JP2006009824A

JP2006009824A - オイルシール

Info

Publication number: JP2006009824A
Application number: JP2004183610A
Authority: JP
Inventors: Takao Suzuki; 孝男鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】オイルシールにおいて、軸の回転速度に拘らず高いシール性能を確保することができると共に磨耗を抑制可能とする。
【解決手段】シリンダヘッド１１にステムガイド２１，２２により吸気弁１９及び排気弁２０を軸方向に移動自在に支持し、この吸気弁１９及び排気弁２０とステムガイド２１，２２との摺動部にオイルシール３５，３６を設け、このオイルシール３５，３６にて、シール部材４２に固定されたシールリング４３を吸気弁１９及び排気弁２０に押圧するためのコイルスプリング４４を形状記憶合金により構成し、コイルスプリング４４を高温に移行するほどその押圧力が大きくなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑部から外部へのオイル漏れを防止するためのオイルシールに関し、特に、互いに相対回転自在、または、軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間に設けられた環状の隙間を密封するためのものである。

例えば、内燃機関においては、吸気弁及び排気弁の開閉駆動を行う動弁系、クランクシャフトやピストンなどを駆動する摺動系に対して、常時潤滑油としてのオイルを供給して磨耗や発熱を防止し、円滑な作動を確保するようにしている。一般的に、オイルはエンジン下部に装着されたオイルパンに貯留されており、オイルポンプによってオイルギャラリ（オイル通路）を通してエンジンの各潤滑必要部に供給され、再び、オイルパンに戻されるようになっている。そして、動弁系や摺動系では、このオイルが外部に漏れないように、軸とこれを回転自在または摺動自在に支持するハウジングとの間に設けられた環状の隙間を密封するオイルシールが設けられている。

この内燃機関に適用される一般的なオイルシールは、金属環にシールリップを構成する合成ゴムを焼き付け接着して構成されており、ハウジングに対して軸が回転自在に支持された構造にて、ハウジングにオイルシールの基端部が嵌合して固定される一方、先端部のシールリップがコイルスプリングにより軸の外周面に密接した状態に保持されている。従って、このオイルシールは、シールリップが軸の外周面に隙間なく密接することで、ハウジング内からのオイルの漏洩を防止することができる。

なお、従来のオイルシールとしては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。

特開平０９−３１０６８９号公報実開昭６４−０５５３７０号公報

ところで、内燃機関に適用されるオイルシールによるシール力は、シールリップが軸の外周面に密接するその緊迫力であり、オイルシール自体の弾性力とコイルスプリングの付勢力によって設定されるものである。このオイルシールの緊迫力は、内燃機関の停止時におけるオイルシールと軸との隙間がなくなるような値に設定されるものであるが、内燃機関の高回転時には、ハウジング内圧が上昇してこの圧力がオイルシールと軸との隙間を大きくする方向に作用することから、このときの圧力に基づいてオイルシールの緊迫力、特に、コイルスプリングの付勢力を設定している。

そのため、内燃機関の低回転時には、オイルシールと軸との間に過剰な緊迫力が作用し、両者の間の摩擦抵抗が増大してしまう。すると、オイルシールと軸との間の摺動部における磨耗が増大して耐久性が低下して寿命が短くなってしまうという問題がある。また、オイルシールと軸との間に大きな摩擦抵抗が作用すると、内燃機関の始動時に大きな起動力が必要となり、また、低回転時にも大きな駆動力が必要となり、燃費が悪化するばかりでなく、スタータやバッテリの大型化が必要となり、高コスト化を招いてしまう。更に、内燃機関の低回転時には、オイルシールと軸との間の摺動部から騒音が発生しやすく、軸の表面粗さを向上させるなどの対策が必要となり、この点でも高コスト化を招いてしまうという問題がある。

