JPS60113870A - 回転式流体圧力装置用軸封装置 - 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】 この発明は、回転式流体圧力装置、特に、回転軸とこの
装置のハウジング間で流体シールを実施する軸封装置に
関する。

この発明は多（の形式の回転式流体圧力装置に用いられ
るが、低速・高トルク（以下ＬＳＨＴという）モータに
用いて特に有効であり、この明細書でもこの形式の装置
を参考にして説明づ−る。典型的なＬＳＩ（Ｔγ秋正圧
モータおいて、高圧液体はモータによってその入口ポー
トに受入れられ、流体圧力エネルギは、ゼロータのよう
な容＆変更＠構によって出力軸の回転運動に変換される
。このようなモータは一般に、出力軸を囲むハウジング
全もち、かつモータクース内の圧力流体が回転軸とハウ
ジングとの間でモータから漏洩するのを防ぐために、回
転軸と静止ハウジングとの間に流体シールを提供するこ
とが必要である。

従来から０リング、扇形リング及び種々の唇状シールリ
ングのようなよ（知られたシール部材を具えた種々の軸
封装置が用いられている。

公知の軸封装置の多くは、シール部材が受けるケースド
レン流体圧力が１例えは３．５　Ｋ９／ｃｄ　（５０Ｐ
ＳＩンから１４．０６に麹（２００ＰＳＩ　）程度の低
圧に保たれている限りは一般に満足できるものであった
。しかしＬＳＨＴモータが、耐久性及びトルク伝達能力
という点で改良されるにつれて、この穂のモータに流通
される流体圧力は漸次増太し、多（の場合かなり大ぎい
ケースドレン圧力が生じている。

そのうえある使用目的に対しては、幾つかのＬ８ＨＴモ
ータを直列に接続すること、すなわち第１モータの出口
ボートを第２モータの入口ポートに接続することが望ま
れる。ケースドレン圧力は一般にモータ入口圧力とモー
タ出口圧力との間のある値をもつので、直列に配置され
た第１モータのケースドレン圧力＆′＠ｌ　４０．６Ｋ
ｐｃｄ（２，０００ＰＳＩ）の範囲内でのある値となり
、軸封装置は何時間もの運転中にわたってこの圧力に耐
え得ることが必要である。

ＬＳＨＴモータにおいて、軸封装置は、出力軸の時計方
向又は反時計方向に直接にモータ入口圧力を受ける。こ
のようなモータの設計においては、軸封装置は、しばし
ば２１０．９３ＫＰ／薗（３，０ＯＯＰＳＩ　）程度の
全モータ入口圧力に耐えられることが必要である。

ＬＳＨＴ油圧モータにおいて、その出力軸が回転すると
き軸の半径方向運動又は軸の変形を生ずるかなりの側方
荷重を出力軸が受けることは。

極めて一般的なことである。このような変形は、通常は
ぼ０．２５４ａｎ　（０，０１０ｉｎ　）から０．７６
２ｍ＋（０，０３０ｉｎ）の範−〇大きさをもっている
。出力軸のこのような変形は、比較的高い圧力に耐える
ことができ、かつ同時に比較的長い運転使用期間にわた
って、効果的に密封状態を継続できる軸封装置を提供す
ることを一層困難にさせる。出力軸が変形すると、変形
点においてシール部材の負荷を増大させ、この増大した
負荷により熱を発生し、終局的にシール部材が脆（なっ
て、有効な油シールを維持する能力を失わせる。このシ
ールは軸の変形に追従できず軸との接触を失うことにな
る。

従ってこの発明の目的は、軸の変形が生ずるような場合
に用いられ、高い圧力に耐えられて長期間にわたって使
用できる軸封装置を提供するにある。

この発明のさらに他の目的は、軸の変形によって生ずる
シーＪＬ／部材の負荷を減することに起因する過度の発
熱に伴うシール故障の早期発生を減じ、シール部材を軸
に附随させて接触を維持させることにある。

