JP2017002953A

JP2017002953A - 密封装置

Info

Publication number: JP2017002953A
Application number: JP2015115479A
Authority: JP
Inventors: 西村　宣宏; Nobuhiro Nishimura; 宣宏西村; 昌道稀代; Masamichi Kidai; 中山　健一; Kenichi Nakayama; 健一中山
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】リップ摺動部における摺動抵抗が小さく、しかも背面圧が作用してもシールリップが開きにくい構造の密封装置を提供する。
【解決手段】軸４１の周面に摺動可能に接触することにより密封流体をシールするシールリップ１４を有し、シールリップ１４のリップ端外周部にスプリング装着溝１８が設けられ、装着溝１８にスプリング１９が装着される。シールリップ１４には密封流体による正面圧が作用するほか、背面圧が作用する。装着溝１８の内面とスプリング１９との間に径方向間隙ｃを設定する。シールリップ１４に背面圧が作用したとき、シールリップ１４のリップ端が背面圧に押されて拡径し、径方向間隙ｃが消失することにより、スプリング１９がシールリップ１４に対する締め付け作用を発揮する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、自動車等の車両の内燃機関におけるバルブステムシールとして用いられる。

従来から図３に示すように、バルブステム４１を往復動可能に挿通するバルブステムガイド３１に装着されるバルブステムシール１１が知られており、このバルブステムシール１１には、バルブステム４１の周面（外径面）に摺動可能に接触することによりオイル室側Ｏのオイルをシールするシールリップ１４と、ポート圧負荷時のオイル漏れ量を安定化させるため、シールリップ１４のポート側Ｐにて同じくバルブステム４１の周面に摺動可能に接触する背圧リップ２０とが設けられている（特許文献１参照）。

シールリップ１４は、そのリップ端（リップ先端部）１４ａをオイル室側Ｏのほうへ向けて設けられ、反対に背圧リップ２０は、そのリップ端２０ａをポート側Ｐのほうへ向けて設けられている。また、シールリップ１４のリップ端１４ａの外周部にスプリング装着溝１８が設けられるとともにこのスプリング装着溝１８に環状のスプリング１９が装着され、このスプリング１９がその径方向バネ性によってリップ端１４ａを締め付けている。

特開２０１０−２４２８２３号公報

ところで、近年における自動車のトレンドとして低燃費化が求められており、これに伴ってエンジンの小型化やターボチャージャーの付与などによりポート圧が上昇する傾向にあるため、バルブステムシール１１にも高背圧化の対応が求められる。

上記図３の技術はこのため、高背圧に対応し得るよう特に背圧リップ２０を備えているが、以下の点で更なる改良の余地がある。

すなわち上記図３の技術は、シールリップ１４および背圧リップ２０よりなる２つのリップを備え、両リップ１４，２０が共にバルブステム４１の周面に対し摺動する。したがってリップ１４，２０による摺動抵抗が増加してしまうことが懸念される。

このため、摺動抵抗が小さく、かつ背面圧が作用してもシールリップが開きにくい構造のシールが求められる。

本発明は以上の点に鑑みて、リップ摺動部における摺動抵抗が小さく、しかも背面圧が作用してもシールリップが開きにくい構造の密封装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の密封装置は、軸の周面に摺動可能に接触することにより密封流体をシールするシールリップを有し、前記シールリップのリップ端外周部にスプリング装着溝が設けられ、前記スプリング装着溝に環状のスプリングが装着され、前記シールリップには、前記密封流体による正面圧が作用するほかに、背面圧が作用する密封装置において、前記スプリング装着溝の内面と前記スプリングとの間に径方向間隙を設定し、前記シールリップに前記背面圧が作用したとき、前記シールリップのリップ端が前記背面圧に押されて拡径し、前記径方向間隙が消失することにより、前記スプリングが前記シールリップに対する締め付け作用を発揮することを特徴とする。

上記構成を備える本発明の密封装置においては、シールリップが設けられているが、上記図３の技術における背圧リップに相当する第２リップは設けられておらず、よってリップの数が１つのみとされている。したがって従来対比でリップの数が減じられているため、摺動抵抗を低減させることが可能とされる。