なお、上述した特許文献１は、スクロール型圧縮機にて、可動スクロールの渦巻状の歯に形成された溝にチップシールを嵌入し、クランクシャフトの高回転時には、その遠心力によりチップシールの押付力を減少させて摩擦力を小さくし、磨耗を減少させるようにしたものである。また、特許文献２は、回転側シール部材に固定側シール部材に接触する端面リップを傾斜して設け、回転軸の高回転時には、遠心力により固定側シール部材に対する端面リップの接触面圧が減少し、磨耗を減少させるようにしたものである。ところが、各特許文献１、２とも、軸の高回転時には、遠心力によりシールを変形させて摺動部の摩擦抵抗を減少させるものであり、磨耗は減少するものの、このときの十分なシール性を確保することができない。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、軸の回転速度に拘らず高いシール性能を確保することができると共に磨耗を抑制可能としたオイルシールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のオイルシールは、互いに相対回転自在または軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間に設けられた環状の隙間を密封するオイルシールにおいて、基端部が前記ハウジング側または前記軸側のいずれか一方に固定されて先端部が前記いずれか他方に接触可能なシール部材と、該シール部材の先端部を前記他方に押圧するスプリングとを有し、前記スプリングを形状記憶合金により構成して高温に移行するほど前記押圧力が大きくなるように設定したことを特徴とするものである。

また、本発明のオイルシールでは、前記ハウジングに対して前記軸が軸方向に移動自在に支持され、前記シール部材は、基端部が前記ハウジング側に固定される一方、先端部が前記軸の外周面に接触可能であり、該シール部材の外側に前記スプリングが配設されたことを特徴としている。

本発明のオイルシールでは、前記ハウジングに対して前記軸が回転自在に支持され、前記ハウジング側に設けられたコ字形状断面を有する第１噛み合い部と、前記軸側に設けられた第２噛み合い部とがシールプレートを介して且つ所定間隔をもって噛み合うと共に、前記第２噛み合い部に固定された前記シール部材の先端部が前記第１噛み合い部の先端部に接触可能であり、該シール部材の外側に前記スプリングが配設されたことを特徴としている。

本発明のオイルシールでは、前記スプリングは、２元系合金からなる第１スプリングと、３元系合金からなる第２スプリングであり、前記第１スプリングと前記第２スプリングは変態温度が相違することを特徴としている。

本発明のオイルシールによれば、ハウジングまたは軸に接触するシール部材の先端部を押圧するスプリングを形状記憶合金により構成し、高温に移行するほどその押圧力が大きくなるように設定したので、軸の低回転時には、スプリングによるシール部材の押圧力が小さくなり、摩擦力が低減して軸をスムースに回転することができる一方、軸の高回転時には、スプリングによるシール部材の押圧力が大きくなり、高いシール性能を確保することができる。

以下に、本発明にかかるオイルシールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るオイルシールの半断面図、図２は、実施例１のオイルシールの温度に対する緊迫力を表すグラフ、図３は、実施例１のオイルシールが適用されたエンジンの要部断面図である。

実施例１のオイルシールが適用されたエンジンにおいて、図１に示すように、シリンダヘッド１１の下部にシリンダブロック１２が組み付けられ、複数の図示しない締結ボルトにより組み付けられている。シリンダブロック１２には複数のシリンダボア１３が形成され、各シリンダボア１３にピストン１４が摺動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してこのクランクシャフトに連結されている。

燃焼室１６は、シリンダブロック１２に形成されたシリンダボア１３と、シリンダヘッド１１の下面と、ピストン１４の頂面により構成されており、天井部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１６の上部、つまり、シリンダヘッド１１の下面に吸気ポート１７及び排気ポート１８が対向して形成されており、この吸気ポート１７及び排気ポート１８に対して吸気弁１９及び排気弁２０がそれぞれ位置している。この吸気弁１９及び排気弁２０は、シリンダヘッド１１に固定された各ステムガイド２１，２２により軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、各バルブスプリング２３，２４により吸気ポート１７及び排気ポート１８を閉止する方向に付勢支持されている。また、吸気弁１９及び排気弁２０は、上端部にローラロッカアーム２５，２６の一端部が連結され、このローラロッカアーム２５，２６の他端部はシリンダヘッド１１に固定されたラッシュアジャスタ２７，２８に連結されており、吸気カムシャフト２９の吸気カム３０及び排気カムシャフト３１の排気カム３２が各ラッシュアジャスタ２７，２８に接触している。