この発明の上記及び他の目的は、軸）・ウジング及び軸
ハウジングに囲まれ、かつ軸ハウジングから軸方向へ前
方へ延びる回転軸を具えた回転式流体圧力装置に用いら
れる新規な軸封装置を提供することによって達成される
。この軸封装置は、後方を向いた開口部を有するほぼＣ
形断面をもち、かつ密封唇状部分をもつ環状のエラスト
マシール部材を具えている。さらにこの軸封装置は非二
うストマ堀状内側支持部材を具え該支持部材は回転軸に
近接しており、大部分はエジストマシール部材の一部分
によって囲まれている。内側支持部材の後方において、
シール部材には警封唇状部分が形成され、軸封装置の後
方室内の流体圧力がこの密封唇状部分を軸に向けて偏倚
するようになっている。剛性の外側支持部材が、軸ハウ
ジングと係合しているシール部材の一部を支持するため
に設けられる。

この軸封装置は、前方部分及び密封唇状部分に隣接して
配置された後方部分音もつ内側支持部材に％徴がある。

外側支持部材は、内側支持部材の前方部分を通過する横
断面内に位置する半径方向内方へ延びる部分を有する。

シール部材は、内側支持部材の外方へ延びる部分と外側
支持部材の内方へ延びる部分との間に配置された緩衝部
分を有し、軸の半径方向の変形によって生ずる内側支持
部材の半径方向の運動を緩衝する。シール部材の密封唇
状部分は旋回部を有し、内側支持部材の後方部分はこの
旋回部の後方に延び、これにより内側支持部材の半径方
向の運動は密封唇状部分の対応する半径方向の運動を生
じてその負荷を軽減する。

この発明を限定するものではない図面において、第１図
は、米国特許第３，５７２，９８３号及び同第４，３４
３，６００号に詳細に説明され、かつこの明細書に援用
されている形式のＬＳＨＴゼロータモータを示す。

第１図に示すモータは、複数のダルト（図示を省略する
）などによって結合された複数の部分を有する。このモ
ータ１１は軸ハウジング１３、耐摩耗板１５、ゼロータ
容棟変更様構１７、ポート板１９及び弁ハウジング２１
を含む。

セロータ容秋変更機構１７は当業界では公知であり、前
記特許明細書にも詳細に述べられているのでここでは概
述するにとどめる。機構１７は複数の半円筒形開口をも
つ内歯リング２３を有し、各開口内には円筒形部材２５
が配置されている。外歯ロータ２７がリング２３内に偏
心的に配置され、該ロータ２７は円筒形部材２５の数よ
りも１つ少ない数の外歯をもち、ロータ２７をリング２
３に対して軌道運動と回転運動とをさせる。この相対軌
道運動及び回転運動は、複数の拡大兼細小流体室２９を
形成する。

第１図において、七−夕１１は、軸ノーウジフグ１３内
に配置され、軸受３３，３５によって該ハウジング内に
回転可能に支持された出力軸３１を有する。出力＠３１
は直線形内側スプライン３７を有し、主駆動軸４１の一
端にはスプライン３７と係合するクシラン形外１ｉ１１
１スプライン３９が設けられる。別のクラウン形外側ス
プライン４３か主駆動軸４１の他端に設けられ、ロータ
２７の内孔部分に形成された直線形内側スプライン４５
と係合する。この実施例においては、リング２３はフイ
固の内歯をもち、ロータ２７は６個の外歯をもつので、
ロータ２７が６回軌道運動すると完全に１回転し、主駆
動軸４１及び出力軸３１も完全に１回転する。

当業界ではよく仰られるように、弁機栴（図示せずンが
弁ハウジング２１内に配設され、該弁似構は入口ボート
４７から拡大流体室２９へ、及び縮小流体室２９から出
口ボート４９への圧力流体の流量を制御するように作用
する。

第１図とともに第２図において、モータの前方部分につ
いて若干詳細に付加説明する。軸受３３のすぐ前方（第
１．集２図で左方）に、軸ハウジング１３は１対の環状
溝をもつ小径部分５１を有する。この前方堀状溝内にし
ゃ断シール５３が配設され、その機能はモータ内へノ厘
埃、水などの侵入を防ぐことにある。後方堀状溝内には
軸封装置５５が配設され、その王たる機能は圧力流体が
出力１１ｉ１３１を通って環状流捧呈５７からモータの
外部に漏洩するのを防ぐことにある。当業界ではよ（知
られるように、モータ１１の運転中に、漏洩流体はロー
タ２７の端面と耐摩耗板１５との間から主駆動軸４１を
囲む中央ドレン区域５９内に流動する。この漏洩流体は
スプライン４３．４５及び３７．３９ならびに軸受３３
，３５を潤滑するのに用いられる。