また、唯一のリップであるシールリップにおいて、スプリング装着溝の内面とスプリングとの間に径方向間隙が設定されているため、シールリップに背面圧が作用する以前の通常作動時には、シールリップのみがそのゴム弾性で軸を締め付け、スプリングは締め付け作用を発揮しない。したがってこのように初期的にスプリングが締め付け作用を発揮しないため、摺動抵抗を低減させることが可能とされる。

また、シールリップに背面圧が作用して所定値に達すると、シールリップのリップ端が背面圧に押され拡径して径方向間隙が消失し、消失後は、スプリングがシールリップに対する締め付け作用を発揮する。したがって背面圧の作用時に軸への締め付け力が増大するため、シールリップが軸から離れて開いてしまうのを抑制することが可能とされる。

シール各部位の寸法の大小関係としては、シールリップが軸の周面に摺動可能に接触した状態におけるスプリング装着溝の溝底部の径寸法をスプリングの内径寸法よりも小さく設定し、これによりスプリング装着溝の内面とスプリングとの間に径方向間隙を設定する。また、シールリップに背面圧が作用してシールリップのリップ端が前記背面圧に押され拡径したときの前記スプリング装着溝の溝底部の径寸法を前記スプリングの内径寸法よりも大きくなるように設定し、これによりスプリングにシールリップに対する締め付け作用を発揮させる。

本発明においては、リップ摺動部における摺動抵抗が小さい密封装置を提供することができ、しかも、背面圧が作用してもシールリップが開きにくい構造の密封装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る密封装置の装着状態を示す半裁断面図同密封装置の詳細を示す図であって、（Ａ）は通常作動時の断面図、（Ｂ）は背面圧作用時の断面図従来例に係る密封装置の装着状態を示す半裁断面図

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る密封装置の断面を示している。当該実施例に係る密封装置は、自動車等の車両の内燃機関におけるバルブステムシール１１として用いられるものであって、オイル室側Ｏからオイルによる正面圧が作用するほかに、ポート側Ｐから背面圧が作用する。

当該実施例に係るバルブステムシール１１は、内径軸孔３２にバルブステム４１を軸方向往復動可能に挿通する筒状のバルブステムガイド３１に装着されるものであって、バルブステムガイド３１の外径面に嵌合される筒状の嵌合部１２と、嵌合部１２のオイル室側端部から径方向内方へ向けて一体成形された内向きフランジ状のリップ保持部１３とを有し、このリップ保持部１３によって、バルブステム４１の周面（外径面）に摺動可能に接触するシールリップ１４が保持されている。上記図３の技術における背圧リップに相当する第２リップは設けられておらず、よってシールリップ１４は、当該シール１１における唯一のリップとされている。

また、バルブステムシール１１は、筒状部１５ａおよびフランジ部１５ｂを一体に備えて半裁断面略Ｌ字形とされた金属環１５と、金属環１５に被着（架橋接着）されたゴム状弾性体１６とを有し、このゴム状弾性体１６によって、上記シールリップ１４と、バルブステムガイド３１の外径面に所定の嵌合代をもって嵌合される内径ゴム部１７とが一体に成形されている。

シールリップ１４は、そのリップ端（リップ先端部）１４ａをオイル室側Ｏへ向けた形状とされている。また、リップ端１４の外周面に環状のスプリング装着溝（スプリングホルダ）１８が設けられ、この装着溝１８に環状のスプリング（ガータスプリング）１９が装着されている。

また、図２（Ａ）に拡大し示すように、スプリング装着溝１８の溝底部とスプリング１９との間に径方向間隙ｃが設定されており、図２（Ｂ）に示すように、シールリップ１４に背面圧Ｐ_１が作用すると、シールリップ１４のリップ先端部１４ａが背面圧Ｐ_１に押されて拡径し（矢印Ｄ）、径方向間隙ｃが消失して、スプリング１９がシールリップ１４に対する締め付け作用を発揮するように構成されている。

各部位の寸法諸元は、以下のように設定されている。

通常作動時・・・・
すなわち図２（Ａ）に示すように、シールリップ１４がバルブステム４１の周面に摺動可能に接触した状態であってかつ背面圧Ｐ_１が作用していない通常作動時においては、スプリング装着溝１８の溝底部の径寸法ｄ_１がスプリング１９の自由状態における内径寸法ｄ_２よりも小さく設定され（ｄ_１＜ｄ_２）、これによりスプリング装着溝１８の溝底部とスプリング１９との間に径方向間隙ｃが設定されている。図面において径方向間隙ｃの大きさは誇張して描かれており、実際には微小な間隙であっても良い。

