JP3126143B2

JP3126143B2 - ロータリーバルブのシール機構

Info

Publication number: JP3126143B2
Application number: JP04502585A
Authority: JP
Inventors: バリージョンミラード，
Original assignee: アドウェストエンジニアリングリミテッド
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 2001-01-22
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: DE69209276D1; WO1992012886A1; EP0566617B1; GB9100903D0; JPH06506644A; DE69209276T2; ES2089491T3; EP0566617A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明はロータリーバルブのシール部に関するもの
で、特に、乗り物のパワーアシスト式ステアリング装置
に利用されるものに関する。また本発明は、前記シール
部を有するロータリーバルブに関する。

乗り物のパワーアシスト式操舵機構に用いられている
典型的なロータリーバルブについては、英国特許第1299
506号に述べられている。このロータリーバルブは、ハ
ウジングに回転自在に支持されたスリーブに設けられた
回転子を備えている。バルブのスリーブには、シールが
設けられている。このシールは、環状の作動液流路を互
いに隔離すべくシールを行っている。これらのシール
は、一般に、四沸化エチレン樹脂などの可塑性材料によ
り形成され、作動時の上昇した温度においてシールとハ
ウジングとの間で適当なシールが行われるようになって
いる。

しかしながら、前述の可塑性材料は、温度上昇状態に
おいて調整されているため、その後の温度低下とともに
シールとハウジングとの間に間隙が生じる傾向がある。
これは、シールとハウジングとの熱伸縮の不一致による
ものである。このような理由により、起動の際などの低
温時にシールとハウジングとの間に漏れが生じる可能性
がある。これは、結果的に液圧上昇の遅れを招き、ステ
アリング機構の操作に付加されるアシスト力の低下とし
て乗り物の運転者に認識される。このような漏れの程度
は温度に依存し、特に寒冷状態において発生する傾向が
ある。この種の漏れは、コールドスタート現象として認
識されている。またこの現象は、アルミニウムのような
耐摩耗性のわるい材料によってハウジングが形成されて
いる場合に著しい。

本発明の一般的な目的は、コールドスタート現象を防
止しあるいは減少させることのできるシール機構を得る
ことである。

本発明の一つの解釈によれば、シリンダー部材とハウジングのボアとの間をシールす
るシール機構であって、ハウジングとシリンダー部材と
は互いに相対回転することができるようになっている。
シール機構は、シリンダー部材の環状溝内に配置され、
環状のシール体と、弾性材料からなる環状部材とから構
成されている。前記環状のシール体は、軸方向に延びて
ボアとの間のシール面を構成する外側の円周状の面と、
半径方向へ延びて前記溝の側面との間のシール面を形成
する少なくとも一つの端面とを有している。前記環状部
材は、前記シール体の軸方向に延びる内側の円周状の面
に接して設けられて前記外側の円周状の面を半径方向外
方へ押し広げて前記外側の円周状の面とボアとの間のシ
ール性を、シールおよびハウジング冷却時に維持させ
る。前記弾性の環状部材は、前記溝の底から間隔をおい
て配置され、前記シール体に向き合わされあるいは接す
る軸方向の端面を有している。前記弾性環状部材とシー
ル体とは軸方向に一体に移動することができるように互
いに連結されている。

望ましくは、前記シール体は中実状でかつ低摩擦係数
の可塑性材料により構成される。好適なプラスティック
材料として四沸化エチレン樹脂がある。望ましくは、四
沸化エチレン樹脂はグラスファイバーなどのフィラーを
15重量％程度含み、少なくとも伸び150％、少なくとも
引っ張り強度1500psiであることが望ましい。他の好適
なフィラーとしてカーボングラファイトやその他のの好
適な鉱物がある。

弾性環状部材は望ましくは一部が切り欠かれた円弧状
をなし、望ましくはステンレス鋼のような弾性金属材料
により形成されている。望ましくはシール体の円周状の
内面および円周状の外面は互いに対応する形状とされ、
一体にされた場合に環状部材とシール体とを同心状に接
触させ、および／または、一体に軸方向へ移動すること
ができるようにされる。

