圧力捩り作動機に適用するには、圧力下の流体を最 高圧力にて流体を含有する可変容積のチャンバから封止装置の溝部に供給せねば ならない。したがって本発明は、最高圧力にて流体を含有するチャンバと封止装 置の溝部との間に連通を与えるよう自動的に作動しつる弁手段を設ける。

以下、添付図面を参照して本発明を実施例につきさらに説明する。

第１図は本発明による封止装置を設けた流体圧力捩り作動機の横断面図（第２図 の１−１線断面図）であり、第２図は作動機の部分の縦断面図（第１図の２−２ 線断面図）であり、 第３図は第２図の部分の拡大図であり、第４図は本発明による流体圧力捩り作動 機の他の実施例の横断面図（第５図の４−４線断面図）であり、第５図は作動機 の縦断面図（第４図の５−５線断面図）であり、 第６図は作動機の他の横断面図（第５図の６−６線断面図）である。

先ず最初に図面の第１図および第２図を参照して、図示した捩り作動機は２枚の 端板１１の間に固定された部分１０を有するケーシングからなっている。このケ ーシング部分１０はキャビティの外周を形成する内壁部を有し、この壁部は２つ の対向した部分円筒部１２を有する。

端板１１は互いに対向する平面状端壁部を形成し、これら壁部の部分が第２図お よび第３図に参照符号１３で見られる。端板１１とケーシング部分１０とは、そ の間孔部１４を貫通する多数のボルトにより互いに合体保持される。

作動機のケーシングにより設けられたキャビティの内部には、一般に参照符号１ ５で示すロータが配置される。

ロータ１５は中空円筒の形態の本体部分１６からなり、作動機を貫通して各端板 １１におけるベアリング１９．２０により軸線２１を中心として回転するよう支 持されたシャフト１８に対しトルク伝達係合部を添え継いだ内側孔部１７を備え る。ロータの本体部分１６は、部分円筒状の対向する外側面２２を有する。ロー タはさらに、本体部分１６から半径方向外方に互いに直径方向で対向して延在す る羽根２３を備える。各羽根２３はその先端にシール２４を備え、このシールは ケーシング部分１０の各部分円筒状の周壁部１２と係合する。羽根２３はさらに 側部シール（図示せず）をも備えて、端板１１で互いに対面する端壁部１３と封 止係合する。周壁部１２の間にてケーシング部分１０はシール２６が設けられた 内方向に延びる当接部２５を有し、シール２６はロータ本体１６の円筒表面部分 ２２と接触する。かくして、ケーシングとロータとの間には第１のチャンバ対２ ７と、ロータが軸線２１を中心としてケーシング内で角度移動する際に容積が変 化しうる第２のチャンバ対２８とが形成される。シール２４．２６は慣用の種類 である。

したがって、チャンバ２７．２８に対する圧力下の流体の供給および放出は、ケ ーシング内でロータの角度移動をもたらすことが了解されよう。チャンバ２７に 対する流体の供給およびチャンバ２８からの流体の放出はロータを第１図に関し 時計方向に移動させるのに対し、チャンバ２８に対する流体の供給およびチャン バ２７からの流体の放出はロータを反時計方向に移動させる。第１図にはチャン バ２７に対し流体を供給しかつ放出するための、ケーシング部分１０内の孔部３ ３によってこれらチャンバと連通した嵌合部３０．３１および外側パイプ３２を 備えるシステムが示されている。さらに、一般にパイプ３２および関連取付部と して配置された他のパイプ（図示せず）からチャンバ２８と同様に連通ずる孔部 ３４も略本されている。

ロータ１５における本体部分１６の端部と端板１１との間を封止するため各封止 装置が設けられ、これら封止装置は第２図に見ることができ、その１つを第３図 に拡大して示す。この種の封止装置の目的は、チャンバ２７．２８からの圧力下 の流体がシャフト１８およびそのベアリングに達するのを防止すると共に、ロー タ本体部分１６の端部と端板１１の表面１３との間にて周方向にチャンバ間の流 体の漏れを防止することである。各封止装置は環状配置を有し、第１図に参照符 号３６で略本したように配置される。

次に図面の第３図を特に参照して、各封止装置は一般に矩形断面形状を有する環 状溝部を備え、これを参照符号３７で示したように端板１１に設ける。溝部３７ 内には環状封止部材３８と環状スラスト部材３９とを配置する。封止部材３８は ロータ本体部分の端面４１に係合する封止面４０を備え、この封止面４０の幅は 溝部３７の幅よりも若干小さい。溝部の底部方向に封止部材３８は截頭円錐状の 面４２を有し、断面で見て傾斜楔面である。