これらの軸受を潤滑する流体は、ドレン区域５９から出
力軸３１に形成された複数の傾斜内孔６１を通って流体
室５７へ、及びそこから軸受３３，３５を通り、次いで
複数の通路６３を通って出口ボート４９に流動する。

次に第３図を参照して、軸封装置５５の構造を説明し、
その作用′５ｒ：第４．第５図を参照して説明する。第
３図において、軸封装置５５は圧鰯力がなんら作用され
ていない分解状態にあることに注意を要する。＠封装置
５５は３つの主要な部材、すなわちエラストマシール部
材６５と、内側支持部材６７と、外側支持部材６９とを
有する。

エラストマシール部材６５は、はぼ断面Ｃ形となってい
て、天然又は合成ゴムや、ニトリルのような有機化合物
のように通常用いられる任意の林料で造ることか好適で
ある。シール部材６５は密封唇状部分７１を有し、該部
分７１は軸３１の外径と締つばめ関係で取付けられた内
周部分７２をもっている。

内側支持部材６７は断面がほぼ三角形で、前方部分７３
と後方部分７５とを有する。内側支持部材６７は、軸又
はそれ自身に損傷を与えないで、軸とこすり係合が可能
な低摩擦係数をもつ剛性プラスチック又は青銅のよ５な
非エジストマ材料で形成することが好適である。

外側支持部材６９は、外側円筒形部分７７と、半径方向
内方へ延びる放射状部分７９とを有する断面かほぼＬ形
のものからなっている。外側支持部材６９は、鋼又は他
の金属、もしくは他の剛性材料で造り、シール部材６５
ｉＣ釣込み又は接着して形成されることが好適で、これ
によってシール部材６５は外側支持部材６９に対しては
回動しない。外側支持部材６９の主要機能は、シール部
材６５０半径方向外方部分を支持することにある。第４
図から明らかなように、外側支持部材６９によって提供
される支持は、シール部材６５の外径と軸ハウジング１
３の小径部分５１の内径との間の締りばめを維持するの
を助長する。

第３図においてさらにこの発明の１つの重要な特徴は、
外側支持部材６９の内方へ延びる放射状部分７９が内側
支持部材６７の前方部分を通過する横断面内に位［、す
ることである。シール部材６５は、内側支持部材６７の
前方部分７３と、外側支持部材６９の内方へ延びる放射
状部分７９との間で半径方向に配置された緩衝部分８１
を有づ−る。緩衝部分８１の機能については、第５図を
参照して後述する。

シール部材６５の密封唇状部分７１は旋回部８３をもち
、そのまわりに密封唇状部分７１は、もしこの部分７１
が内側支持部材６７で支持されなければ、シール部材６
５の残部に対して旋回し、又は撓むであろう。この発明
の他の重要な％徴は、内側支持部材６７の後方部分７５
が旋回部８３より軸方向彼方へ延び、これによって後方
部分７５の一部分が、密封唇状部分７１の一部分によっ
て囲われることである。

次に主として第４図について、この発明の軸封装置５５
かモータ内に組込まれたとき、バックアップリング８５
が軸封装置５５の前方において、軸３１と小径部分５１
との間に挿入されることがわかるであろ５゜／ミソクア
ップリンタ８５の主な機能は、当業界ではよく知られて
いるように、内側支持部材６７のいずれかの部分が押出
されるのを防ぐことにある。纂４図からまた既述のよう
に、密封唇状部分７１の内周部分７２は、出力軸３１の
外径と締りばめ関係にある。しかし、この発明の特徴は
、密封唇状部７１と軸３１との間の軸方向係合長さを、
比較的短い状態で軸の適切なシールと軸の半径方向運動
を吸収することにある。