さらに好ましくは、環状部材とシール体との間の対応
する形状として、互いに反対向きとされ、軸線に対して
傾斜した面を有する形状を採用する。また、互いに反対
向きとされた傾斜面のなす角度は、好ましくは約155゜
とされている。

液圧の作用において、シール構造に必要とされるの
は、一つの端面が溝の側面に接してシール状態となるよ
うに摺動することである。パワーアシスト式のステアリ
ングに使用されるロータリーバルブにおいては、溝の側
面にシール機構が迅速に接してシール状態となり得るこ
とが望ましい。

さらに好ましくは、環状部材の軸方向への長さはシー
ル体の同方向への長さより小さく、しかも、半径方向へ
延びる一対の端面が前記溝の側面に接してシール状態と
なり得ることである。

また、断面において、シール体と環状部材とを組み合
わせたものの半径方向の高さは、シール体の軸方向への
寸法と等しいかこれより大きいことが望ましい。シール
体42の端面の半径方向への広がりは、シール体の外周面
の半径方向の内側まで達し、前記組み合わせられた状態
の半径方向への高さとほぼ等しいかその大半を占めるか
の範囲となっている。

シール体の軸方向へ延びる外周面は、円筒状をなし、
シール体の幅とほぼ等しいか大部分を占める範囲まで延
びている。さらに、シール体の外周の円周状の周縁部
は、面取り状態となっている。この面取りの範囲は、ボ
アとの接触面積を減少させるため、すなわちシール機構
の軸方向への移動に必要とされる力を減少させるため、
製造時に適宜変更することができる。

本発明のさらに他の態様として、バルブスリーブと、
ハウジングのボアに対して回転可能なローターとを有す
るロータリーバルブがあり、前記バルブスリーブは、前
記スリーブとボアとの間をシールするための少なくとも
一つのシール機構を有している。

本発明の種々の態様を以下に図面を参照して説明す
る。

図１はパワーアシスト式ステアリング機構に用いられ
るロータリーバルブの断面図である。

図２は本発明の第１実施例のシール機構の拡大した断
面図である。

図３は本発明の第２実施例のシール機構の拡大した断
面図である。

図４は本発明の第３実施例のシール機構の拡大した断
面図である。

図５は本発明に適用される環状部材の側面図である。

まず、図１を参照して説明する。符号10はパワーアシ
スト式のステアリング機構に用いられるロータリーバル
ブである。このロータリーバルブ10は本出願人の英国特
許第1299506号と基本的な構成を同じくしている。また
符号10は、ロータリーバルブとパワーアシスト操舵装置
の全体を示すものとする。基本構成を説明すれば、ロー
タリーバルブ10は、ハウジング15のボア14に支持された
バルブスリーブ20に支持された回転子11を有している。
前記スリーブ20はウォーム歯車22に連結されている。こ
のウォーム歯車22は、操舵機構26におけるラック24に噛
み合っている。ロータリーバルブ10および操舵機構26の
動作については英国特許第1299506号に説明されてい
る。

前記スリーブ20は、外周に４つの環状の流通孔30,31,
32,33を有している。これらの流通孔30,31,32,33には、
周知の方式によりパワーアシストを行うべくロータリー
バルブから供給された加圧状態の作動流体が供給される
ようになっている。

前記流通孔30,31,32,33はシール機構40によって互い
に遮断されている。各シール機構40は、スリーブ20に形
成された溝41内に配置され、ボア14の壁面とスリーブ20
の表面との間をシールする作用を果たしている。

第１の実施例のシール部40aは、図２に示されてい
る。

このシール部40aは、環状のシール体42を有してい
る。このシール体42は望ましくは中実状の断面を有し、
軸方向へ延びる円周状の表面43を有し、この表面はボア
14の内面にシール状態で密着するようになっている。環
状部材48は、シール体42の内周面49に設けられ、半径方
向外方へ向かうバイアス力（例えば弾性変形による）が
予め与えられることにより、シール体42の表面に密着す
るようになっている。