溝部３７の底部と封止部材３８との間に配置されたスラスト部材３９は封止部材 の面４２と係合する対応の截頭円錐状もしくは傾斜した楔面４３を有すると共に 、溝部３７の底部に面しかつ溝部とほぼ同じ幅を有する後面４４を有する。封止 部材およびスラスト部材は、たとえば適する種類のＰＴＦＥのような材料とする ことができる。スラスト部材３９と溝部の底部との間には適する弾性材料の０− リング４５を配置し、これはスラスト部材３９およびしたがって封止部材３８を 溝部の外方向に偏倚させ、封止面４０がロータの面４１と係合するようにする。

封止装置はさらに圧力下の流体を溝部３７までその底部にて供給するための通路 ４６を備える。このような流体圧力は、０−リング４５により加えられるカの他 に、スラスト部材３９の面４４に対し作用して封止部材３８とその面４０とをロ ータの面４１に封止係合するよう押圧する。封止部材の封止面４０は溝部３７の 幅よりも小さい幅を有するので、流体圧力は溝部の幅とほぼ同じ幅のスラスト部 材の面４４に加わる一方、封止面４０がロータと係合する圧力は封止装置が抵抗 せねばならない流体圧力よりも大きくなるよう確保され、これにより向上した封 止を与える。しかしながら、封止は封止面４ｏが溝部とほぼ同じ幅を有する場合 にも有効である。

さらに、封止部材およびスラスト部材の係合楔面４２．４３（これは図示したよ うに約４０’の角度とすることができる）は、封止する流体の圧力よりも大きい 圧力で封止部材が溝部の壁部と係合するよう確保し、これにより確実に封止部材 は溝部の壁部と堅固に接触し続けると共に、溝部自身の周辺から漏れる可能性を 防止する。

作動機における流体の圧力がその端板１１の歪みを生ぜしめて、より大きい空隙 が面１３と４１との間に出現すれば、封止部材３８は溝部３７から一層突出して 効果的に面４１と係合し続ける。

封止装置が流体の漏れに対し効果的となるよう確保するには、圧力下の流体をこ の流体がより高い圧力にて含有されるいずれかのチャンバ対２７もしくは２８か らの通路４６に供給する必要がある。これを達成するため、通路４６およびロー タの他端部における封止装置からの対応通路（この通路はプラグ４８により閉鎖 された端板１１における穴部４７に通ずる）が、軸線２１に対し平行なケーシン グ部分１０を貫通する通路４９に連通する。

この通路４９は、これに垂直に延在する他の通路と交差し、この他の通路はチャ ンバ２８の１つに通ずる第１部分５０と取付部３０およびチャンバ２７に連通す る第２部分５１を有する。通路部分５０には通路４９との交点に隣接して座部５ ２を設ける一方、通路部分５１は挿入スリーブ５３を備えて座部５２に対向する 座部５４を与える。ボール５５を座部５２と５４との間に保持する。

かくして、チャンバ２７がチャンバ２８における流体よりも大きい圧力の流体を 含有すれば、この流体圧力はボール５５を座部５２に着座させて通路部分５０を 封鎖する。したがって、チャンバ２７内に存在する圧力の流体は通路４９および 穴部４７を介し封止装置に加えられる。他方、チャンバ２８における流体がチャ ンバ２７内の流体よりも大きい圧力であれば、ボール５５は座部５４と係合して チャンバ２８の大きい流体圧力が封止装置に加えられると共に、チャンバ２７と チャンバ２８との間で生ずる漏れを防止する。ボール５５は単一のシャツトル弁 として作用し、封止装置に常に最大圧力の流体が供給されるよう確保する。

次に図面の第４．５および６図を参照して、これらは本発明による他の捩り作動 機の実施例を示している。この作動機の実施例は、以下説明するように、第１〜 ３図の実施例よりも構成上の利点を有するが、先の実施例における封止装置の主 たる特徴を有する。

この作動機の実施例は、２つの端部１０８と１０９との間に固定された中央部１ １０を有するケーシングを備える。このケーシングは内部キャビティを形成して 、ここにロータを収容する。キャビティとロータとは第１図および第２図に関し 上記したと同じ配置を有し、したがってさらに詳細には説明しない。第４図は、 ロータの羽根１４３およびケーシング部分１１０における内周壁部の部分円筒部 １１２のみを略本する。部分円筒状壁部１１２の間にケーシング部分１１０は半 径方向内方に延びる当接部を備えて、可変容積の第１チヤンバ対１２７と第２チ ヤンバ対１２８とが設けられるようにする。第５図は、添え継ぎ孔部１１７を備 えたロータの本体部分１１６を示すが、ロータを支持して軸線１２１を中心とし て角度移動させるシャフトおよびベアリングを図示せず、これらベアリングおよ びシャフトは第２図に示されている。

