JP2020159225A - バルブステムシール - Google Patents

Abstract

【課題】シールリップの接触角度を一定に保つための突起をシールリップよりもバルブリテーナ側に設けたとしても、バルブリテーナとの干渉を生じさせないようにすること。【解決手段】バルブガイドの端部を覆う環状の金属環１１１に、バルブガイドに密接する環状の内部弾性体１３１と、バルブリテーナに向けて延びる環状の外部弾性体１５１とを固定する。外部弾性体１５１の内周には、バルブガイドに案内されるバルブステムの全周に密接する山形の断面形状を有するシールリップ１５２を一体に設け、周上に配列された複数個の外側突起１５３を一体に設ける。外側突起１５３は、バルブ駆動機構に面するシールリップ１５２の傾斜面１５５から先端開口１０２の内周端縁１０２ａに至る領域中、傾斜面１５５の中腹から内方に向けて突出する形状を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、バルブステムシールに関する。

内燃機関のバルブ駆動機構側の空間では、バルブガイドの端部にバルブステムシールが装着されている。バルブガイドは、一端にバルブを有するバルブステムをスライド自在に支持する機械要素である。バルブステムシールは、内燃機関の動作中、バルブガイドとバルブステムとの間に適量のオイルを導くように、オイル漏れを意図的に生じさせてその漏れ量を制御するためのシールである。

オイルの漏れ量が少なすぎると、バルブガイドとバルブステムとの間に焼きつきが発生する。オイルの漏れ量が多すぎると、燃焼室内にオイルが過剰に導入されて白煙発生などの不都合を招く。オイルの漏れ量を適正に制御することは重要である。

バルブステムシールは、例えば特許文献１に記載されているように、バルブステムにシールリップを密接させてオイルをシールしている。特許文献１中、バルブステムは「往復同軸（３）」、シールリップは「主リップ（６）」として示されている。オイルの漏れ量は、例えばバルブステムに対するシールリップの接触角度によって制御される。このためオイルの漏れ量を適正に管理するためには、バルブステムに対するシールリップの接触角度を一定に保たなければならない。

ところがバルブステムに対するシールリップの接触角度は、様々な要因によって変動する。特許文献１は、シールリップの接触角度を変動させる要因として摺動摩擦力の作用、軸偏心、圧力変動等を挙げている（第２頁第１６行−第３頁第５行参照）。

特許文献１は、バルブステムに対するシールリップの接触角度の変動を抑え、安定したシール性及びオイルの漏れ量の安定化を図ることを課題として、シールリップの軸方向両側に突起状の傾き規制部を設けるという課題解決手段を紹介している。シールリップに並べて第１副リップ（８）と第２副リップ（９）とを設けた構成例である。第１副リップはシールリップよりもバルブガイド（特許文献１の「ガイド部材（２）」）の反対側、第２副リップはバルブガイド側にそれぞれ配置され、ともに傾き規制部をなす。

第１副リップ及び第２副リップの作用効果として、特許文献１には「リップ先端部に作用する摺動摩擦力の作用やあるいは圧力や軸偏心等の外乱によっても、リップ先端と摺動面との接触角を常に一定に保持することができ、シール性の安定および向上を図ることができる」と記載されている（第８頁第１０行−１４行参照）。

実開平０３−０３３２６６号公報

シールリップよりもバルブステムシールの先端側、つまりシールリップから見てバルブガイドの反対側に突起（特許文献１の「第１副リップ」）を設けると、その分だけバルブステムシールの長さが長くなってしまう。このためバルブステムの端部に取り付けられたバルブリテーナとの干渉が生じないようにする何らかの対策が求められる。

本発明の課題は、シールリップの接触角度を一定に保つための突起をシールリップよりもバルブリテーナ側に設けたとしても、バルブリテーナとの干渉を生じさせないようにすることである。

本発明のバルブステムシールの一態様は、バルブガイドの端部を覆う環状の金属環と、前記金属環の内周面に固定され、前記バルブガイドに密接する環状の内部弾性体と、前記金属環に固定され、バルブリテーナに向けて延びる環状の外部弾性体と、前記外部弾性体の内周に一体に設けられ、前記バルブガイドに案内されるバルブステムの全周に密接する山形の断面形状を有するシールリップと、前記外部弾性体の内周に一体に設けられ、前記バルブリテーナに面する側の前記シールリップの傾斜面にかかる位置から内方に向けて突出する形状で周上に配列された複数個の外側突起とを備える。

