(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口ポート(21)及び流体出口ポート(23)を形成するハウジング手段(11)と；該ハウジング手段と組み合わされ、内歯付きリング部材(35)と、このリング部材内に偏心配置されて軌道運動及び回転運動する外歯付き星形部材(37)を含み、前記リング部材(35)及び前記星形部材(37)の歯が相互に噛み合うことによって、前記軌道運動及び回転運動に応答して流体の膨張／収縮容積室(43)が形成されるジェロータ排出機構(15)と；前記ハウジング手段(11)と前記星形部材(37)と協動して、前記流体入口ポート(21)から膨張容積室(43)へ、また収縮容積室(43)から流体出口ポート(23)への流体連通を与える弁手段(31,33) とを備え、
前記リング部材(35)と星形部材(37)は、それぞれ前記弁手段(31,33) に向いて配置された前側表面と、この反対側にある外側表面(49)とを有し、前記ハウジング手段(11)は、前記リング部材(35)と星形部材(37)の各外側表面とシール係合状態に配置される端部キャップ(17)を有し、前記星形部材(37)の外側表面(49)には、環状のシール溝と、この溝内に配置されたシール手段が形成されており、
(a) 前記シール溝(51)は、径方向の内側表面(59)と外側表面とを形成し、
(b) 前記シール手段は、前記シール溝(51)内に配置され、かつ前記端部キャップ  (17)と係合する環状のシールリング(55)を含み、さらに、環状の弾性バックアップリング(57)が、前記シール溝(51)内で前記シールリング(55)の前側に配置され、
(c) 前記バックアップリング(57)は、このリング内径(61)が前記シール溝(51)の径方向内側表面(59)の径よりも小さく、かつ前記シールリング(55)とバックアップ  リング(57)を一緒にした軸方向寸法が、前記シール溝(51)の軸方向寸法よりも  大きくないことを特徴とする回転流体圧装置。
【請求項２】
回転流体圧装置が流体コントローラを含み、前記ハウジング手段(11)は、前記流体圧作動装置に接続される第１，第２の制御流体ポート(25,27) を有し、前記弁手段(31,33) は、回転可能な主弁部材(31)と相対的に回転可能な追従弁部材(33)を含んでいることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
【請求項３】
星形部材(37)の回転運動を追従弁部材(33)の追従運動に伝達するための作動手段(41)を備えていることを特徴とする請求項２記載の回転流体圧装置。
【請求項４】
バックアップリング(57)は、このリング外径が、前記シール溝(51)の径方向外側表面(58)の径よりも小さく、収縮流体の容積室から漏れる流体が、前記星形部材(37)の外側表面(49)に沿って径方向内方に流れ、そして、前記シール溝内に入ることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
【請求項５】
シールリング(55)とバックアップリング(57)を一緒にした軸方向寸法は、前記シール溝(51)の軸方向寸法よりも小さく、前記シール溝(51)内の漏れ流体は、バックアップリング(57)の前側の室内に流れ、前記バックアップリング(57)とシールリング(55)を付勢して、前記端部キャップ(17)に対してシール係合状態となるようにすることを特徴とする請求項４記載の回転流体圧装置。
【請求項６】
シールリング(55)は、このリング内径(63)が、前記シール溝(51)の径方向内側表面(59)の径よりも大きくなるように形成され、かつリング外径(D2)が、前記シール溝(51)の径方向外側表面(58)の径よりも小さくなるように形成されており、これによって、前記シールリング(55)が、前記シール溝内で浮動状態になることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
【請求項７】
シールリング(55)は、略矩形状の断面を有し、鋼材からなることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
【請求項８】
バックアップリング(57)は、略矩形状の断面を有していることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェロータ容積移送機構(gerotor displacement mechanism)を含む形式の回転流体圧装置、特に、「シールドスター(sealed star) 」形式の回転流体圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、ジェロータモータまたはジェロータポンプに有効に用いられるが、特に、流体で連動する油圧駆動のステアリング装置のステアリング制御装置（ＳＣＵ）等の流体コントローラに用いるのに適しており、これに関連して本発明を以下に説明する。
【０００３】