従って、エンジンに同期して吸気カムシャフト２９及び排気カムシャフト３１が回転すると、吸気カム３０及び排気カム３２がローラロッカアーム２５，２６を作動させ、各吸気弁１９及び排気弁２０が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１７及び排気ポート１８を開閉し、吸気ポート１７と燃焼室１６、燃焼室１６と排気ポート１８とをそれぞれ連通することができる。

燃焼室１６の側部、つまり、吸気ポート１７側のシリンダヘッド１１の下面には、この燃焼室１６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３３が装着されている。また、燃焼室１６の天井部中央、つまり、各吸気ポート１７及び各排気ポート１８の間のシリンダヘッド１１の下面には、点火プラグ３４が装着されている。そして、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）が搭載されており、このＥＣＵは、燃料噴射弁３３の燃料噴射タイミングや点火プラグ３４による点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、スロットル開度（アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。

上述した吸気弁１９及び排気弁２０等からなる動弁機構にて、カムシャフト２９，３１の周辺部には図示しないオイル通路を通してオイル(潤滑油)が供給されているが、このオイルが吸気弁１９及び排気弁２０を伝って燃焼室１６内に浸入しないように、吸気弁１９及び排気弁２０とステムガイド２１，２２との摺動部に本実施例のオイルシール３５，３６が設けられている。以下に、このオイルシール３５，３６について説明するが、両者はほぼ同様の構成であるため、吸気弁１９とステムガイド２１との摺動部に設けられたオイルシール３５についてのみ詳細に説明する。

オイルシール３５は、図１に示すように、ステムガイド(ハウジング)２１に対して吸気弁１９の軸部１９ａが軸方向に移動自在に組み付けられ、このステムガイド２１と吸気弁１９の軸部１９ａとの間に設けられた環状の隙間を密封するためのものである。このオイルシール３５において、ケーシング４１は金属製で円筒形状をなし、ステムガイド２１の外径より大きい内径を有するケーシング本体４１ａと、このケーシング本体４１ａの軸方向の上端部が内方に屈曲したフランジ部４１ｂとが一体に形成されてなり、このフランジ部４１ｂの内径はステムガイド２１の外径より小さく、且つ、吸気弁１９の軸部１９ａより大きく設定されている。

このケーシング４１の内周部にはシール部材４２の基端部が固定されている。このシール部材４２は合成ゴム製で円筒形状をなし、ケーシング４１の内周部に溶着されてステムガイド２１の外周面に嵌合する嵌合部４２ａと、この嵌合部４２ａの軸方向の上端部が内方に屈曲したフランジ部４２ｂと、このフランジ部４２ｂからケーシング４１の外方に延出されて吸気弁１９の軸部１９ａに沿うシールリップ（先端部）４２ｃとが一体に形成されて構成されている。そして、このシール部材４２のフランジ部４２ｂからシールリップ４２ｃに至るその内側にシールリング４３が溶着されている。

このシールリング４３は金属製で円筒形状をなし、ステムガイド２１の端面に接触するフランジ部４３ａと、このフランジ部４３ａから屈曲して吸気弁１９の軸部１９ａに対して傾斜すると共に、板厚が漸次薄くなるリング部４３ｂと、このリング部４３ｂの上端部に形成されて吸気弁１９の軸部１９ａの外周面に接触可能なシール部４３ｃとが一体に形成されて構成されている。そして、このシールリング４３の内面、少なくとも軸部１９ａの外周面に接触するシール部４３ｃにゴム部材が表面処理によりコーティングされている。

また、シール部材４２のシールリップ４２ｃの外周部には周方向に沿って取付溝４２ｄが形成されており、この取付溝４２ｄにはリング状をなすコイルスプリング４４が装着されている。このコイルスプリング４４は、その張力によりシールリップ４２ｃを介してシールリング４３のシール部４３ｃを吸気弁１９の軸部１９ａの外周面に押圧することで、吸気弁１９の軸部１９ａを伝ってステムガイド２１側に浸入するオイルを阻止するものである。なお、コイルスプリング４４の取付位置とシールリング４３のシール部４３ｃの位置とは、軸方向にてほぼ同位置となっている。

