(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ハウジングに対する流体の給排により、前記ハウジング内を移動する移動体の装着溝に装着され、前記ハウジングと前記移動体の間の流体の流入及び流出を規制する弧状のシール面が形成されたシール部材において、
前記シール部材は、前記装着溝の開口幅より小さい幅に形成されたシール本体を備え、
正立状態で前記シール面に形成されるシールラインを通過し、かつ、前記シール面の接線に対して垂直に交差する線を基準線とし、該基準線上にある前記シール本体が前記装着溝において傾斜するときの起点から前記シールラインまでの距離を基準距離とした場合、前記起点から前記シール本体が傾斜したときのシール位置までの距離が前記基準距離よりも長くなるように前記シール面が形成された断面形状を含むことを特徴とするシール部材。
筒状のシリンダチューブの軸方向両端が封止ブロックで封止されたハウジングを備え、前記ハウジング内には、出力軸が回動可能に支持されるとともに、該出力軸にベーンが一体に取付されたベーン型ロータリアクチュエータにおいて、
前記ベーンの装着溝には、前記ハウジングと前記ベーンの間の流体の流入及び流出を規制する弧状のシール面が形成されたシール部材が装着され、
前記シール部材は、前記装着溝の開口幅より小さい幅に形成されたシール本体を備え、
前記シール部材は、正立状態で前記シール面に形成されるシールラインを通過し、かつ、前記シール面の接線に対して垂直に交差する線を基準線とし、該基準線上にある前記シール本体が前記装着溝において傾斜するときの起点から前記シールラインまでの距離を基準距離とした場合、前記起点から前記シール本体が傾斜したときのシール位置までの距離が前記基準距離よりも長くなるように前記シール面が形成された断面形状を含むことを特徴とするベーン型ロータリアクチュエータ。
前記突部は、前記装着溝の一対の側壁へ対向する面が前記装着溝の内側から外側に向かって突出量が増加する傾斜面とされる請求項5に記載のベーン型ロータリアクチュエータ。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、ベーン型ロータリアクチュエータの一実施形態を説明する。
図1(a),(b)に示すように、本実施形態のベーン型ロータリアクチュエータは、中空角柱状のアルミ等の金属から構成されるシリンダチューブ10によって外郭が形成されている。このシリンダチューブ10には、流体(本実施形態では、圧縮エア)の供給及び該流体の外部(本実施形態では、大気中)への排出を行う給排装置に接続される第1及び第2給排ポートP1,P2が形成されている。第1給排ポートP1には、流体を貯留可能な後述する圧力室11cが連通し、第2給排ポートP2には、流体を貯留可能な後述する圧力室11dが連通している。
【0013】
第1給排ポートP1から圧力室11cに流体が供給されるとともに、第2給排ポートP2から圧力室11dの流体が排出されることで、シリンダチューブ10に収容される移動体としてのベーン13が第2給排ポートP2側に向かって回動動作を伴いその向き(位置)が切換制御される。一方、第2給排ポートP2から圧力室11dに流体が供給されるとともに、第1給排ポートP1から圧力室11cの流体が排出されることで、上記ベーン13が第1給排ポートP1側に向かって回動動作を伴いその向きが切換制御される。
【0014】
シリンダチューブ10の内部には、出力軸12とベーン13とを収容する収容部11が形成されている。この収容部11内は、弧状の大径収容部11aと、該大径収容部11aよりも径の小さい弧状の小径収容部11bとを繋げた外郭をなしている。収容部11内において、出力軸12は、シリンダチューブ10の軸方向に沿って収容されている。なお、出力軸12は、鋼等の金属で構成される。
【0015】
また、収容部11内において、ベーン13には、出力軸12が挿通されるとともに、ベーン13は該出力軸12と一体に回動動作するように出力軸12に固定して取付られている。ベーン13は、出力軸12の径方向に対向する長翼部13aと短翼部13bを備えている。長翼部13aは、その径方向に沿った出力軸12から先端までの距離が短翼部13bよりも長く、回動動作時に該先端が収容部11の大径収容部11aの内面にシール部材14を介して摺動(揺動)する長さに形成されている。一方、短翼部13bは、その径方向に沿った出力軸12から先端までの距離が長翼部13aよりも短く、回動動作時に該先端が収容部11の小径収容部11bの内面にシール部材14を介して摺動(揺動)する長さに形成されている。なお、ベーン13は、アルミ等の金属で構成される。