シール体42は、半径方向外方へ延びる一対の端面50,5
1を有している。これらの端面50,51は、溝41の各壁面5
3,54にシール状態で接することができるようになってい
る。図示のように、端面50,51は平面状をなしている。
また、端面50,51は、一体に組み立てられたシール体42
と環状部材48との半径方向への高さの大半を占める位置
まで延びている。

シール体42の軸方向への幅寸法は、作動液の圧力がシ
ール機構の一方の側面に加わった場合に、溝内において
低圧力側の端面50または51がシール状態を維持しつつ側
面53または51へ接するまでシール機構が移動することが
できるように、側面53,54によって区画される溝41より
小さく設定されている。

さらに、溝41の底部40aの直径は、シール機構40aの内
径よりわずかに小さく設定されていて、作動液の圧力が
面43へ半径方向外方へ向けて作用することによる面43と
ボア14とのシール性を保証するようになっている。

図２に示すように、シール機構の半径方向への広がり
は、断面においては、溝41の深さをわずかに越える程度
に設定されている。さらに、各端面50,51は、シール機
構全体の高さの殆ど全部の範囲まで広がっている。した
がって、側面53または54に対して比較的大きな接触面積
のシール面50,51が得られる。したがって、周縁部の僅
かな部分のみが、バルブスリーブ20とボア14との間の間
隙に面することになる。

このようにして、比較的高い圧力の作動液が漏れよう
とするのに対抗して、シールをすることができる。

さらに、シール機構の半径方向への高さは、シール体
42の軸方向への寸法に対して、等しいかそれよりも大き
い値に選択されることが望ましい。この場合、作動液の
圧力によってシール機構を軸方向へ移動させるためのよ
り大きな力が生じるように、シール機構の端面の面積
は、シール機構の内周面の面積より大きくされている。
これに伴い、シール機構が低圧側の側面53もしくは54と
接触するための摺動動作が容易になる。加えて、シール
機構の外周の端部には、面取部44が形成されていること
が望ましい。これらの面取部44が存在することにより、
面43の軸方向への長さが減少する。したがって、面取部
44の寸法により、面43とボア14との間の接触面積を変更
すること、あるいは、シール機構の軸方向への動きに伴
う摩擦抵抗を減少させることができる。

図２に示すように、シール体42の内周面49と環状部材
48の外周面61とは対応する形状とされている。特に、シ
ール機構の軸線に対して傾斜した一対の反対向きの面7
0,71において、かかる対称形であることが望ましい。ま
た、前記面70,71のなす角度は約115゜に設定されてい
る。互いに反対向きとされた面70,71によれば、シール
機構が軸方向へ一体に移動することができるように、シ
ール体42と環状部材48とを軸方向へ互いに関連して移動
させることができる。さらに、互いに反対向きとされた
面70,71は、シール体42と環状部材48とが組立中に同軸
状に位置合わせされるように、共同して作用する。

同様の機能を果たすために他の断面構造を採用するこ
とができるのは明かであろう。

前記環状部材48の外方へのバイアス力は、シール体42
およびハウジング15の冷却中においてもシール体42の面
43とボア14とがシール状態で接触することができるよう
に選択されている。したがって、面43とボア14との間
に、これらを構成する材料の熱伸縮の不一致に起因する
間隙が生じることが防止される。

本発明のシール機構40bの第２実施例を図３に示す。
この実施例は、反対向きの面70,71の向き以外の構造は
図２の第１実施例と同様である。

図２および図３に示すように、環状部材48の軸方向端
面48aは、面50,51に隣接し、これにより、面50,51と面5
3,54とのシール状態の接触を阻害しないようになってい
る。

さらに第３実施例にかかるシール機構40cを図４に示
す。この実施例は、端面48aが端面50,51の内部に配置さ
れ、これらの面50,51がシール機構全体の高さを越える
範囲まで延びた構成とされ、それ以外の部分は図２の例
と同様の構成とされている。