そして、本実施例では、このコイルスプリング４４を形状記憶合金により構成することで、コイルスプリング４４が高温に移行するほどシールリング４３を吸気弁１９の軸部１９ａに押圧する押圧力が大きくなるように設定している。即ち、このコイルスプリング４４は、チタン（Ｔｉ）とニッケル（Ｎｉ）との合金により構成されており、所定の温度以下では柔らかく張力が低いが、所定の温度を超えると、その硬度が増して張力が高くなるようにその配合が設定されている。形状記憶合金を加熱すると、低温のマルテンサイト相からある温度（オーステナイト変態開始温度）から変態が始まり、オーステナイト相に変化する一方、高温のオーステナイト相を冷却すると、ある温度（マルテンサイト変態開始温度）から変態が始まり、マルテンサイト相に変化する。この場合、オーステナイト変態開始温度＜マルテンサイト変態開始温度であり、オーステナイト相は、マルテンサイト相に比べて非常に硬くて変形がしにくいため、スプリングに用いると張力が増大する。

そのため、本実施例のオイルシール３５のように、シールリング４３を吸気弁１９の軸部１９ａに押圧する押圧力を得るために形状記憶合金製のコイルスプリング４４を用いると、温度に応じて２種類の吸気弁１９の軸部１９ａに対する緊迫力を確保することができる。即ち、コイルスプリング４４は、図２に太線で示すように、所定温度Ｔ₁より低い温度では小さい緊迫力Ｆ₁であるが、温度が上昇してこの所定温度Ｔ₁を超えると緊迫力が上昇し、所定温度Ｔ₂を超えると大きい緊迫力Ｆ₂となる。なお、図２にて表す点線は従来のオイルシールの緊迫力であり、温度に拘らず一定となっている。

ここで、本実施例のオイルシール３５，３６の作用について説明する。図１乃至図３に示すように、エンジンの停止時は、エンジン自体が低温状態であるため、オイルシール３５，３６のコイルスプリング４４も低温であって、その緊迫力は小さなものとなっている。そのため、この状態からエンジンを始動すると、吸気弁１９及び排気弁２０とオイルシール３５，３６との間に大きな摩擦抵抗が作用することはなく、この吸気弁１９及び排気弁２０は大きな起動力を必要とせずにスムースに作動することができる。また、このとき、エンジン自体が高温状態で出ないため、オイルシール３５，３６に作用する圧力も大きくなく、低い緊迫力で所定のシール性能を確保することができる。

一方、エンジンの高回転時には、エンジン自体が高温状態となるため、オイルシール３５，３６のコイルスプリング４４も高温であって、その緊迫力は大きなものとなる。そのため、エンジン自体が高温状態であってオイルシール３５，３６に作用する圧力が大きくなるものの、高い緊迫力により十分なシール性能を確保することができる。また、このとき、吸気弁１９及び排気弁２０とオイルシール３５，３６との間に大きな摩擦抵抗が作用するものの、この吸気弁１９及び排気弁２０の駆動力が大きいため、作動抵抗とならずにスムースに作動することができる。

このように実施例１にあっては、シリンダヘッド１１にステムガイド２１，２２により吸気弁１９及び排気弁２０を軸方向に移動自在に支持し、この吸気弁１９及び排気弁２０とステムガイド２１，２２との摺動部にオイルシール３５，３６を設け、このオイルシール３５，３６にて、シール部材４２に固定されたシールリング４３を吸気弁１９及び排気弁２０に押圧するためのコイルスプリング４４を形状記憶合金により構成し、コイルスプリング４４を高温に移行するほどその押圧力が大きくなるように設定している。

従って、エンジンの低回転時には、オイルシール３５，３６のコイルスプリング４４が低温であってその張力が小さいため、オイルシール３５，３６と吸気弁１９及び排気弁２０との間に過剰な緊迫力が作用することはなく、摩擦抵抗が小さくなって磨耗が増大することもなく、この吸気弁１９及び排気弁２０をスムースに作動することができる。その結果、オイルシール３５，３６の耐久性を向上して寿命を延長することができ、また、エンジンの低回転時に大きな駆動力が不要となり、燃費を向上することができると共に、スタータやバッテリの大型化も不要となり、高コスト化を抑制することができる。異音の発生がほとんどなく、吸気弁１９及び排気弁２０の軸の表面粗さを向上させる必要もなく、この点でも高コスト化を抑制することができる。更に、このとき、エンジン自体が高温状態で出ないため、オイルシール３５，３６に作用する圧力も大きくなく、低い緊迫力で所定のシール性能を確保することができる。