ケーシングの端部１０８．１０９はそれらの間に部材１１０挟持して８個の外周 ボルトによって合体保持され、そのうち４個１０６は部分１０８から１０９まで 延在し、他の４個１０７は部分１０９から部分１０８まで延在する。

ケーシングの端部１０８．１０９は、後記するように内部に設けた通路に関し互 いに同一である。これらは、ロータ軸を支持すべくベアリングを収容した凹部の 形状および寸法に関してのみ互いに相違する。しかしながら、部分１０９は、第 ４図に示したように、端部１０８と対比して逆方向で部分１１０に取付けられる 。端部は、ケーシング部分１１０に当接すると共に可変容積のチャンバの端壁部 を形成する平面を有し、ロータの本体部分１１６の端部は図面の第２図および第 ２図を参照して上記にしたと同一の環状封止装置により端部１０８．１０９に封 止される。したがって、参照符号１０３で示したこれらシールについては以下詳 細に説明しない。

端部１０８にはその上部に孔部１２０を設け、この孔部を外部パイプもしくは可 撓性ホースに螺着して圧力下の流体を供給しかつ放出する。この孔部はチャンバ １２１に通じ、そこから穿設通路１２２が軸線１２１に対し平行な方向に延在し て、ロータと作動機のケーシングとの間に形成された可変容積のチャンバ１２８ の一方と連通する。穿設部１２３はチャンバ１２１と交差し、この穿設部はさら に孔部１２０およびチャンバ１２１の軸線に対し平行に延在する穿設部１２４と 交差する。穿設部１２３．１２４の開口端部は、それぞれ螺着プラグ１２５．１ ２６によって閉鎖される。穿設部１２４はさらに、他方の対向チャンバ１２８中 に開口する穿設部１２２に対し平行に延在した他の穿設部１３０と交差する。

ネジ付孔部１２０およびチャンバ１２１の軸線と整列して、チャンバ１２１より も若干率さい直径の通路１３１が存在する。この通路は一層小さい直径の他の通 路１３２に通じ、環状座部１３３を通路１３１と１３２との間に形成する。中空 円筒プラグ１３４をチャンバ１２１から通路１３１中へ挿入し、このプラグは座 部１３３に対向する座部１３５を与える。ボール１３６を座部１３３．１３５の 間に保持して、これら両座部の間で自由に移動するようにする。

座部１３３と１３５との間の通路１３１から、通路１３７が軸線１２１．に対し 平行な方向に延在する。この通路１３７は穿設通路１３８と直角に交差し、穿設 通路１３８は封止装置１０３が配置された端部１０８における環状溝部と交差す るまで軸線１２１の方向に半径方向で存在する。穿設通路１３８の開口端部はプ ラグ１３９により閉鎖される。穿設通路１３７の開口端部は、これがロータ本体 １１６と連携する当接部の一つを形成するケーシング部分１１０に対面すること によって閉鎖される。

チャンバ１２１から最も遠い通路１３２の端部は、軸線１２１に対し平行に延在 する通路１４０に開口して、チャンバ１２７の一方に開口する。

上記したように、端部１０９は参照符号１２０〜１２６および１３０〜１３９に よって第４図に確認されるように交差する穿設通路および関連部分の同じ配置を 有する。しかしながら、ケーシングの端部１０９は部分１０８と比較して逆方向 でケーシング部分１１０に取付けられるので、部分１０９の通路１２２および１ ３０は可変容積のチャンバ１２７に連通ずる一方、通路１４０は可変容積のチャ ンバ１２８の一方と連通する。

したがって、圧力下の流体がケーシング端部１０８のチャンバ１２１に供給され ると、これは作動機の可変容積チャンバ１２８に流入する。チャンバ１２７にお ける流体圧力がより低く、チャンバ１２７と連通した内部の通路により作動機の 他方のケーシング端部１０９から解除されたと仮定して、これはケーシングに対 する作動機のロータの運動をチャンバ１２７の容積に対しチャンバ１２８の容積 を増大させる方向に生ぜしめる。同様に、ケーシング端部１０９に対し圧力下で 供給されると共にケーシング端部１０８から放出される流体は、作動機のロータ を反対方向に移動させる。

ケーシング端部１０８．１０９のそれぞれに設けられた環状シール１０３には、 最高圧力の流体を含有する作動機のいずれかのチャンバ１２７．１２８から流体 が供給される。この流体は通路１３８．１３７．１３１およびいずれかの通路１ ３２および１４０または中空円筒プラグ１３４の通路を介しシールに達する。ボ ール１３６は単一のシャツトル弁として作用し、最高圧力にあるいずれかのチャ ンバ１２７．１２８との連通を確立すると共に他方のチャンバとの連通を遮断す る。

