特許 5720070 流体密封の回転ガイド装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5720070

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】流体密封の回転ガイド装置

(51)【国際特許分類】

   F16J 15/24 20060101AFI20150430BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20150430BHJP

   F03D 11/00 20060101ALI20150430BHJP

   F16C 33/78 20060101ALI20150430BHJP

【ＦＩ】

   F16J15/24 Z

   F16C19/18

   F03D11/00 Z

   F16C33/78 Z

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-535356(P2010-535356)

(86)(22)【出願日】2008年11月25日

(65)【公表番号】特表2011-508854(P2011-508854A)

(43)【公表日】2011年3月17日

(86)【国際出願番号】EP2008066160

(87)【国際公開番号】WO2009068532

(87)【国際公開日】20090604

【審査請求日】2011年11月24日

(31)【優先権主張番号】0708290

(32)【優先日】2007年11月27日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】505157485

【氏名又は名称】テールズ

(74)【代理人】

【識別番号】100071054

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高久

(72)【発明者】

【氏名】ブルテ、アルノー

(72)【発明者】

【氏名】コラール、エリック

(72)【発明者】

【氏名】ルーセ、ミシェル

【審査官】 莊司 英史

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０３３０１５６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４８４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第００６４２５８５（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｊ １５／２４

Ｆ０３Ｄ １１／００

Ｆ１６Ｃ １９／１８

Ｆ１６Ｃ ３３／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転ガイド装置であって、固定サポート（１１）と、回転軸（１４０）に従って固定サポート（１１）の周りを回転可能な可動サポート（１２）と、そして、
前記固定サポート（１１）の周りの回転において、前記可動サポート（１２）をガイドするために設計された軸受と、
前記サポート（１２又は１１）の１つに固定された摩擦軌道（４）と、他方のサポート（１１又は１２）に固定された機械構造との間に取り付けられた、固定サポート（１１）と可動サポート（１２）間に密封性を確保するために設計されたフレキシブルなシール（１）であって、前記摩擦軌道と前記機械構造の間のシールに接触力を確保することを目的とする金属ばね（５）を含み、前記摩擦軌道に対して相対的に動くフレキシブルなシール（１）と
が、前記固定サポート（１１）と前記可動サポート（１２）との間に設けられた回転ガイド装置において、
前記シール（１）が前記回転軸（１４０）に平行に、すなわち接触力が前記回転軸（１４０）に平行に作用するように取り付けられ、そして前記固定サポート（１１）が、当該固定サポート（１１）と前記可動サポート（１２）との間で、当該固定サポート（１１）に前記シール（１）を固定するために、前記シール（１）の長さ方向に沿って分布するスペーサー（１９）を備え、前記シール（１）が、前記回転軸（１４０）を中心とする円周に沿って形成されたガイドを確保するための楕円形の孔（１４）であって、前記シール（１）の長さ方向に沿って分布し、前記スペーサー（１９）を収容することを目的とする楕円形の孔（１４）を備えることを特徴とする、回転ガイド装置。

【請求項2】

前記軸受が前記固定サポート（１１）に固定された内輪と、前記可動サポート（１２）に固定された外輪とを備え、玉がこれらの輪の間に収容されることを特徴とする、請求項１に記載の回転ガイド装置。

【請求項3】

前記軸受が２列の玉（１３'、１３"）を含み、前記軸受の前記内輪と前記外輪がそれぞれ前記固定サポート（１１）と前記可動サポート（１２）に組み込まれることを特徴とする、請求項２に記載の回転ガイド装置。

【請求項4】

前記シール（１）と接触する前記摩擦軌道（４）が、非晶質ダイヤモンドの形態における、カーボンタイプの表面処理でコーティングされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転ガイド装置。

【請求項5】

固定要素（１１０）と、可動要素（１２０）と、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転ガイド装置とを備える機器であって、前記固定サポート（１１）が前記機器の前記固定要素（１１０）に固定され、前記可動サポート（１２）が前記機器の前記可動要素（１２０）に固定される、機器。

【請求項6】

この機器がエアインテークを目的とするナセル（１００）であることを特徴とする、請求項５に記載の機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は、激しい温度変化及び圧力変化を受ける機器の、固定部品と可動部品との間に取り付けられることを目的とする、回転ガイド装置に関する。可動部品は回転において固定部品にガイドされる。本発明はとりわけ、外部から来る固体粒子及び／又は流体に関して、機器のために密封性を確保するために用いられる、回転ガイド装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この機器は、例えば図１の横断面に図式的に表わされている、エアインテーク・ナセル１００である。このナセルは固定要素１１０及び回転軸１４０周りに回転する可動要素１２０を含む。本図はまた、ナセルの可動要素１２０を回転軸１４０周りの回転においてガイドする、リング構成の２つの流体密封回転ガイド装置１３０ａ、１３０ｂをも示す。これらの回転ガイド装置の１つの一部分は拡大図で示されている。