一方、エンジンの高回転時には、エンジンの熱によりオイルシール３５，３６のコイルスプリング４４が高温となってその張力が大きくなるため、オイルシール３５，３６に作用する圧力が大きくなるものの、高い緊迫力により十分なシール性能を確保することができる。また、このとき、吸気弁１９及び排気弁２０とオイルシール３５，３６との間に大きな摩擦抵抗が作用するものの、この吸気弁１９及び排気弁２０の駆動力が大きいため、作動抵抗とならずにスムースに作動することができる。

図４は、本発明の実施例２に係るオイルシールの半断面図、図５は、実施例２のオイルシールの温度に対する緊迫力を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２において、図４に示すように、オイルシール５１は、ステムガイド２１に対して吸気弁１９の軸部１９ａが軸方向に移動自在に組み付けられ、このステムガイド２１と吸気弁１９の軸部１９ａとの間に設けられた環状の隙間を密封するためのものである。このオイルシール５１において、ケーシング４１は金属製で円筒形状をなし、ケーシング本体４１ａとフランジ部４１ｂとが一体に形成されて構成されている。このケーシング４１の内周部に固定されるシール部材４２は合成ゴム製で円筒形状をなし、嵌合部４２ａとフランジ部４２ｂとシールリップ４２ｃとが一体に形成されて構成され、シールリップ４２ｃの外周部に周方向に沿って互いに平行をなす２つの取付溝４２ｄ，４２ｅが形成されている。このシール部材４２のフランジ部４２ｂからシールリップ４２ｃに至るその内側に固定されたシールリング４３は金属製で円筒形状をなし、フランジ部４３ａとリング部４３ｂとシール部４３ｃとが一体に形成されて構成されている。

そして、シール部材４２の各取付溝４２ｄ，４２ｅにはリング状をなすコイルスプリング５２，５３が装着されており、このコイルスプリング５２，５３は、その張力によりシールリップ４２ｃを介してシールリング４３のシール部４３ｃを吸気弁１９の軸部１９ａの外周面に押圧することで、吸気弁１９の軸部１９ａを伝ってステムガイド２１側に浸入するオイルを阻止するものである。本実施例では、このコイルスプリング５２，５３を形状記憶合金により構成することで、コイルスプリング５２，５３が高温に移行するほどシールリング４３を吸気弁１９の軸部１９ａに押圧する押圧力が大きくなるように設定している。即ち、このコイルスプリング（第１スプリング）５２は、チタン（Ｔｉ）とニッケル（Ｎｉ）との二元系合金により構成され、コイルスプリング（第２スプリング）５３は、チタン（Ｔｉ）とニッケル（Ｎｉ）と他の金属の三元系合金により構成されている。この場合、他の金属とは、例えば、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、バナジウム（Ｖ）などである。

各コイルスプリング５２，５３は、所定の温度以下では柔らかく張力が低いが、所定の温度を超えると、その硬度が増して張力が高くなるようにその配合が設定されている。二元系合金のコイルスプリング５２は、前述した実施例１のコイルスプリング４４と同様の性質を有するものであるが、三元系合金のコイルスプリング５３は、変態する温度及び変態度合が相違している。即ち、一方のコイルスプリング５２を用いたオイルシールでは、図５に一点鎖線示すように、所定温度Ｔ₁より低い温度では小さい緊迫力Ｆ₁であるが、温度が上昇してこの所定温度Ｔ₁を超えると緊迫力が上昇し、所定温度Ｔ₂を超えると大きい緊迫力Ｆ₂となる。また、他方のコイルスプリング５３を用いたオイルシールでは、図５に二点鎖線示すように、所定温度Ｔ₂より低い温度では緊迫力Ｆ₁は０であるが、温度が上昇して所定温度Ｔ₂を超えると緊迫力Ｆ₁となり、この温度勾配がなだらかなものとなっている。従って、コイルスプリング５２，５３を用いた本実施例のオイルシール５１では、図５に太線で示すように、所定温度Ｔ₁より低い温度では小さい緊迫力Ｆ₁であり、この所定温度Ｔ１を超えると緊迫力Ｆ₂まで急激に上昇し、所定温度Ｔ₂を超えると緊迫力Ｆ₃までなだらかに上昇して一定となる。