第１図および第２図の実施例と比較して、ケーシング部分１１０は通路または開 口部を内部に設けないことが認められよう。必要とされる通路は全てケーシング 端部１０８．１０９に設けられ、上記したように極く僅かな点においてのみ互い に相違すると共に大部分が両部材につき共通である機械加工操作によって単一種 類の鋳造物から製造することができる。ケーシング部分１１０は焼結部品として 便利に製造することができ、内部通路を持たないため後の機械加工を必要とない 。ケーシング端部における通路は全て、慣用の穿設および皿孔形成技術によって 作成することができる。

その他の点では、第４〜６図の実施例は、第３図に詳細に示した封止装置の上記 利点と同じ利点をシール１０３の操作に関して与える。

以上、流体圧力作動機のロータを封止する用途につき環状配置である本発明の封 止装置を説明したが、本発明はより一般的な有用性を有することが了解されよう 。本発明による封止装置は線状配置として、たとえば作動機ロータの羽根の先端 および側部に設けるシールとして作成することができる。

国際調査報失 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２個の相対移動しうる部材の対向面にて、これら部材により閉じ込められた 圧力下の流体の漏れを封止する封止装置において： 前記部材の一方に形成されて他方の部材の表面（４１）に対面する溝部（３７） と； この溝部に配置されて前記他方の部材の表面（４１）に係合する封止面（４０） を有すると共に、溝部に対し横方向の断面で見て溝部の底部方向に延びる傾斜楔 面（４２）を有する封止部材（３８）と；封止部材（３８）と溝部の底部との間 で溝部内に配置されて封止部材の楔面（４２）に対応すると共にこれに係合する 傾斜楔面および溝部と実質的に同じ幅であってその底部に対面する圧力面（４４ ）を有するスラスト部材（３９）と； 圧力下の流体を溝部に供給してスラスト部材の圧力面に作用させる手段（４６） と からなることを特徴とする封止装置。 ２．溝部内にはその底部とスラスト部材（３９）との間に、スラスト部材を溝部 から外方向に封止部材（３８）と係合するまで押圧するバネ手段（４５）をさら に備える請求の範囲第１項記載の封止装置。 ３．軸線（２１）を中心として互いに角度移動しうるほぼ半径方向に延在した部 材の表面間を封止すべく、前記溝部（３７）と封止部材（３８）とスラスト部材 （３９）と必要に応じバネ手段（４５）とがそれぞれ前記軸線を中心とした環状 配置を有する請求の範囲第１項または第２項記載の封止装置。 ４．内部キャビティを形成する端壁部（１３；−）および周壁部（１２；１１２ ）を有するケーシングと、このケーシング内に配置されて端壁部の間で軸線（２ １；１２１）を中心として角度移動しうるロータとを備え、このロータはケーシ ングの周壁部と連携してロータの角度移動により変動しうる容積を持った少なく とも２個のチャンバ（２７、２８；１２７、１２８）を形成する少なくとも１個 の羽根構造（２３；１４３）を有し、さらに前記チャンバに圧力下の流体を選択 的に供給する手段、およびロータの端面とケーシングの対向する端壁面との間を 封止するよう設けた請求の範囲第３項記載の封止装置（第３図；１０３）を備え ることを特徴とする流体圧力握り作動機。 ５．溝部がケーシングの端壁部に設けられた請求の範囲第４項記載の作動機。 ６．圧力下の流体を溝部に供給する手段が、溝部と流体を最高圧力にて含有する チャンバ（２７もしくは２８；１２７もしくは１２８）との間に連通を与えるよ う自動的に作動しうる弁手段を備える請求の範囲第４項または第５項記載の作動 機。 ７．前記弁手段が、流体圧力の差で移動して低圧力の流体を含有するチャンバに 至る通路（５０もしくは５１；１３２もしくは１３４）を封鎖すると共に、最高 圧力の流体を含有するチャンバに至る通路を開放しうる弁部材（５５；１３６） からなる請求の範囲第６項記載の作動機。 ８．前記ケーシングが、前記キャビティの対向端壁部を形成すると共にそれぞれ ロータの各端面で封止するよう前記封止装置の１つを有する各端部（１０８、１ ０９）を備えた請求の範囲第５項または第６項もしくは第７項のいずれかに記載 の作動機。 ９．前記端部（１０８、１０９）のそれぞれが、圧力下の流体を封止装置まで供 給する各弁手段を有する請求の範囲第８項記載の作動機。 １０．前記通路の全てを前記端部に設けた請求の範囲第９項記載の作動機。