(57)【要約】【課題】従来の揺動ベーン型ポンプ・アクチュエータは、作動油のシールが不完全で、低圧力でしか使えなかった。このため小型化も困難だった。【解決手段】球形のケースを兼ねる球面状内面シリンダを活用した、揺動回転型ベーンアクチュエータを提案する。シリンダの球面に固定された固定ベーンは、球面シリンダと同一の弧形の胴体外周面を有するロータと、１本の弧形シールを介して摺動し、ロータベーンも１本の弧形シールを介してシリンダ内面の球面と摺動することで、従来型よりも耐圧例が向上し、作動油の密封性も高まり、外形が小型化する新型機を提案している。  応用例としては、船舶用操舵装置がてきしている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め内面を正確な球面に加工した、２個に分割された球形部品を、多数ボルトで一体に結合して、球面シリンダを構成すると共に、ベーン付きロータをロータ中心軸が前記シリンダ内中心軸に一致するように挿入し、シリンダの中心部２ヶ所で軸受支持するベアリングを設ける一方、シリンダ内面に対し密着固定した２枚の固定ベーンと、ロータと一体の２枚のベーンとが、球面シリンダ内部を４個の仕切り部屋に区切り、シリンダに固定されたベーン先端は、シールの厚さ分だけシリンダ内面弧形より小さな弧形外面を有するロータ胴体外周面と摺動する構造とし、固定ベーンと揺動ベーンの先端には円弧形シールが取り付けられることで、密封性が高く製造効率の高い球面状内面を有する揺動回転型ベーンアクチュエータ。
【請求項２】
シリンダのベーンおよびロータのベーンの形状は、それぞれ円弧の一部となる形状で構成され、且つ一個のシールが一個のベーンに対応し、密封性と耐圧性が確実に高められる高信頼性シールを装備した揺動回転型ベーンアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は船舶の操舵装置にも応用できる大トルク型の揺動油圧アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】  油圧シリンダは、直線運動アクチュエータとして極めて信頼性が高い。このため揺動回転型アクチュエータの分野でも、シリンダと歯車、シリンダとリンク、などと組み合わせて対応することが少なくない。船舶用操舵機領域は、シリンダとリンクの組み合わせで対処した代表例である。このため広い操舵室を占有しながら、最新の高速操舵応答に対応しきれない。その解決の鍵は、ベーンアクチュエータ構造とシール技術の改善にある。【０００３】  図１に示した従来型ベーンアクチュエータの問題点を述べる。図１構造のアクチュエータを使用した場合、遭遇する問題点を説明する。図示のアクチュエータでは内径８００ｍｍの円筒ケース１の内面に、固定ベーン４が上下２枚、ボルトで固定されていると共に、外径５３０ｍｍのロータ５には２枚の揺動ベーン６が備えられており、ケース内部は４部屋に分割されている。ロータ５の揺動で４部屋の体積変動が生ずることが、揺動ベーンアクチュエータの基本動作である。【０００４】  この従来型揺動ベーンアクチュエータの問題点を述べる。第一の問題点は、圧力が加わった際の内径８００ｍｍの円筒ケース１の変形である。揺動軸７の中心線から１８０度対称位置にある作動室に高圧力が作動すると、円筒は楕円形に変形し、その方向も大きさも一定化しない。摺動部の隙間は１０ミクロン程度にしたいが、マイナス１０〜プラス１５０ミクロン程度に変化し、通常シールでは対応困難である。【０００５】  図１のロータベーン６には、金属シールがベーン先端とベーン両側面装着されている。シール形状が不連続なので、複数のシールの組み合わせになっている。別々のシール部品が互いに隣り合う場所は、できる限り接近し、且つできる限り「ギャップ＝ゼロ」にする。しかしギャップ部からの作動油漏れにより、シール作用そのものが不安定化し、シール全長にわたる動作不良に陥り、爆発的油漏れに発展しやすい。そうなればアクチュエータ機能はゼロになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  従来の揺動ベーン型アクチュエータは、複数のシール部品が接触する部分で油漏れが発生しやすかった。本発明が解決しようとする課題は、単純形状のシールを主なシールにすることで、耐圧性を高めた揺動ベーン型の油圧アクチュエータの実現である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  この課題を解決するために、本発明ではアクチュエータ本体もシール部品も、できるだけスムーズな形状を持ち、且つ少ない部品で構成できるようにするため、円弧形状を多用した。