このように実施例２にあっては、吸気弁１９とステムガイド２１との摺動部に設けたオイルシール５１にて、シール部材４２に固定されたシールリング４３を吸気弁１９及び排気弁２０に押圧するために二元系のコイルスプリング５２と三元系のコイルスプリング５３とを設け、各コイルスプリング５２，５３を高温に移行するほどその押圧力が大きくなるように設定している。

従って、エンジンの低回転時には、オイルシール５１のコイルスプリング５２，５３が低温であってその張力が小さいため、オイルシール５１と吸気弁１９との間に過剰な緊迫力が作用することはなく、摩擦抵抗が小さくなって磨耗が増大することもなく、この吸気弁１９をスムースに作動することができる。また、このとき、エンジン自体が高温状態で出ないため、オイルシール５１に作用する圧力も大きくなく、低い緊迫力で所定のシール性能を確保することができる。一方、エンジンの高回転時には、エンジンの熱によりオイルシール５１のコイルスプリング５２，５３が高温となってその張力が大きくなるため、オイルシール５１に作用する圧力が大きくなるものの、高い緊迫力により十分なシール性能を確保することができる。また、このとき、吸気弁１９とオイルシール５１との間に大きな摩擦抵抗が作用するものの、この吸気弁１９の駆動力が大きいため、作動抵抗とならずにスムースに作動することができる。

また、コイルスプリング５２，５３が低温から高温に加熱されるとき、段階的に、且つ、徐々にその張力（緊迫力）が大きくなることで、オイルシール５１と吸気弁１９との間のシール性能に応じた緊迫力を付与することができ、吸気弁１９の駆動性能とオイルシール５１のシール性能の両立を図ることができる。更に、吸気弁１９の共振点近傍にオイルシール５１の最大張力（最大緊迫力）を設定することが可能であり、これによりシール性能を更に向上することができる。

なお、この実施例１、２にて、オイルシール３５，３６，５１を吸気弁１９の軸部１９ａ方に押圧するスプリングとして、コイルスプリング４４または二元系のコイルスプリング５２と三元系のコイルスプリング５３を適用したが、その素材の配合による緊迫力は各オイルシール３５，３６，５１の適用部位に応じて適宜設定すればよいものであり、各実施例のものに限定されるものではない。また、実施例２では、２つのコイルスプリング５２，５３を適用したが、３つ以上のコイルスプリングを組み合わせて適用しても良い。

図６は、本発明の実施例３に係るオイルシールの要部断面図、図７は、実施例３のオイルシールの温度に対する緊迫力を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３において、図６に示すように、オイルシール７１は、シリンダブロック６１と、このシリンダブロック６１及び図示しないクランクケースにより回転自在に支持されたクランクシャフト６２との間に設けられた環状の隙間を密封するためのものである。このオイルシール７１において、シリンダブロック６１に形成された凹部６３には、第１ケーシング（第１噛み合い部）７２が固定される一方、クランクシャフト６２の外周部には、第１ケーシング７２とシールプレート７３を介して所定間隔をもって噛み合う第２ケーシング（第２噛み合い部）７４が固定されている。

第１ケーシング７２は、金属製で円筒形状をなすと共にコ字形状断面であって、基端部７２ａがシリンダブロック６１の凹部６３の内周面に第１ラバー７５を介して固定され、先端部７２ｂがクランクシャフト６２側に所定角度で屈曲している。一方、第２ケーシング７４は、金属製で円筒形状をなすと共にコ字形状断面であって、基端部７４ａがクランクシャフト６２の外周面に固定され、先端部７４ｂがシリンダブロック６１側に所定角度で屈曲し、内側に第２ラバー７６が取付けられている。第１ケーシング７２の先端部７２ｂと、第２ケーシング７４の先端部７４ｂとの間には、リング形状をなすシールプレート７３が設けられており、第１ケーシング７２とシールプレート７３と第２ケーシング７４とが所定間隔で油膜を介して密着することで、シール可能となっている。