背面圧作用時・・・・
また、図２（Ｂ）に示すように、シールリップ１４に背面圧Ｐ_１が作用してシールリップ１４のリップ端１４ａが背面圧Ｐ_１に押されて拡径したときのスプリング装着溝１８の溝底部の径寸法ｄ_３がスプリング１９の自由状態における内径寸法ｄ_２（図２（Ａ）参照）よりも大きくなるように設定され（ｄ_３＞ｄ_２）、これによりスプリング１９がシールリップ１４に対する締め付け作用を発揮する。

尚、図２（Ａ）の通常作動時および図２（Ｂ）の背面圧作用時の何れにおいても、シールリップ１４はそのリップ端１４ａの内周部（摺動部）をもってバルブステム４１の周面に摺動可能に接触した状態を維持している。したがってシールリップ１４のリップ端１４ａがバルブステム４１の周面から離れてシールリップ１４が開いてしまうと云う事態は発生しない。

上記構成のバルブステムシール１１においては、シールリップ１４が当該シール１１における唯一のリップとされ、上記図３の技術と比較してリップの数が減じられているため、これに伴って摺動抵抗を低減させることが可能とされている。

また、唯一のリップであるシールリップ１４において、スプリング装着溝１８の溝底部とスプリング１９との間に径方向間隙ｃが設定されているため、図２（Ａ）に示したシールリップ１４に背面圧Ｐ_１が作用する以前の通常作動時には、シールリップ１４のみがそのゴム弾性でバルブステム４１を締め付け、スプリング１９は未だ締め付け作用を発揮しない。したがってこのようにスプリング１９が未だ締め付け作用を発揮しないため、これによっても摺動抵抗を低減させることが可能とされている。

また、図２（Ｂ）に示したようにシールリップ１４に背面圧Ｐ_１が作用して所定値に達すると、シールリップ１４のリップ端１４ａが背面圧Ｐ_１に押されて拡径することにより径方向間隙ｃが消失し、消失後は、スプリング１９がシールリップ１４に対する締め付け作用を発揮する。したがって背面圧Ｐ_１の作用時にバルブステム４１への締め付け力が増大するため、シールリップ１４がバルブステム４１の周面から離れて開いてしまうのを抑制することが可能とされている。

したがって以上により、リップ摺動部における摺動抵抗が小さいシール１１を提供することができ、しかも、背面圧Ｐ_１が作用してもシールリップ１４が開きにくい構造のシール１１を提供することができる。

１１バルブステムシール（密封装置）
１２嵌合部
１３リップ保持部
１４シールリップ
１４ａリップ端
１５金属環
１５ａ筒状部
１５ｂフランジ部
１６ゴム状弾性体
１７内径ゴム部
１８スプリング装着溝
１９スプリング
３１バルブステムガイド
３２内径軸孔
４１バルブステム（軸）
ｃ径方向間隙
Ｐ_１背面圧
Ｏオイル室側
Ｐポート側

Claims

軸の周面に摺動可能に接触することにより密封流体をシールするシールリップを有し、
前記シールリップのリップ端外周部にスプリング装着溝が設けられ、前記スプリング装着溝に環状のスプリングが装着され、
前記シールリップには、前記密封流体による正面圧が作用するほかに、背面圧が作用する密封装置において、
前記スプリング装着溝の内面と前記スプリングとの間に径方向間隙を設定し、
前記シールリップに前記背面圧が作用したとき、前記シールリップのリップ端が前記背面圧に押されて拡径し、前記径方向間隙が消失することにより、前記スプリングが前記シールリップに対する締め付け作用を発揮することを特徴とする密封装置。
請求項１記載の密封装置において、
前記シールリップが前記軸の周面に摺動可能に接触した状態における前記スプリング装着溝の溝底部の径寸法を前記スプリングの内径寸法よりも小さく設定するとともに、前記シールリップに前記背面圧が作用して前記シールリップのリップ端が前記背面圧に押され拡径したときの前記スプリング装着溝の溝底部の径寸法を前記スプリングの内径寸法よりも大きく設定したことを特徴とする密封装置。