長い年月の間、ＳＣＵにおける技術者は、「ホィールスリップ」、すなわち、ステアリングシリンダがストローク端に到達したとき、ＳＣＵ内の流体漏れの結果として、運転者により、ステアリングホィールをさらに回転することができる状態をできるだけ少なくするように図られてきた。一般的に、この流体漏れは、ジェロータ・スターの外側表面とこれに隣接する端部キャップの表面との間に起こる。
【０００４】
このホィールスリップの問題を取り扱う通常の方法は、ジェロータ側の隙間を減少することであり、そして、ＳＣＵの主ハウジングにジェロータギア組と端部キャップを固定する複数のボルト上のトルクを増大させることであった。
【０００５】
しかし、あるＳＣＵの適用において、ボルトへの増大トルクは、ジェロータスターの締付けをもたらすこと、また、他の方法において、ホィールスリップを減ずることが必要であることから不都合である。ジェロータスターの締付けは、不都合なものであり、それは、ＳＣＵの正確な流体の計量の障害となり、またマニュアル操縦及び追従能力に影響を与えるからである。
【０００６】
米国特許第４，１４５，１６７号には、ＳＣＵにおける技術者によって利用される１つのアプローチが開示されており、それは、「シールドスター」と呼ばれ、ジェロータスターの後側表面にシール装置が設けられ、この後側表面と端部キャップの隣接表面とがシール係合状態となっている。
【０００７】
従来技術のシールドスター構造において、本発明は、ジェロータ側の隙間を介して、システムリザーバに接続されるＳＣＵのケースドレイン領域に流体が漏れるのを防止することである。
【０００８】
この従来技術の構造では、シーリングは、シールアセンブリの軸方向押付け、即ち、シール溝の底面と端部キャップの隣接表面との間にあるシールアセンブリを軸方向に押圧することにより行われる。
【０００９】
多くのＳＣＵの適用において、通常、軸方向の押付け形式のシールドスター構造が、ほぼ満足できるものであった。しかし、従来のシールドスターの固有の欠点の１つは、シールアセンブリ上の軸方向の押付け量の設定が重要な問題となり、かつこれを正確に制御しなければならないことであった。
【００１０】
明らかに、シールアセンブリに対して不十分な押付けでは、流体漏れを生じ、その結果、ホィールスリップが発生する。他方、シールアセンブリに対して過度の押付けが作用すると、ジェロータスターを手動で回転するために過度の入力トルクが必要となる（あたかもマニュアル操縦が要求されるように）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、従来技術の欠点を解消する改良型のシールドスター構造を備えた、ジェロータ容積移送機構を有する回転流体圧装置を提供することである。
【００１２】
さらに、本発明のより特別の目的は、シールアセンブリに対する軸方向押付け量を重要視せずに行える改良型のシールドスター構造を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記及び他の目的は、流体入口ポート及び流体出口ポートを形成するハウジング手段を備える形式の回転流体圧装置によって達成される。
【００１４】
その構成は、各請求項に記載されており、回転流体圧装置は、ハウジング手段と組み合わされるジェロータ容積移送機構が設けられ、この容積移送機構は、内歯付きリング部材と、このリング部材内に偏心配置されて軌道運動及び回転運動する外歯付き星形部材を含んでいる。また、リング部材及び星形部材の歯が相互に噛み合うことによって、前記軌道運動及び回転運動に応答して流体の膨張／収縮容積室が形成される。
【００１５】
さらに、ハウジング手段と星形部材が協動して、流体入口ポートから膨張容積室へ、また収縮容積室から流体出口ポートへの流体連通を与える弁手段が設けられている。そして、リング部材と星形部材は、それぞれ弁手段に向いて配置された前側表面と、この反対側にある外側表面とを有し、ハウジング手段は、リング部材と星形部材の各外側表面とシール係合状態に配置される端部キャップを有し、星形部材の外側表面には、環状のシール溝と、この溝内に配置されたシール手段が形成されている。
【００１６】
本発明の回転流体圧装置の特徴は、
(a) シール溝が、径方向の内側表面と外側表面とを形成し、
(b) シール手段が、シール溝内に配置され、かつ端部キャップと係合する環状のシールリングを含み、さらに、環状の弾性バックアップリングが、シール溝内でシールリングの前側に配置され、
(c) バックアップリングは、このリング内径がシール溝の径方向内側表面の径よりも小さく、かつシールリングとバックアップリングを一緒にした軸方向寸法が、シール溝の軸方向寸法よりも大きくならないことである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら説明するが、これらは本発明を限定するものではなく、図１は、流体コントローラまたはステアリング制御装置（ＳＣＵ）の部分的な概略図で、一部に軸方向断面が示されている。このステアリング制御装置は、本発明のシールドスター構造とともに利用される。
【００１８】
このＳＣＵは、一般的な形式のもので、米国再発行特許第２５，１２６号に開示されており、また、より特別な形式として米国特許第４，９５８，４９３号に開示されている。これらの特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、これらは、参考として本説明に包含される。上記の開示から、本発明は、ＳＣＵの他のものを含まず、また主要な変更をも必要としないので、ＳＣＵは、ここでは簡単に説明する。