また、第２ラバー（シール部材）７６は、第１ケーシング７２の先端部７２ｂに接触するシールリップ７６ａを有しており、このシールリップ７６ａの外側にコイルスプリング（スプリング）７７が装着されており、このコイルスプリング７７は、その張力によりシールリップ７６ｃを第１ケーシング７２の先端部７２ｂに押圧することで、クランクシャフト６２を伝ってシリンダブロック６１の外側に漏洩するオイルを阻止するものである。本実施例では、このコイルスプリング７７を形状記憶合金により構成することで、コイルスプリング７７が高温に移行するほど、シールリップ７６ａが第１ケーシング７２の先端部７２ｂを押圧する押圧力が大きくなるように設定している。

コイルスプリング７７は、所定の温度以下では柔らかく張力が低いが、所定の温度を超えると、その硬度が増して張力が高くなるようにその配合が設定されている。即ち、図７に示すように、エンジン回転数が低くてエンジン自体が低温であるとき、コイルスプリング７７は所定温度Ｔ₁にあって低張力であるため、シールリップ７６ａによる緊迫力Ｆ₁はその弾性力により維持されている。そして、エンジン回転数が上昇すると、その遠心力によりシールリップ７６ａが外方に移動して緊迫力が低下して緊迫力Ｆ₂となる。しかし、更に回転数が上昇してエンジン自体が高温となると、コイルスプリング７７は所定温度Ｔ₂を超えて高張力となるため、シールリップ７６ａによる緊迫力Ｆ₃を確保することができる。なお、図７にて表す点線は従来のオイルシールの緊迫力であり、エンジン回転数と共に温度が上昇すると緊迫力は低下して緊迫力Ｆ₂のまま一定となっている。

ここで、本実施例のオイルシール７１の作用について説明する。図６に示すように、エンジンの停止時は、エンジン自体が低温状態であるため、オイルシール７１のコイルスプリング７７も低温であってその張力は小さく、オイルシール７１の緊迫力はコイルスプリング７７の張力とシールリップ７６ａの弾性力の合力となる。この場合、クランクシャフト６２を伝ってオイルシール７１に至るオイルは、同図に矢印で示すように流れ、第１ケーシング７２とシールプレート７３と第２ケーシング７４との第１シール部でシールされる。そのため、クランクシャフト６２は大きな摩擦抵抗を受けることなくスムースに回転することができ、また、所定のシール性能を確保することができる。

一方、エンジンの高回転時には、エンジン自体が高温状態となるため、オイルシール７１のコイルスプリング７１も高温であって、その張力は大きなものとなる。そのため、高い遠心力により第１ケーシング７２とシールプレート７３と第２ケーシング７４との第１シール部が不十分となると共に、シールリップ７６ａがこの遠心力により第１ケーシング７２の先端部７２ｂから離れる方向に移動しようとするが、コイルスプリング７７の大きな張力によりシールリップ７６ａの移動が阻止され、シールリップ７６ａが第１ケーシング７２の先端部７２ｂに確実に密着し、オイルはこの第２シール部でシールされることとなり、高い緊迫力により十分なシール性能を確保することができる。

このように実施例３にあっては、シリンダブロック６１とクランクシャフト６２との回転部に設けたオイルシール７１にて、シリンダブロック６１に第１ケーシング７２を固定する一方、クランクシャフト６２に第１ケーシング７２とシールプレート７３を介して所定間隔をもって噛み合う第２ケーシング７４を固定すると共に、第２ケーシング７４取付けた第２ラバー７６のシールリップ７６ａを第１ケーシング７２の先端部７２ｂに接触させると共に、その外側にコイルスプリング７７が装着し、このコイルスプリング７７を高温に移行するほどその押圧力が大きくなるように設定している。