【0016】
また、
図2に示すように、収容部11において、出力軸12の軸方向の一端側及び他端側(
図1(a),(b)の紙面表側)及び下側(
図1(a),(b)の紙面裏側)の開口部がシリンダチューブ10とは異なるアルミ等の金属から構成される封止ブロックBL1,BL2により封止されている。このように、本実施形態では、シリンダチューブ10及び封止ブロックBL1,BL2によりベーン型ロータリアクチュエータのハウジングHが構成されている。
【0017】
封止ブロックBL1,BL2との関係において、上述した出力軸12は、その軸方向の両端部がこれら封止ブロックBL1,BL2から外側へ突出する長さに形成されている。また、出力軸12は、これら封止ブロックBL1,BL2により径方向の位置が固定されることで、回動動作可能に支持されている。このように、ベーン型ロータリアクチュエータは、ベーン13の回動動作に伴う回転力を出力軸12の回動動作を通じて外部に出力する。
【0018】
また、封止ブロックBL1,BL2との関係において、上述したベーン13は、回動動作時にその軸方向両端面がこれら封止ブロックBL1,BL2の内面にシール部材14を介して摺動(揺動)する長さ(高さ)に形成されている。このため、収容部11内の第1給排ポートP1側には、ハウジングH(大径収容部11a、小径収容部11b、封止ブロックBL1,BL2)、及びベーン13により、給排ポートP1を通じて流体が給排される圧力室11cが区画形成される。一方、収容部11内の第2給排ポートP2側には、ハウジングH(大径収容部11a、小径収容部11b、封止ブロックBL1,BL2)、及びベーン13により、給排ポートP2を通じて流体が給排される圧力室11dが区画形成される。
【0019】
図2に示すように、ベーン13には、回動動作時にハウジングHとシール部材14を介して摺動(揺動)する外周面、すなわちベーン13の軸方向両端面と、長翼部13a及び短翼部13bの径方向両端面とに跨って延びる装着溝13cが形成されている。この装着溝13cは、ベーン13の外周面に沿って一続きに形成されている。
【0020】
装着溝13cには、ハウジングHとベーン13の間、すなわち圧力室11c,11dの間での流体の流入及び流出を規制するゴム等の弾性部材から構成されるシール部材14が装着されている。このシール部材14は、一続きの装着溝13cに嵌め込み可能なように、ベーン13の軸方向両端の装着溝13cに対応する部分と、長翼部13a及び短翼部13bの径方向両端の装着溝13cに対応する部分とが一体に形成されている。
【0021】
また、ハウジングH内には、収容部11の内面及び封止ブロックBL1,BL2の内面との境界であって、繋ぎ目となる角部11eが形成されている。そして、シール部材14において、ハウジングHの角部11eに対応する部分(本実施形態では、4箇所)には、ベーン13が動作を伴っても、ハウジングHとベーン13の間での流体の流入及び流出を規制するための工夫を施した角部シール部15が形成されている。
【0022】
次に、
図3及び
図4を参照して、シール部材14における角部シール部15について詳しく説明する。
角部シール部15は、ベーン13の軸方向両端の装着溝13cに嵌め込まれるシール本体としての本体シール部16と、ベーン13の長翼部13a及び短翼部13bの径方向両端の装着溝13cに嵌め込まれるシール本体としての翼部シール部17とが交差した部分に相当し、ほぼ直角に折れ曲がった鉤状に形成されている。これら本体シール部16及び翼部シール部17は、ハウジングH側及び装着溝13cの底側の断面がそれぞれ丸型、すなわち円形に形成されている。このため、シール部材14において、本体シール部16及び翼部シール部17のハウジングH側には、弧状の曲面SSが形成される。特に、角部シール部15において、本体シール部16及び翼部シール部17のハウジングH側には、これらに跨って弧状の曲面SSが形成される。