本発明によれば、バルブステムの先端部に取り付けられたリテーナとの干渉を生じさせないようにすることができる。

本実施の形態のバルブステムシールが用いられるバルブ機構を例示する垂直断面図。 バルブステムシールの実施の一形態を示す垂直断面図。 シールリップと外側突起と内側突起とを拡大し、それぞれの内径の関係性を示す模式図。 シールリップと外側突起と内側突起とを拡大し、シールリップの二面の傾斜面のバルブステムに対する接触角度を示す模式図。 シールリップと外側突起とを拡大し、外側突起の有無によって変動するバルブステムシールの先端部の長さを説明するための模式図。

バルブステムシールの実施の一形態を図面に基づいて説明する。

１．バルブ駆動機構
本実施の形態のバルブステムシール１０１は、例えば図１に示すような自動車用エンジンのシリンダヘッド１１に設けられたバルブ３１に用いられる。このバルブ３１は排気用であるが、本実施の形態のバルブステムシール１０１が適用されるバルブは排気用に限られない。吸気用であってもよい。

バルブ３１はバルブステム３２を備え、バルブステム３２の一端にバルブヘッド３３、反対側の端部にバルブステムエンド３４を設けている。このバルブ３１は排気用であるため、バルブヘッド３３を排気ポート１２に配置するようにシリンダヘッド１１に装着されている。バルブステムエンド３４はバルブ駆動機構５１の側に配置されている。

シリンダヘッド１１は、バルブ駆動機構５１側の空間と排気ポート１２とを連絡するようにパイプ状のバルブガイド１３を設けている。バルブガイド１３はシリンダヘッド１１内に埋め込まれ、バルブステム３２をスライド自在に案内する。バルブ３１は、バルブ駆動機構５１によってバルブステムエンド３４が駆動されることで往復動し、排気ポート１２をバルブヘッド３３で開閉する。このときバルブヘッド３３は、排気ポート１２に設けられたバルブシート１４に対してバルブフェース３５を接離させ、これによって排気ポート１２を開閉する。

バルブ駆動機構５１は、バルブステムエンド３４をカムシャフト５２に固定されたカム５３で駆動し、バルブ３１を往復動させる。

より詳しくは、バルブ３１側の構造として、バルブステムエンド３４にはコッタ５４によってバルブリテーナ５５が取り付けられている。シリンダヘッド１１側は、バルブガイド１３の根元部分にロアスプリングシート５６を取り付けている。これらのバルブリテーナ５５とロアスプリングシート５６との間には、コイルスプリングであるバルブスプリング５７が圧縮状態で収納されている。バルブスプリング５７は、その伸び力によってバルブ３１をリフトアップ方向に付勢する。リフトアップ方向に付勢されたバルブ３１は、バルブフェース３５をバルブシート１４に密接させ、排気ポート１２を閉じる。

カム５３とバルブステムエンド３４との間のコンタクトは、バルブステムエンド３４に被されたカップ状のリフタ５８を介して行われる。リフタ５８は、バルブスプリング５７の伸び方向の付勢力によるバルブ３１のリフトアップ動作に伴い、カム５３に押し付けられている。

カム５３は、バルブスプリング５７によって上方に付勢されたバルブ３１のバルブフェース３５がバルブシート１４に密接する位置を最小半径とし、バルブシート１４からバルブフェース３５が離れる距離を規定するようにカムプロファイルを設定している。

以上説明した各部は、すべて金属製である。

２．バルブステムシール
本実施の形態のバルブステムシール１０１は、バルブ駆動機構５１側に配置され、バルブガイド１３の上端に装着されて用いられる。以下、バルブステムシール１０１について詳しく説明する。

（１）概要
図２に示すように、バルブステムシール１０１は、両端が開口する環状形状を有しており、軸方向の一端側に先端開口１０２、反対側に根元開口１０３をそれぞれ有している。根元開口１０３は、バルブ駆動機構５１側の空間に位置するバルブガイド１３の端部（図１参照）にバルブステムシール１０１を差し込むとき、先頭側になる開口である。先端開口１０２は、バルブステムシール１０１がバルブガイド１３に装着されたとき、バルブリテーナ５５に対面する開口である。

バルブステムシール１０１は金属環１１１を備え、この金属環１１１にゴム状弾性体を固定している。金属環１１１に対するゴム状弾性体の固定は、例えば加硫接着によって行われる。ゴム状弾性体は、一体に設けられた内部弾性体１３１と外部弾性体１５１とから構成されている。