図５は第４実施例にかかる環状部材48を示している。
この環状部材48は、例えばステンレス鋼のような弾性金
属の小片から構成されてなり、ほぼ真円状に湾曲してい
る。この状態は図５の破線に示されている。組み立てに
おいて、環状部材48は最初に溝41内へ送り込まれ、次い
でシール体42は、スリーブ20の上を軸方向へ移動して溝
41へ送り込まれ、さらに、環状部材48の上に配置され
る。前記環状部材48への取付に際して、シール体42は環
状部材48を圧縮し、その互いに対向する端部48dを互い
に接近させ、これにより、半径方向へのバイアス力を発
生させるようになっている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−203766（ＪＰ，Ａ) 特開平１−164868（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−236878（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−172472（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4566703（ＵＳ，Ａ) 米国特許3602255（ＵＳ，Ａ) 国際公開91／19120（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 5/083 F16J 15/18 F16J 15/16 - 15/30 F16J 15/46 - 15/52

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに設けられたボアとシリンダー
部材との間をシールする油圧流体シール機構であって、
前記ハウジングとシリンダー部材とは互いに相対回転自
在とされ、該シール機構は、前記シリンダー部材に設け
られた環状の溝内に設けられるとともに可塑性材料から
なる環状のシール体と、弾性変形可能な弾性環状部材と
を有し、前記環状のシール体は、該シール機構の軸線方
向に延在して前記ボアとの間のシール面を形成する外周
面と、少なくとも１つの、半径方向に延在して前記溝の
側面との間のシール面を形成する端面とを有し、前記シ
ール体の前記軸線方向長さは前記溝の前記軸線方向長さ
より短く、前記弾性環状部材は、前記シール体の内周の
円周状の面に接して、前記シール体を半径方向外方へ広
げることにより該シール体と前記ボアとを冷却時にシー
ル状態に維持し、さらに前記弾性環状部材は、前記溝の
底から間隔をおいて配置されかつ前記シール体の前記端
面に対して面一配置または内方配置された前記軸線方向
の端面を有し、前記弾性環状部材と前記シール体とは前
記溝内で前記軸線方向に一体にスライド状態で移動する
ことができるように互いに連結されたことを特徴とする
シール機構。
【請求項２】前記シール体は中実断面を有し、低摩擦係
数の可塑性材料により構成されたことを特徴とする請求
項１のシール機構。
【請求項３】前記可塑性材料は四弗化エチレン樹脂であ
ることを特徴とする請求項２のシール機構。
【請求項４】前記四弗化エチレン樹脂にはフィラーが含
有されていることを特徴とする請求項３のシール機構。
【請求項５】前記フィラーはガラス繊維であることを特
徴とする請求項４のシール機構。
【請求項６】前記弾性環状部材は、弾性金属材料から形
成され一部が欠かれたリングであることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか一に記載のシール機構。
【請求項７】前記シール体の内側の表面と、前記環状部
材の外側の表面とは互いに対応する形状とされ、この形
状により、互いに組み合わせた状態で同軸状に位置合わ
せされ、および、または、前記シール体と前記環状部材
とが一体に前記軸線方向へ移動されることを特徴とする
請求項１〜６のいずれか一に記載のシール機構。
【請求項８】前記シール体と環状部材との互いに対応す
る形状は、互いに反対向きで、しかも前記環状部材およ
びシール体の軸線に対して傾斜した面を有することを特
徴とする請求項７のシール機構。
【請求項９】互いに反対向きの面は互いに約155゜をな
すことを特徴とする請求項８のシール機構。
【請求項１０】前記シール体および環状部材を組み立て
た場合に、これらの半径方向への合計寸法は、断面にお
いて、前記シール体の前記軸線方向寸法より大きいこと
を特徴とする請求項１〜９のいずれか一に記載のシール
機構。
【請求項１１】前記シール体の半径方向外方に延在する
前記端面は、前記シール体の前記外周面の内側で前記合
計寸法の全体かもしくは大部分を占める範囲まで延在し
ていることを特徴とする請求項10のシール機構。
【請求項１２】バルブスリーブと、ハウジングのボアに
回転可能に挿入されたローターとを有し、前記バルブス
リーブは、請求項１〜11のいずれか１項に記載のシール
機構を少なくとも一つ有し、このシール機構によってス
リーブとボアとの間がシールされたことを特徴とするロ
ータリーバルブ。
【請求項１３】請求項12のロータリーバルブを有する乗
り物用パワーアシスト式ステアリング機構。