【0023】
また、角部シール部15には、その両側面であって、装着溝13cの一対の側壁に対向する側にこれら側壁に沿って、シール部材14が正立状態を保てるように補助するリブ18が形成されている。リブ18は、ベーン13の軸方向両端の装着溝13cに対応する各角部シール部15において、それぞれの本体シール部16から翼部シール部17に跨って連接されている。また、角部シール部15の両側面のリブ18の幅は、連接される本体シール部16の直径と一致する幅であって、このような幅は装着溝13cの開口幅より小さい幅で形成されている。
【0024】
また、角部シール部15において、本体シール部16と翼部シール部17が交わる部位を交差部19とすると、本体シール部16及び翼部シール部17から交差部19に向かって曲面SSのカーブが徐々に緩やかになるように形成されている。すなわち、角部シール部15のリブ18において、本体シール部16及び翼部シール部17から、交差部19に向かうにつれてシール部材14の幅のうち曲面SSの占める割合が大きくなるように設定されている。なお、本体シール部16について、角部シール部15以外の部分では、シール部材14の幅のうち曲面SSが全て占めている。また、翼部シール部17について、角部シール部15以外の部分では、曲面SS及びリブ18が占める割合の関係が一定に保たれている。
【0025】
また、角部シール部15のリブ18において、その両側面であって、装着溝13cの一対の側壁に対向する側には、シール部材14の傾きを規制するための突部20が1箇所ずつ形成されている。この突部20は、装着溝13cに向かって突出する円柱状に形成されている。また、突部20は、リブ18の中でも角部シール部15に対応する箇所にのみ、すなわちリブ18に対して非連続的に形成されている。
【0026】
突部20において、ハウジングHの角部11e側、すなわち角部シール部15の交差部19側には、厚みを最も増した肉厚部21が形成されている。このため、突部20において、装着溝13cの一対の側壁と対向する面は、装着溝13cの内側(ベーン13側)から外側(ハウジングHの角部11e)に向かって突出量が増加する(勾配を有する)傾斜面22となっている。また、角部シール部15の両側面の肉厚部21の幅は、連接される本体シール部16の直径よりも大きい幅であって、このような幅は装着溝13cの開口幅より大きい幅で形成されている。
【0027】
このように構成された角部シール部15において、特に本体シール部16及び翼部シール部17の曲面SSは、ハウジングHとベーン13の間をシールするシール面として作用する。すなわち、角部シール部15において、本体シール部16及び翼部シール部17から続く曲面SSは、ハウジングの中でも角部11eとベーン13の間をシールするシール面として作用する。なお、本体シール部16及び翼部シール部17について、角部シール部15以外の部分の曲面SSは、上述したのと同様、シール面として作用する。
【0028】
また、
図3及び
図4で斜線に示すように、角部シール部15において、シール部材14が正立状態の場合、曲面SSの幅方向の中心を通る中心線SL上が、ベーン13、すなわち装着溝13cから最もはみ出すとともに、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が最も大きくなる。このため、曲面SSにおいて、シール部材14が正立状態の場合、中心線SLがハウジングHとベーン13の間をシールするシールラインとして作用する。すなわち、本体シール部16及び翼部シール部17に跨って通る中心線SLは、シール部材14が正立状態の場合、ハウジングHの中でも角部11eとベーン13との間をシールするシールラインとして作用する。なお、本体シール部16及び翼部シール部17について、角部シール部15以外の部分の中心線SLは、上述したのと同様、シールラインとして作用する。
【0029】
次に、角部シール部15に形成される曲面SSについてさらに詳しく説明する。