（２）金属環
金属環１１１は、バルブガイド１３の端部を覆う金属製の環状部材である。金属環１１１の開口する両端のうち、バルブリテーナ５５に対面する端部は内側に向けて直角に屈曲し、屈曲部１１２となっている。屈曲部１１２は、その内径部分に小径開口１１３を形成している。ロアスプリングシート５６に対面する金属環１１１の端部は、屈曲しないストレートな形状を有しており、大径開口１１４を形成している。大径開口１１４は、バルブステムシール１０１の根元開口１０３を構成する。

小径開口１１３を除く金属環１１１全体の内径は、大径開口１１４の直径によって規定されている。金属環１１１の内径は、バルブガイド１３の外径よりも僅かに大径である。

（３）内部弾性体
内部弾性体１３１は、金属環１１１の内周面に固定され、バルブガイド１３の外周面に密接する環状の部材である。内部弾性体１３１は、二条のリップ１３２，１３３を内周に有している。いずれのリップ１３２，１３３も内部弾性体１３１の全周にわたって設けられ、ともに山形の断面形状を備えている。これらのリップ１３２，１３３のうち、大径開口１１４に近い方のリップ１３２は、遠い方のリップ１３３よりも軸方向の幅が長く形成されている。二条のリップ１３２，１３３は、バルブガイド１３の端部に対するバルブステムシール１０１の装着を容易にし、一旦装着された後のバルブステムシール１０１の脱落を防止する。

大径開口１１４から見て内部弾性体１３１の奥側には、段部１３４が設けられている。段部１３４は屈曲部１１２に沿った形状を有しており、内部弾性体１３１の内径を縮小する。段部１３４によって縮小される内部弾性体１３１の内径は、バルブガイド１３の外径よりも小径である。段部１３４は、バルブガイド１３にバルブステムシール１０１を装着する際に、バルブガイド１３の端部を突き当てて位置規制するストッパとしての機能を果たす。

（４）外部弾性体
外部弾性体１５１は、小径開口１１３からバルブ駆動機構５１側に延びる環状の部材である。外部弾性体１５１の外周側は屈曲部１１２の外面に回り込み、内周側は段部１３４に連絡している。外部弾性体１５１は先端に向かうにしたがい径を縮小し、先端部分にバルブステムシール１０１の先端開口１０２を形成する。先端開口１０２の内周端縁１０２ａによって規定される内径は、バルブステム３２の外径よりも大径に設定されている。

図２〜図４に示すように、外部弾性体１５１の内周にはシールリップ１５２、外側突起１５３、及び内側突起１５４が設けられている。

（シールリップ）
シールリップ１５２は、外部弾性体１５１の内周に一体に設けられ、山形の断面形状を有している。シールリップ１５２が設けられているのは外部弾性体１５１の全周であり、その内径Ｌ１（図３参照）はバルブステム３２の外径よりも小さく設定されている。シールリップ１５２は、バルブステム３２の全周に密接する。

図４に示すように、山形の断面形状を有するシールリップ１５２は、二面の傾斜面１５５，１５６を有している。バルブリテーナ５５に面する側は傾斜面１５５、その反対側は傾斜面１５６である。シールリップ１５２は、バルブステム３２に対する傾斜面１５５の接触角度αを傾斜面１５６の接触角度βよりも大きく、α＞βの関係に設定している。

（外側突起）
外側突起１５３は、内方に向けて突出する形状で外部弾性体１５１の内周に一体に設けられ、複数個に分割されて周上に均等な間隔で配列されている。外部弾性体１５１は、外側突起１５３が配列されていない内周領域にオイルの流路１５７を形成している。

図３に示すように、外側突起１５３は、バルブ駆動機構５１に面する側のシールリップ１５２の傾斜面１５５から先端開口１０２の内周端縁１０２ａに至る領域中、傾斜面１５５にかかる位置に配置されている。より詳しくは、傾斜面１５５の中腹Ｍと内周端縁１０２ａとの間の領域で、外側突起１５３は内方に向けて突出している。

このような外側突起１５３の配置位置は、図３中に破線で示すシールリップ１５２の傾斜面１５５の本来の形状を参照することで、より一層明確になる。シールリップ１５２は山形の断面形状を有するが故に、バルブリテーナ５５に面する傾斜面１５５は、頂部Ｐから徐々に高さを低くし、外側突起１５３と同じ高さにまで山裾Ｆを展開する。これがシールリップ１５２に内在する本来の形状である。図３中の破線は、この本来の形状を示している。そこで図３中の波線を参照することで、傾斜面１５５の中腹Ｍから内方に向けて突出している外側突起１５３の配置位置を把握することが可能である。

外側突起１５３は、周方向及び軸方向に曲面状となる断面形状を持たされている。このような断面形状によって外側突起１５３は、頂部から周方向にも軸方向にも曲線を描くように高さを低めている。