シール部品は、１ヶ所に対し１部品で完結するようにした。【０００８】  シールには、シールそれ自体に働く油圧を利用し、高・低圧境界の流れを遮断している。シール摺動の摩擦損失と、高圧油の漏れ損失との合計が最低になるようにする制御機能がある。このため。シール動作を不安定にするシール周辺の圧力撹乱は禁物である。特にシールが入る溝を伝って圧力油が低圧側に流出せぬように注意する。図２図示のアクチュエータには、その配慮がなされている。【０００９】  摺動面のシール動作は、摺動面の変形に倣ってシールが変形し、摺動面に隙間が発生せぬように自動補正することにより成立している。代表的シールはピストンリングであるが、円形シリンダとピストン間の隙間補正を、ピストンリングの自動的な寸法補正で行っている。本発明の装置に使用されるシールは、ピストンリングの一部に相当するが、本発明では固定・揺動ベーン先端部に設けるシールが主要シールであり、球面状内面シリンダと、円弧状球面を有するロータ胴体外周面と摺動する。このシールには、円形に精密加工したシールを、所定寸法に切断して使用する。【００１０】  本発明では、近年球面形状部品が広く実用されていて、球面形状を作る加工技術も普及しているので、基幹部品のシリンダを精密な内球面を有し２等分した部品で構成するようにした。圧力が加わる容器が球体になれば、装置全体の容積と重量も最低レベルになり、製造・組立作業や取り扱い作業も容易になろうと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】  従来のロータリベーンポンプ・アクチュエータの軸方向から見た内面図
【図２】  球状シリンダの１／４を切り分けて、ロータ部分も省いてシリンダ内部を図示した本発明揺動ベーン型アクチュエータの斜視図
【図３】  本発明アクチュエータを、軸中心線の垂直方向に球形シリンダを切断した断面図
【図４】  軸方向から見た球形シリンダ接合面の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】  図２で示すように、メイン部品であるケース５１内部は、球面形状空間になっている。作動室容積が同一の従来型と比較すれば、ケース表面積は最小であり、小型化された印象が強くなっている。
【００１３】この球状空間内には、図４で示す２枚のベーン５６を備えたロータ５５が、ケース５１の２ヶ所で軸受支持された軸５７により、回転可能状態のもとで支持されている。このロータ５５の胴体外周面は、ケース５１の球面状内面シリンダとほぼ同一の弧形である。ケース５１の内面に固定されている２枚の固定ベーン５４と、ロータ側の揺動ベーン５６とは、４個の密閉空間を形成し、軸５７が回転すると、固定ベーン５４先端がロータ５５の胴体外周面に沿って摺動し、同様にロータベーン５６先端がケース５１の球状面に沿って摺動するので、４個の密閉空間の体積はスムーズな増減を行う。その増加側と、減少側とを分別して外部回路に接続させれば、機械的軸回転と、それに伴う流体の流れとの関係が生まれる。
【００１４】  図１で示した従来型揺動ベーン型ポンプ・アクチュエータでは、摺動隙間が存在するシールラインが不連続になっていることが問題点である。このためシールを分割配置しており、分割部に隙間ができ漏れ対策もできなかった。ゴムシール部品が研究されたが、耐圧性が不十分で運転圧力を低くしたり、頻繁に現地作業によるシール交換を必要とした。
【００１５】  これに対し本発明ではシール摺動面は、シリンダの球面と、円弧を軸中心上で回転したロータ５５の円筒面である。ここに挿入するシールは、曲率一定の分割無し円弧形状なので、その制作方法は、最初に円形のリンクを作り、それを所定の寸法に切断する。精密加工が容易である。そのために密封性及び耐久性に優れた油圧ポンプ・アクチュエータの製造が可能になる。
【符号の説明】
【００１６】５１  球面状内面シリンダを兼ねているケース
５４  固定ベーン
５５  ロータ
５６  ロータベーン
５７  出力用の回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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