＠３１と内側支持部材６７との間に係合状態を生じない
で、はぼ０．０５１ｙｎｍ　（０，００２ｉｎ　）から
０．１２７ｍｍ　（０，００５ｉｎ　）の範囲内のいず
れかの太ささの半径方向軸運動（変形）を許すように、
軸３１の外径に対して内側支持部材６７の内径を決める
のが好デしい。軸３１の正常又は心出し状態を示すＭ４
図において、軸と内側支持部材６７の内径との間の半径
方向すきまは、説明のために若干誇張して表現されてい
る。

次に第５図において、この発明による軸封装［５５の機
能について述べる。第５図において、軸３１は十分大き
い側方荷重を受けて、第４図に示す軸３１の外径と内側
支持部材６７の内径との間の半径方向すきまよりも大き
い距離を半径方向に移動しているものと仮定する。軸の
このような半径方向運動は、内側支持部材６７上の円周
方向のある位置において、第５図に示すように軸と内側
支持ｓ羽の内径との間に保合を生する。軸と内側支持部
材との保合は、外側支持部材６９とシール部材６５に対
する内側支持部材の半径方向（２）５図において上方）
への連載を生ずる。

内側支持部材６７のこのような運動が起こＺと、シール
母材６５の緩衝部分８１は圧縮されるので、内側支持部
材６７と外側支持部材６９との間の半径方向距離は、第
５図で示す距離Ｙである。第４図に示す正常な心出し位
置における内側支持部材と外側支持地材との間の半径方
向距離Ｘと比べて、ＸはＹよりも若干太きい。

この距離の差（ｘ−ｙ）は、緩衝部分８１の圧縮量をあ
られし、同時に内側支持部材６７の半径方向における運
動量をあられす。

ゆえに緩衝部分８１の１つの機能は、外側支持部材６９
に対する内側支持部材６７の半径方向の運動を緩衝する
ことにある。緩衝部分８１の他の機能は、もし緩衝部分
が無くかつ内側支持部材６７と外側支持部材６９との間
に存在すると、比較的高い流体圧力がシール部材６５を
押出し、又は押圧して、エラストマを破壊させるおそれ
を防止するにある。

この発明の他の重要な特徴は、内側支持部材６７と密封
唇状部分７１との間の関係にある。

内側支持部材６７の後方部分７５は密封唇状部分７１に
よって形成された旋回部８３の後方に延びるから、軸３
１の半径方向運動に対応する内側支持地材６７０半径方
向の運動は、密封唇状部分７１の半径方向運動を生じる
。密封唇状部分７１が内側支持部材６７と共に半径方向
に移動すると、この運動は内周部分７２の隣接部分上に
軸から受ける過剰負荷を防止する。軸が半径方向に移動
するときに通常起こるこのような負荷を減することによ
り、内周部分７２における摩耗と発熱も減ぜられ、これ
により密封唇状部分７１が脆（なって亀裂する傾向を減
少する。ゆえにこの発明による内側支持部材６７と密封
唇状部分７１との関係は、密封唇状部分７１の内方部分
７２への正しく均等な予定負荷を維持することかできる
。もし＠３１が反対方向に変形されれば、内側支持部材
６７は軸の移動に追従するので、密封唇状部分７１と軸
との間の細りはめ関係は依然として維持される。

この発明の軸封装置の試験が、この明細書に添付する資
料開示報告書に参照される標準形式の商品として用いら
れている唇状部分・と、その性能を比較するために来施
された。これらのシールの評価に際しての２つの主たる
性能批判規準は、「平均寿命」と「平均漏洩速度」であ
る。

軸シールの臥躾において、軸シールの「寿命」は、軸シ
ールが一日当り２０ｍｇ以上の流体漏洩を生じたときを
寿命の終末と定めた。

この試験の実施中に、この発明の軸封装置の８個のサン
プ／ｌ／をモータに組込み、かつ２個の商業的に用いら
れている（従来技術の）軸シールがモータに組込まれた
。モータはそれぞれ１４０．６２ｋＰ／ｃｄ（２，０Ｏ
ＯＰＳＩ　）の圧力を軸シールに加えた状態で、しかも
、３００ｒｐｍ　の出方軸速度を維持できるように十分
な流速をもって運転された。これらの状態の下で、この
発明による８個のサンプルの平均寿命は、２個の従来型
シールのサンプルの平均寿命よりも４．６倍長かった。