【0003】

現在、様々なタイプの回転ガイド装置が存在する。

【0004】

一例が図２に示されている、動的シールを有する回転ガイド装置が参考として挙げられ得る。これらの装置は：
―機器の固定要素１１０にしっかりと取り付けられた固定サポート１１、及び機器の可動要素１２０に固定され、回転軸１４０に従って、固定サポートの周りを回転可能な可動サポート１２を含む支持構造と、
―固定サポート１１と可動サポート１２との間にあって、固定サポート１１（又は可動サポート１２）に固定されたフレキシブルな動的シール１とを備える。固定サポートと可動サポートとの間に備えられ、密封された動的シールの一例が図３に示されている。固定サポート１１と可動サポート１２との間には、特に：
―固定サポート１１上で支持することを目的とする支持面２と、
―可動サポートにつながれた摩擦軌道４との動的接触を目的とする、支持面に平行で、通常は支持面よりも狭い摩擦面３と、
―支持面２、摩擦面３、及び支持面と摩擦面をつなぐ中間面６の間に置かれ、その機能が、動的シールの変形によって、ばね無しでも得ることができる摩擦面３に直角な接触力に従って、摩擦面３が摩擦軌道４と接触することを確実にするために、これら２つの面を分離することである金属ばね５と
を備える。本明細書では、動的シールは、摩擦軌道に対して相対的に動くフレキシブルなシールである。

【0005】

ここで、図２を参照すると、固定サポート１１と可動サポート１２との間には、また、固定サポート１１周りの回転において可動サポート１２をガイドし、それぞれが回転ガイド装置の固定サポート１１と可動サポート１２に固定された、内輪１３１と外輪１３２との間に形成されている、２つの転動軌道の間に収納された一列の玉１３を含む、回転軸受１３５をも備える。

【0006】

例えばエアインテーク・ナセルの設計の一環として、性能レベルが低下又は変化することなく、厳しい振動環境、衝撃、圧力変動及び温度変動に耐えられる、寸法と重量を低減した機器を生み出すことが必要である。エアインテーク・ナセルの場合、ナセルの内側と外側の間の圧力変動は１バールに達することがあり、そして温度変動は−５５℃と８０℃の間である。従来からエラストマーで作られている現在のシールは、温度低下に遭遇した時に収縮し、密封性の減少又は完全な欠落をもたらすような膨張係数を有する。温度上昇に遭遇した時、それらは膨張して容認し難いほど摩擦力を増加させる。動的シールを有する現在の回転ガイド装置の性能レベルは、上述の圧力変動及び温度変動条件下において不適当である。それらの使用は−２０℃よりも高い温度に限定される。

【0007】

より優れた性能を提供するために現在用いられている、幾つかの回転ガイド装置は、その装置の固定部品と可動部品との間の動的シールを確保するために、強磁性流体に基づく技術を用いる。しかしながら、この技術は費用がかかり、低温において大きな粘性摩擦トルクを示す。この欠点は装置の費用、寸法、及び複雑さと引き換えに、強磁性流体を再加熱するためのシステムにより補償され得る。例示的な強磁性流体回転ガイド装置を、図４に示す。それは可動サポート１２、固定サポート１１、軸受１３５、油膜内に含まれる導電性粒子に作用する磁場によって、適所に保持される油膜により形成されるシール要素１’を含む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、上記の欠点を示さずに良好な性能を提供する回転ガイド装置を得ることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

より具体的には、本発明の主題は
固定サポートと、回転軸に従って固定サポートの周りを回転可能な可動サポートと、そして：
―固定サポート周りの回転において、可動サポートをガイドするために設計された軸受と、
―前記サポートの１つに固定された摩擦軌道と、他方のサポートに固定された機械構造との間に取り付けられた、固定サポートと可動サポート間に密封性を確保するために設計されたフレキシブルな動的シールであって、摩擦軌道と機械構造の間のシールに接触力を確保することを目的とする金属ばねを含み、摩擦軌道に対して相対的に動くフレキシブルな動的シールと
を、固定サポートと可動サポートとの間に備える回転ガイド装置である。

【0010】

動的シールは、回転軸に平行に、すなわち接触力が回転軸に平行に作用するように取り付けられることを主な特徴とする。

【0011】

固定サポートは有利なことに、固定サポート上に分布するスペーサーを備え、そしてシールは、当該シールを回転軸に対して中心に置かれるように形成されたガイドを確保するための楕円形の部分であって、シールの長さ方向に沿って分布し、スペーサーを収容することを目的とする楕円形の部分を備える。