図5に示すように、角部シール部15の交差部19から装着溝13cの内側にかけての断面において、中心線SLを通過し、かつ、曲面SSの接線Yに対して垂直に交差する、すなわち中心線SLから鉛直に延びる基準線L上の点であって、曲面SSまでの距離を規定するための点を起点Oとする。この起点Oから中心線SLまでの距離R1(径)を基準距離とする場合、曲面SSは、中心線SLから曲面SSの周面に沿って離れる程、起点Oからの距離が基準距離よりも長くなるように形成されている。すなわち、起点Oから交差部19の曲面SSまでの距離は、基準線Lとなす角度が大きくなる程、長くなるように形成されている。
【0030】
例えば、基準線Lと特定の角度をなす起点Oから交差部19の曲面SSまでの距離R2は、基準距離の距離R1よりも長いこととなる。このような距離R2は、起点Oからの距離を基準距離にした場合の仮想面Zについて、基準線Lと上記特定の角度をなす起点Oから仮想面Zまでの基準距離に相当する距離R3よりも長いこととなる。このため、交差部19の曲面SSでは、中心線SLから離れる程、すなわち弧の外側程、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が増大するように構成されているとともに、弧の外側程、仮想面ZとのハウジングHに対してのシール部材14の締め代の差が増大するように構成されている。したがって、本実施形態では、シール部材14が正立状態において、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が最小となるように構成されていることとなる。
【0031】
また、起点Oについては、ベーン13の回動動作時に角部シール部15が傾くと想定される中心を定めるようにしている。
図5に示すように、角部シール部15及び装着溝13cの幅について、突部20の分だけ角部シール部15の幅が装着溝13cの開口幅よりも大きいので、角部シール部15は、装着溝13cに押し込んで装着される。このため、突部20は、圧縮する状態に弾性変形するとともに、原形状への復元力により、装着溝13cに圧接している。
【0032】
このようにして装着溝13cに装着された角部シール部15は、突部20の中でハウジングHの角部11eに最も近い肉厚部21が最も大きく弾性変形している。よって、ベーン13の回動動作時、基準線L上で角部シール部15の両側のうち最も突出した肉厚部21同士を結ぶ位置を中心にした傾きが発生すると想定される。このため、本実施形態では、基準線L上において、角部シール部15の両側の肉厚部21同士を結ぶ位置に起点Oを定めるようにしている。
【0033】
次に、こうした本実施形態のシール部材14を装着したベーン型ロータリアクチュエータの作用を説明する。
角部シール部15において、交差部19の曲面SSでは、正立状態でのシールラインでのシール時にハウジングHに対してのシール部材14の締め代が最小とされているので、シール部材14が傾くなどして正立状態でのシールラインからシールラインがずれることで、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が増大するようになる。
【0034】
このようなハウジングHに対してのシール部材14の締め代が増大することによっては、ベーン13の回動動作時において、角部シール部15がハウジングHとベーン13の間で正立状態よりも強く圧縮された弾性変形状態へと移行するようになり、角部シール部15の復元力も強く作用するようになる。これにより、角部シール部15では、ハウジングHとの摺動抵抗により傾き、ねじれや倒れを起こしても、その傾きが拘束され、それ以上の傾きが抑制されるようになる。
【0035】
また、角部シール部15が傾く程、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が増大するので、ハウジングHとベーン13の間の流体の流入及び流出を規制してシールするために作用する角部シール部15の復元力が高められるようになる。
【0036】
また、角部シール部15において、突部20が突出する分だけ角部シール部15の幅が装着溝13cの開口幅よりも大きいので、角部シール部15は、装着溝13cに装着された際、突部20を形成しない場合よりも両脇から強く拘束されるようになる。また、このような突部20について、角部シール部15の中でも交差部19の曲面SSにより近い部分に肉厚部21が形成されるので、ハウジングHの角部11eにおいて、上述したように角部シール部15が両脇から強く拘束されるようになる。