そのうえ、２個の従来星シールの平均漏洩速度は、この
発明の８個のサンプルの平均漏洩速度よりも３．１５倍
大きかった。

上述の＃ｉ果にもとすき、この発明は前述の構造上の特
徴を有するため、一層有効に（低い漏洩速度にて）シー
ルすることができ、これと同時に改善された耐久性（高
い平均寿命）をもっことがわかるであろう。以上のより
に、このような装置を製造し、かつ使用する熟練した当
業者か十分詳細にわたって理解できるように、この発明
について説明した。この明細書を読みかつ理解すること
により、当業者は種々の変更及び修正を実施できること
は明らかで、このような変更及び修正はすべてこの発明
の特許請求の範囲の範囲内に含まれる限り、この発明の
部分を格成するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明が適用されるＬＳＨＴゼロータ型モ
ータの部分切断正面図、第２図は、第１図のモータの軸
シール区域の拡大縦断面図、第３図は、分解状態のこの
発明の実施例の縦断面図、第４図は、第３図と同様の縦
断面図であるが、軸が正常位置にある状態の図面、第５
図は、第４図と同様の縦断面図であるが軸が変形状態に
ある状態の図面である。 １１・・・ゼロータ型モータ　１３・・・軸ハウジング
１７・・・セロータ容積変更機構２１・・・弁−・ウジ
フグ２３・・・内歯リング　２７・・・外画ロータ２９
・・・拡大兼縮小流体室　３１・・・出　カ　軸３７．
４５・・・直線形内側スプライン３９．４３・・・クラ
ウン形外側スプライン　４１・・・主駆動軸４７川入口
ポート　４９・・・出口ボート５１・・・小径部分　５
５・・・軸封装置５７・・・環状流体室　６５・・・エ
ラストマ餡ψ部材６７・・・内側支持部材　６９・・・
外側支持部材７１・・・密封唇状部分　７３・・・前方
部分７５・・・後方部分　７７・・・外側円筒形部分７
９・・・内方延長放射状部分８１・・・緩衝部分８３・
・・旋　回　部 特許出願人　イートン　コーポレーションＦＩＧ、３　
ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　軸ハウジングと、軸ハウジングによって囲われ、か
   つハウジングから軸方向前方に延びる回転軸とを具えた
   回転式流体圧力装置用軸封装置であって、はぼＣ形の断
   面形状であって密封唇状部分を有する環状のエラストマ
   シール部材羽と、回転軸に近接した環状の内側支持部材
   であって、その大部分がエラストマシール部材の一部分
   によって凹われ、その後方には密封唇状部分が配置され
   、後方室内の流体圧力が密封唇状部分を軸に向けて偏倚
   するようになっている剛性の非エジストマ内側叉持部材
   と、軸ハウジングと係合するエラストマシール部材の一
   部を支持するように配置された剛性の外側支持部材とを
   有し、 （ａ）　白物支持部材が前方部分と密封唇状部分に隣接
   して配置された後方部分とを有し、（ｂ）　外側支持部
   材が内側支持部材の前方部分を通過する横断面内に位置
   する一部分を有し。 （ｃ）　エラストマシール部材が内側支持部材の前方部
   分と、外側支持部材との間に配置されて軸の半径方向変
   形から生する内側支持部材の半径方向運動を緩衝する緩
   衝部分を有し、 （ｄ）　エラストマシール部材の密封唇状部分の一部分
   が、内側支持部材の後方部分を囲んで配置され、これに
   より内側支持部材の半径方向運動が密封唇状部分の対応
   する半径方向運動を生じてその負荷を減するようになっ
   ていることを特徴とする軸封装置。 ２　エラストマシール部材の密封唇状部分が旋回部を有
   し、内側支持部材の後方部分が旋回部の後方に延び、こ
   れにより内側支持部材の半径方向運動が旋回部の対応す
   る半径方向運動を生ずるようになっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の軸封装置。