【0012】

軸受は２列の玉を備え、軸受の内輪及び外輪はそれぞれ固定サポートと可動サポートに組み込まれることが望ましい。

【0013】

本発明の１つの特徴によれば、それは非晶質ダイヤモンドの形態のカーボンタイプの表面処理でコーティングされた、動的シールと接触する摩擦軌道を備える。

【0014】

本発明の別の主題は、固定要素、可動要素、及び上述の回転ガイド装置を備え、固定サポートが機器の固定要素に固定され、可動サポートが機器の可動要素に固定されている機器である。

【0015】

この機器は例えば、エアインテークを目的とするナセルである。

【0016】

本発明のその他の特徴及び利点は、限定されない例として与えられている以下の詳細な記述を読み、添付図を参照することにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】既述の、回転ガイド装置を装備したエアインテーク・ナセルを図式的に表わす。

【図2】既述の、先行技術による回転ガイド装置を図式的に表わす。

【図3】既述の、金属ばねを有する１つの例示的なフレキシブル動的シールを図式的に表わす。

【図4】既述の、先行技術による別の回転ガイド装置を図式的に表わす。

【図5a】軸方向に取り付けた場合の、フレキシブルな動的シールの膨張を図式的に例示する。

【図5b】半径方向に取り付けた場合の、フレキシブルな動的シールの膨張を図式的に例示する。

【図6a-6b】図６ａは、本発明によるガイド装置内に取り付けられた動的シールの平面図を図式的に表わす。図６ｂは、図６ａの一部分の拡大図である。

【図7】本発明による１つの例示的な回転ガイド装置を図式的に表わす。

【0018】

１つの図から次の図へと、同じ要素は同一の参照番号によって識別される。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明によるガイド装置は動的シール１がガイド装置内で軸方向に取り付けられ、すなわち、図５ａに例示されるように（太線の双方向矢印によって表わされる）シールの接触力が、回転軸１４０と平行に作用するように取り付けられる点において注目に値する。半径方向の取付けの場合、シール１は図３及び５ｂに例示されるように、（太線の双方向矢印によって表わされる）シールの接触力が回転軸１４０に直角に作用するよう配置される。シールを軸方向に取り付けることは、その膨張の問題を克服する方法である。

【0020】

実際に、図５ａに例示されている軸方向の取付けの場合、その膨張は：
ΔＴ×シールの厚さ×λ_ｓｅａｌ
に比例する。ここでΔＴは熱的変動、λ_ｓｅａｌはｍ／℃で表わされるシールの膨張係数である。この場合、シールの膨張は半径方向には自由である。シールの予荷重に対する膨張の影響は、従って小さい。

【0021】

図５ｂに例示されている半径方向の取付けの場合、その膨張は：
ΔＴ×シールの半径×λ_ｓｅａｌ
に比例する。

【0022】

この場合、シールの膨張は半径方向に拘束される。シールの予荷重に対する膨張の影響は、従って大きい。

【0023】

シールの厚さがシールの半径よりも非常に小さいことを考えれば、接触力の方向へのシールの膨張は、軸方向の取付けの場合、半径方向の取付けの場合に比べて大幅に低減される。エアインテーク・ナセルの場合、次の寸法が一般的である：
シールの半径＝７５ｍｍ
シールの厚さ＝７ｍｍ

【0024】

従って軸方向の取付けは、シールに対する熱的影響を大幅に低減する。

【0025】

温度の変動はまたシールの偏心を生じ得る。従って、星形のガイドが本発明による装置におけるシールに対して用意され、このガイドはシール１が温度と無関係に中心に置かれることを確実にする。図６ａは回転ガイド装置内に置かれた動的シール１の平面図を示す。これは既述のガイド装置の図１における回転軸１４０に沿った視図である。軸線により表わされる星形のガイドは、シール１の支持面と接触する、ガイド装置の固定サポート１１上に均等に分布するスペーサー１９を用いて得られる。これらのスペーサー１９は、シール１の支持面にこの為に用意される楕円形１４と係合する。この楕円形１４は図６ｂに示されるように、好ましくはシール１の外周上に配置される。別の実施形態によれば、それらはシールの内側に穴又は窪みを形成する。スペーサーは楕円形と同様に、同一であることが有利である。約７５ｍｍの半径を有するシールに対して、例えば２４個のスペーサーと、同数の楕円形が存在する。スペーサーは例えば直径が５ｍｍである。