【００１９】
ＳＣＵは、弁ハウジング（ハウジング手段）１１、ウエアプレート１３、ジェロータ容積移送機構１５、及び端部キャップ１７を含むいくつかの部分からなる。これらの部分は、弁ハウジング１１にねじ嵌合する複数のボルト１９によって密着したシール係合が保持される。弁ハウジング１１は、流体入口ポート２１、流体戻りポート（流体出口ポート）２３、及び一対の制御流体ポート２５，２７を形成する。
【００２０】
このハウジング１１は、弁孔２９を形成し、そこに、制御弁機構が回転可能に配置されている。制御弁機構（弁手段）は、回転可能な主弁部材（スプール）３１と、これに協動し相対的に回転する追従弁部材（スリーブ）３３からなっている。
【００２１】
ジェロータ容積移送機構１５は、従来公知の形式であり、内歯付きリング部材３５と、外歯付き星形部材３７を含んでいる。この星形部材は、リング部材３５内に偏心配置されて軌道運動及び回転運動する。
【００２２】
星形部材３７は、一組の内側スプライン３９を形成し、このスプラインに主駆動軸４１がかみ合い、また、図１には示されていないこの主駆動軸の前方端が、追従弁部材３３とかみ合って駆動できるようになっている。これらの方法及び目的は、当業者に良く知られたことである。  リング部材３５及び星形部材３７の歯は相互に係合して、図１で一方側のみが示された複数の流体容積室４３を形成している。流体容積室４３の各々は、ウエアプレート１３に設けた隣接する開口４５を介してＳＣＵ弁構造と連通する。本発明は、ＳＣＵと連結して、そこで、リング部材３５が静止し、かつ、星形部材３７が軌道運動及び回転運動するが、このことは重要ではない。本発明の重要な点は、リング部材と星形部材とが相対的に軌道運動及び回転運動することである。
【００２３】
ＳＣＵの技術者には良く知られているように、運転者が、ステアリングホィールを回転させる時、主弁部材３１は、追従弁部材３３に対して回転し、適切なオリフィスを開く。その結果、入口ポート２１から弁部材３１，３３のオリフィスを通る流体連通が生じる。そして、流体は、いくつかの流体容積室４３に流れ、星形部材３７の軌道運動及び回転運動が生じる。流体は、他の流体容積室４３から弁機構を介して戻り、そして、ステアリングホィールの回転方向に従って、制御ポート２５，２７の一方から排出される。
【００２４】
流体は、ステアリングシリンダから制御ポートの他方を通って戻り、さらに、弁機構を介して、最終的には、システムリザーバ（図示略）への戻りポート２３へと流体が流れる。
【００２５】
当業者には良く知られているように、一般的に、リング部材３５の軸方向長さは、星形部材３７の軸方向長さよりもわずかに大きく、このため、このリング部材３５は、ウエアプレート１３と端部キャップ１７との間で、密着したシール係合が達成される。
【００２６】
一方、星形部材３７は、星形部材３７の両端面と、これに隣接するウエアプレート１３と端部キャップの各隣接表面との間に幾分かの隙間を有してリング部材３５内で自由に軌道運動及び回転運動する。しかし、星形部材３７の両端部での隙間は、非常に小さく、リング部材と星形部材が、ウエアプレート１３と端部キャップ１７の両方とシール係合されていると言える程度のものである。
【００２７】
これまでに記載されたこれらの要素は、従来から当業者に良く知られている。図２に関連して、本発明をより詳細に記載することにする。端部キャップ１７は、星形部材３７の後側表面４９に接触する前側表面を有する。星形部材３７は、この軸線の回りに一般的に同軸配置された環状の溝５１を備えている。この溝５１の軸方向深さは、従来の軸方向に押付けるシール構造の場合ほど重要ではない点が、本発明の１つの利点である。シールアセンブリ５３は、この環状の溝５１内に配置され、鋼製のシールリング５５弾性体のバックアップリング５７を有しており、このバックアップリング５７は、シールリング５５の下側、即ち前側に配置される。
【００２８】
当業者には、良く理解できるが、シールリング５５及びバックアップリング５７のために使用する特別の材料は、本発明の主要な特徴ではなく、これらのリング５５，５７は、このような目的のために通常使用される材料の中から選択される。
図２を見ると明らかなように、シールアセンブリ５３上での軸方向押付け(axial squeeze) がない、即ち、シールリング５５及びバックアップリング５７を合わせた軸方向寸法は、シール溝５１の軸方向寸法よりも大きくならず、また、本実施の形態では、シールアセンブリ５３の軸方向寸法は、溝５１よりもわずかに小さくなっている。
【００２９】
図２において、図３とともに参照すると、環状のシール溝５１は、径方向の外側表面５８と内側表面５９を含んでいる。図３において、シールアセンブリ５３は、シール溝５１内に入る前の「ゆるんだ状態」で示されている。図３は、本発明の重要な点である、種々の寸法関係を示すことを目的としている。
【００３０】