【0037】
このような角部シール部15が両脇から強く拘束されることによっては、角部シール部15が装着溝13cに対して位置決めされ易くなり、正立状態が維持され易くなる。さらに、本実施形態では、ハウジングHの角部11eにおいて、角部シール部15が装着溝13cに対して位置決めされ易くなり、正立状態が維持され易くなる。
【0038】
また、角部シール部15において、突部20には傾斜面22が形成されるので、角部シール部15を装着溝13cに押し込む際には、押し込み荷重が低減されるようになり、その装着作業が容易になる。
【0039】
また、本実施形態のベーン型ロータリアクチュエータにおいて、角部シール部15が収容部11の内面及び封止ブロックBL1,BL2の内面との境界となるハウジングHの角部11eに対応する部分に装着されるので、ベーン13の回動動作を伴っても、ハウジングHの角部11eに対して十分なシール部材14の締め代が確保されるようになる。
【0040】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に示す効果を奏することができる。
(1)角部シール部15(シール部材14)では、正立状態でのシールラインからシールラインがずれても、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が増大する。このため、ベーン13の回動動作に伴ってシール部材14が傾き、正立状態でのシールラインからシールラインがずれることがあっても、ハウジングHに対して十分な締め代を確保することができる。
【0041】
また、正立状態でのシールラインからシールラインがずれることがあっても、ハウジングHに対して十分な締め代を確保することによっては、角部シール部15(シール部材14)ではハウジングHに対しての十分な復元力も確保される。したがって、ハウジングHとベーン13の間の流体の流入及び流出を規制する機能を高めることができる。
【0042】
(2)突部20が形成されない場合に比べて、装着溝13c内ではシール部材14の正立状態が維持され易くすることができ、ベーン13の回動動作を伴ってもハウジングHに対して十分なシール部材14の締め代を確保することができる。
【0043】
ただし、突部20を含めた角部シール部15及び装着溝13cの関係によっては、正立状態の維持の程度が変化することになる。その点、角部シール部15に突部20を形成する上記構成によれば、ベースとなる本体シール部16などのシール本体については寸法等を変更せず、装着溝13cの開口幅を変更させたり、突部20の突出量を変更させたりすることで正立状態の維持の程度を変化させることができる。
【0044】
(3)角部シール部15を装着溝13cに押し込んで装着する際には、突部20の傾斜面22の傾斜に沿って押し込むことができるので、押し込み荷重を低減でき、その装着作業を容易なものとすることができるようになる。また、角部シール部15の中でも交差部19の曲面SSにより近い部分へ正立状態を維持するための力を付加することができるようになる。したがって、装着作業の向上に加えて、ベーン13が回動動作を伴っても、ハウジングHに対して十分な締め代を確保することができる。
【0045】
(4)角部シール部15(シール部材14)を、ベーン型ロータリアクチュエータに適用することで、正立状態でのシールラインからシールラインがずれても、特にハウジングHの角部11eにおいて、ハウジングHに対してのシール部材14の締め代が増大する。したがって、ベーン13の回動動作に伴ってシール部材14が傾き、正立状態でのシールラインからシールラインがずれることがあっても、特にハウジングHの角部11eとベーン13の間での流体の流入及び流出が効果的に規制されるようになる。
【0046】
(5)突部20は、円柱状をなしていることから、押し込み荷重を効果的に分散させることができるとともに、角部シール部15の中でも交差部19の曲面SSにより近い部分へ正立状態を維持するための力を効果的に分散して付加することができる。したがって、角部シール部15及びベーン13の一箇所に力を集中させてしまうことが抑制され、これらの耐久性の向上に寄与することができる。
【0047】