従って、エンジンの低回転時には、第１ケーシング７２とシールプレート７３と第２ケーシング７４とが接触する第１シール部でシールされることとなり、クランクシャフト６２は大きな摩擦抵抗を受けることなくスムースに回転することができ、また、所定のシール性能を確保することができる。一方、エンジンの高回転時には、コイルスプリング７１が高温となってその張力が大きくなるため、高い遠心力により第１シール部が不十分となると共に、シールリップ７６ａが外方に移動しようとするが、コイルスプリング７７の大きな張力によりシールリップ７６ａは第１ケーシング７２の先端部７２ｂに確実に密着し、高い緊迫力により十分なシール性能を確保することができる。

なお、本発明のオイルシールを、上述した実施例１、２では、内燃機関にて、互いに軸方向に相対移動自在に組み付けられたステムガイド２１，２２と吸気弁１９及び排気弁２０の間の隙間を密封するオイルシール３５，３６として、また、実施例３では、互いに回転自在に組み付けられたシリンダブロック６１とクランクシャフト６２の間の隙間を密封するオイルシール７１として説明したが、この分野に限定されるものではなく、互いに相対回転自在または軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間に設けられた環状の隙間を密封するものであれば、いずれの分野のオイルシールにも適用することができる。

以上のように、本発明にかかるオイルシールは、シール部材の先端部を押圧するスプリングを形状記憶合金により構成して高温に移行するほど押圧力が大きくなるように設定したものであり、内燃機関に拘らず、互いに相対回転自在または軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間に設けられるようなオイルシールとして有用である。

本発明の実施例１に係るオイルシールの半断面図である。実施例１のオイルシールの温度に対する緊迫力を表すグラフである。実施例１のオイルシールが適用されたエンジンの要部断面図である。本発明の実施例２に係るオイルシールの半断面図である。実施例２のオイルシールの温度に対する緊迫力を表すグラフである。本発明の実施例３に係るオイルシールの要部断面図である。実施例３のオイルシールの温度に対する緊迫力を表すグラフである。

符号の説明

１９吸気弁（軸）
２０排気弁（軸）
２１，２２ステムガイド（ハウジング）
３５，３６，５１，７１オイルシール
４１ケーシング
４２シール部材
４３シールリング
４４，７７コイルスプリング
５２コイルスプリング（第１スプリング）
５３コイルスプリング（第２スプリング）
６１シリンダブロック（ハウジング）
６２クランクシャフト（軸）
７２第１ケーシング（第１噛み合い部）
７３シールプレート
７４第２ケーシング（第２噛み合い部）
７６第２ラバー（シール部材）

Claims

互いに相対回転自在または軸方向に相対移動自在に組み付けられたハウジングと軸との間に設けられた環状の隙間を密封するオイルシールにおいて、基端部が前記ハウジング側または前記軸側のいずれか一方に固定されて先端部が前記いずれか他方に接触可能なシール部材と、該シール部材の先端部を前記他方に押圧するスプリングとを有し、前記スプリングを形状記憶合金により構成して高温に移行するほど前記押圧力が大きくなるように設定したことを特徴とするオイルシール。
請求項１記載のオイルシールにおいて、前記ハウジングに対して前記軸が軸方向に移動自在に支持され、前記シール部材は、基端部が前記ハウジング側に固定される一方、先端部が前記軸の外周面に接触可能であり、該シール部材の外側に前記スプリングが配設されたことを特徴とするオイルシール。
請求項１記載のオイルシールにおいて、前記ハウジングに対して前記軸が回転自在に支持され、前記ハウジング側に設けられたコ字形状断面を有する第１噛み合い部と、前記軸側に設けられた第２噛み合い部とがシールプレートを介して且つ所定間隔をもって噛み合うと共に、前記第２噛み合い部に固定された前記シール部材の先端部が前記第１噛み合い部の先端部に接触可能であり、該シール部材の外側に前記スプリングが配設されたことを特徴とするオイルシール。
請求項１から４のいずれか一つに記載のオイルシールにおいて、前記スプリングは、二元系合金からなる第１スプリングと、三元系合金からなる第２スプリングであり、前記第１スプリングと前記第２スプリングは変態温度が相違することを特徴とするオイルシール。