この図３において、径方向の外側表面（シール溝の外側内面）５８は、径Ｄ１を形成し、一方、シールリング５５とバックアップリング５７は、１つの外径Ｄ２を形成する。この外径Ｄ２は、径Ｄ１よりも幾分小さい。図３において、リング５５，５７の外径は、本発明では重要ではないが、ほぼ等しいように示されている。さらに、図２に見られるように、シール溝の外側表面５８とリング５５，５７の外周面との間には、いくらかの径方向の隙間がある。この目的は、以下で説明される。
【００３１】
溝５１の径方向の内側表面５９は、径Ｄ３を形成する。バックアップリング５７は、径Ｄ４を形成する内径６１を有する。一方、シールリング５５は、径Ｄ５を形成する内径６３を有する。本発明の重要な点は、径Ｄ４が径Ｄ３よりも小さいことであり、これにより、図２の位置にシールアセンブリが置かれた後、弾性体のバックアップリング５７上に径方向の押付けが起こり、一方、径Ｄ５は、径Ｄ３よりも大きいので、シールリング５５は、シール溝５１内で自由に浮動できる。
【００３２】
再び、図２において、本発明のシールされた星形部材の作動について説明する。作動中、特に、ステアリングシリンダのストロークの終端で、容積室４３内の圧力流体のわずかな量が、径方向内側から隣接する表面４７，４９の間に漏れる。この漏れた流体は、シール溝５１に到達して、溝内に入り、径方向の外側表面５８とリング５５，５７の外周面の間を流れる。漏れた流体は、最終的に、溝５１の底部とバックアップリング５７の前側表面（図２における左側表面）の間の空間に満たされる。内側表面５９とバックアップリング５７の内径６１の間で生じる径方向の押付けにより、バックアップリング５７とシールリング５５を付勢し、また、漏れた流体とバックアップリング５７により、シールリング５５が端部キャップの表面に押し付けられるので、シールリング５５と端部キャップ１７の前側表面４７は、シール係合される。
【００３３】
このような効果的なシールにより、容積室４３からシールリング５５を越えて流体が漏れる恐れはない。それゆえ、本発明により、ほぼホィールスリップを解消することができる。
【００３４】
容積室への圧力が緩められるとすぐに、弁部材３１，３３がニュートラル位置に戻り、バックアップリング５７の前側への圧力が緩められるので、シールアセンブリ５３への付勢力が同様に緩められる。こうして、端部キャップに対するシール（シール止め）からの過度の引きずりを防止する。この結果、ジェロータスターは自由に動くことができ、より良いステアリング特性を増進させることができる。
【００３５】
手動ステアリング操作のとき、従来技術のように軸方向押付けがなくなり、シールリング５５の偏倚による摩擦力が働くだけである。しかし、当業者に良く知られているように、手動のステアリング操作は、通常，約２００ないし４００ｐｓｉの範囲の圧力が発生する。これが、シールリング５５に加えられると、手動ステアリング操作に望ましくない抵抗が働くが、本発明では、このような圧力が作用するほど高い圧力にならない。こうして、本発明は、ほぼホィールスリップを解消し、また、シーリングにとって必要な程度の摩擦引きずり、即ち、流体漏れの圧力が作用する。
【００３６】
上述したように、本発明は、シールリング５５及びバックアップリング５７に対して特定の材料に限定するものではなく、満足な機能を有する適当な材料が用いられる。例えば、シールリング５５には、適当なプラスチック材料が適用できる。また、本発明は、シールリング５５及びバックアップリング５７に関連して説明してきたが、これらのリングは、共に矩形状断面を有しているが、これに制限されるものではない。例えば、バックアップリング５７は、その内径がシール溝５１の内側表面５９に対して径方向の押付けを作用させる大きさにできるならば、Ｏリングから構成することもできる。当業者にとって、異なる応用として取り扱われる種々の材料及び形状を採用することができる。
【００３７】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、明細書を読んで理解すれば、当業者には本発明の様々な変更および修正が明らかになると思われる。そのよう変更および修正は、添付の請求項の範囲に入っている限り、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転流体圧装置とともに利用される形式のＳＣＵを説明するための、一部は軸方向断面、そして一部は概略的な断面を示す部分構成図である。
【図２】本発明のシールドスター構造を説明するための、拡大した、軸方向断面を示す部分断面図である。
【図３】本発明の重要な面を示す種々の寸法を説明するための、図２と同様の組立前の外形部分断面図である。
【符号の説明】
１１  弁ハウジング
１５  ジェロータ容積移送機構
１７  端部キャップ
２１  流体入口ポート
２３  流体戻りポート
３１  主弁部材
３３  追従弁部材
３５  リング部材
３７  星形部材
４３  容積室
４９  外側表面
５１  シール溝
５５  リールリング
５７  バックアップリング
５８  外側表面
５９  内側表面
６１  内径
【図１】
0003991246.tif 000002
【図２】
0003991246.tif 000003
【図３】
0003991246.tif 000004