なお、上述した実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・
図6に示すように、リブ18には、突部20を形成しないようにしてもよい。この場合には、突部20がないことから、基準線L上で角部シール部15のハウジングH側及び装着溝13cの底側の中間位置を中心にした傾きが発生すると想定される。このため、本別例では、基準線L上において、基準線L上で角部シール部15のハウジングH側及び装着溝13cの底側の中間位置に起点Oを定めるようにしている。
【0048】
・起点Oを定めるための基準は、シール部材の形状やアクチュエータの仕様等によって変更してもよく、例えば、本実施形態の場合でも基準線L上で角部シール部15のハウジングH側及び装着溝13cの底側の中間位置を中心にした傾きが発生すると想定される仕様であれば、該中間位置を起点Oに定めてもよい。
【0049】
・リブ18の構成については、変更してもよく、例えば、角部シール部15に対応する箇所にのみ形成するようにしたりもできる。
・突部20は、押し込み荷重を低減したり、角部シール部15の中でも交差部19の曲面SSにより近い部分へ正立状態を維持するための力を付加したりすることができれば、その形状を変更してもよく、例えば、角柱状に形成してもよい。
【0050】
・突部20は、リブ18に沿って連続的に形成するようにしてもよい。これによれば、角部シール部15における正立状態の維持に止まらずシール部材14全体の正立状態の維持に寄与することができる。
【0051】
・突部20には、傾斜面22(肉厚部21)が形成されていなくても圧入などして、装着溝13cに装着可能であればよく、例えば、リブ18と平行な面が形成されるようにしてもよい。
【0052】
・流体としては、圧縮エアに限らず圧縮された液体など、他の流体でもよい。
・本実施形態では、シール部材14において、ハウジングHの角部11eに対応する角部シール部15にのみ改良を施したが、他の本体シール部16及び翼部シール部17にも同様の改良を施すようにしてもよい。例えば、リブ18をシール部材14の全体に亘って形成するようにしてもよいし、該リブ18に合わせて突部20もシール部材14の全体に亘って形成するようにしてもよい。
【0053】
・
図7に示すように、
図5に示した断面を環状(円状)に繋げて形成することで、圧縮エア等の流体の供給及び排出によりハウジング内の移動体の位置が切り換えられるアクチュエータにおいて、一般的に用いられるゴム等の弾性部材から構成されるシール部材としてのパッキンに代表されるOリング30として実現することもできる。本別例では、Oリング30のシール本体としてのリング本体31の外周には、シール面として作用する断面が弧状をなす曲面SSが形成されるとともに、シールラインとして作用する中心線SLが表される。また、リング本体31の両側面の周方向には、リブ18に相当するOリングリブ32が形成される。このOリングリブ32の周方向には、突部20に相当するOリング突部33及び肉厚部21に相当するOリング肉厚部34が形成される。このOリング突部33において、装着溝13cと対向する側には、傾斜面22に相当するOリング傾斜面35が形成される。本別例のOリング30によっては、ベーン型ロータリアクチュエータに限らず、シリンダチューブ内をその軸方向に棒状のシリンダが往復動する流体圧シリンダへの適用や、アクチュエータでなくてもハウジング及び移動体の間の流体の流入及び流出を規制する場面への適用が可能となる。なお、本別例では、上述した他の別例についても適用することもでき、例えば、
図6に示した断面を円状に繋げて形成することもできるし、Oリング突部33をなくしたり形状を変更したりもできる。
【0054】
・上記実施形態や別例では、正立状態でのシールラインが曲面SSの幅方向の中心を通る場合を例示したが、正立状態でのシールラインが曲面SSの幅方向の中心からずれている(幅方向の何れかに偏っている)場合について適用することもできる。
【0055】
次に、上記実施形態及び別例(変形例)から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記突部は、シール本体の前記装着溝に対向する側に非連続的に形成されているとともに、その形状は円柱状をなしている。