【0026】

ガイド装置の動作品質はまた、構造の製造品質にも依存する。示された条件における反復使用は、軸受１３５のゆがみ、剛性の低下、及び回転をガイドする精度の欠如をもたらす。この問題を軽減することを可能にする、本発明による装置の別の注目に値する要素は、図７に例示されるように、ガイド装置内に軸受の輪を組み込むことにある。軸受の内輪はガイド装置の固定サポート１１内に組み込まれる。外輪は一般に、組立ての際に軸受の調整を可能にする２つの部分を備える。これらの部分の１つは可動サポート１２内に組み込まれる。変形の実施形態において、外輪は一つだけの部分で可動サポート内に組み込まれ、内輪は２つの部分から成り、その１つは固定サポートに組み込まれる。この一体化は部品数を減らし、従ってその動作において軸受のゆがみを招きやすいインターフェースの数を減らす。さらに、軸受は同じ直径の２列の玉１３’、１３”を含み、それは軸受の小さな摩擦トルク変動を得ることを可能にし、従って回転をガイドする精度を改善する。そのとき２つの内側転動軌道が固定サポート１１内に形成され、１つの外側転動軌道が可動サポート１２内に形成され、第２の外側転動軌道が、可動サポート１２に組み込まれていない外輪の部分１５内に形成される。上記の変形によれば、そのとき２つの外側転動軌道が可動サポート内に形成され、１つの内側転動軌道が固定サポート内に形成され、第２の内側転動軌道が、固定サポートに組み込まれていない内輪の部分内に形成される。この一体化はまた、反復使用にかかわらず安定した支えを有するシールの提供と、動的シールを有する摩擦面の品質の最適化を可能にする。

【0027】

最後に、可動サポート１２につながれ、シール１に接触している摩擦トラック４は、摩擦面の品質を、とりわけその摩耗を遅らせることにより改善する、表面処理で有利にコーティングされる。使用可能な表面処理の一例は、「ダイヤモンド状カーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）」の頭字語である「ＤＬＣ」とも呼ばれる、非晶質ダイヤモンドの形態のカーボンのタイプである。

【0028】

本発明による１つの例示的な回転ガイド装置は、図７に関連して記述されており、回転ガイド装置は機器の固定要素１１０と可動要素１２０との間に設置されている。図７は２本の分離線を示す。その１つの１６はガイド装置の固定部分と可動部分との間の分離を表わす。もう１つの１７は、その経路上に、相互に取り付けられている機械要素間で、動的密封性を確保する動的シール１と、静的密封性を確保する静的シール１８ａ、１８ｂ、２６、２４とが位置する、密封の境界を表わす。

【0029】

ガイド装置の固定部分は以下を備える：
―機器の固定要素１１０に固定され、動的シール１につながれた固定サポート１１。この固定サポート１１は、軸受の２つの内側転動軌道を形成するように機械加工される。これらの転動軌道は、典型的には相互に約６ｍｍ離れている。これらの転動軌道の中に収容されている玉１３’、１３”は、例えば直径が４ｍｍである。２つの静的シールが固定サポート１１内に収容され、その１つの１８ａは機器の固定要素１１０と接触し、もう１つの１８ｂは動的シール１の支持面と接触している。シールの支持面の楕円形と係合するスペーサー１９は、この固定サポート１１上に配置される。
―その摩擦面において密封性を提供する動的シール１。動的シール１は支持面の自由部分、すなわちばね５と接触していない部分に部分的に適用される、シールを固定するためのフランジ２０により、固定サポート１１に固定される。このフランジ２０は、楕円形及びスペーサー１９を通して、固定サポート１１の所まで係合する、ねじ２１を用いて固定される。シールの膨張を許容するため、遊び２２がシール（支持面及び摩擦面の外側）と機械部品との間に設けられている。

【0030】

軸受の可動部分は以下を備える：
―機器の可動要素１２０に固定された可動サポート１２。この可動サポート１２は、玉１３’の第１列を収容するため、軸受の２つの外側転動軌道の１つを形成するように機械加工される。玉の分離器２３は、好ましくは転動軌道内に設置される。機器の可動要素１２０と接触する静的シール２４は、この可動サポート１２内に収容される。
―軸受のもう１つの外側転動軌道を形成するように機械加工され、玉１３”の第２列を収容するために可動サポート１２に取り付けられた、外輪の別の部分１５。
―摩擦軌道４は例えばねじ２５を用いて、この可動サポート１２に固定される。可動サポート１２と接触する静的シール２６は、この摩擦軌道４内に収容される。この摩擦軌道４は、さらに動的シール１の摩擦面と接触する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a-6b】

【図7】