外側突起１５３の内径Ｌ２（図３参照）は、個々の外側突起１５３の頂部を結んだ最小の内径によって規定される。外側突起１５３は内径Ｌ２をバルブステム３２の外径よりも小さく設定しているため、バルブステム３２に接触する。

（内側突起）
内側突起１５４は、内方に向けて突出する形状で外部弾性体１５１の内周に一体に設けられ、複数個に分割されて周上に均等な間隔で配列されている。外部弾性体１５１は、内側突起１５４が配列されていない内周領域にオイルの流路１５８を形成している。

内側突起１５４の内径Ｌ３は、個々の内側突起１５４の頂部を結んだ最小の内径によって規定される。内側突起１５４は内径Ｌ３をバルブステム３２の外径よりも小さく設定しているため、バルブステム３２に接触する。

（シールリップ、外側突起、及び内側突起の内径）
図３に示すように、シールリップ１５２の内径Ｌ１、外側突起１５３の内径Ｌ２、及び内側突起１５４の内径Ｌ３は、Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ３の関係に設定されている。外側突起１５３の内径Ｌ２の寸法はシールリップ１５２の内径Ｌ１の寸法よりも小さく、内側突起１５４の内径Ｌ３の寸法はシールリップ１５２の内径Ｌ１の寸法よりも大きいという関係である。

（ガータスプリング）
外部弾性体１５１は、シールリップ１５２の裏面側に位置する外周面に、装着溝１５９を備えている。装着溝１５９にはガータスプリング１６０が装着されている。ガータスプリング１６０は、その緊締力によって、バルブガイド１３に対するシールリップ１５２の密接力を高める。

３．作用効果
このような構成において、バルブ駆動機構５１側でバルブガイド１３の端部に装着されたバルブステムシール１０１は、内部弾性体１３１が有する二条のリップ１３２，１３３の密接力によってバルブガイド１３に固定される。

（１）オイルの漏れ量の制御
バルブ駆動機構５１では、カム５３の回転に追従してバルブ３１が押し下げられると排気ポート１２が開き、燃焼ガスの排気動作が実行される。さらにカム５３が回転すると、バルブスプリング５７の付勢力によってバルブ３１は排気ポート１２を閉じる元の位置に復帰し、図示しない燃焼室に混合器を送り込む吸気工程に備える。こうしてバルブ３１は排気ポート１２の開閉を繰り返す。

このときバルブステムシール１０１は、バルブガイド１３とバルブステム３２との間に適量のオイルを導くようにオイル漏れを意図的に生じさせ、その漏れ量を制御する。オイルの漏れ量は、例えばバルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の設定等によって制御される。オイルの漏れ量を制御することで、バルブガイド１３とバルブステム３２との間の焼きつき、燃焼室内に過剰なオイルが導入されることによる白煙の発生などの不都合を回避することができる。

（２）オイルの漏れ量の安定した制御
（シールリップの接触角度の変動）
バルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度は、バルブガイド１３とバルブステム３２との間のオイルの漏れ量を決定づける重要な要因である。このためオイルの漏れ量を安定的に制御するためには、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の変動を抑制する必要がある。ところがシールリップ１５２の接触角度は、様々な要因によって変動してしまう。変動要因となるのは、摺動摩擦力の作用、軸偏心、圧力変動等の外乱である。

図４を参照して、これらの変動要因について説明する。以下の説明は、図４に示す状態を基準としている。

摺動摩擦力の作用について説明する。

バルブ駆動機構５１の作動時、回転するカム５３によってリフタ５８が押し下げられると、バルブステム３２は下方に向けて移動する。バルブスプリング５７の付勢力によってバルブ３１が排気ポート１２を閉じる元の位置に復帰する過程では、バルブステム３２は上方に向けて移動する。こうしてバルブステム３２は上下方向の往復動を繰り返し、シールリップ１５２に対して摺動する。このとき摺動摩擦が発生し、シールリップ１５２にモーメントが作用する。バルブステム３２の下降時には時計回り方向、上昇時は反時計回り方向のモーメントである。時計回り方向のモーメントは、バルブステム３２に対する傾斜面１５５の接触角度αを小さく、傾斜面１５６の接触角度βを大きくするようにシールリップ１５２を変形させる。反時計回り方向のモーメントは、バルブステム３２に対する傾斜面１５５の接触角度αを大きく、傾斜面１５６の接触角度βを小さくするようにシールリップ１５２を変形させる。

軸偏心について説明する。

バルブステム３２に軸偏心が発生すると、バルブステム３２に密接するシールリップ１５２の圧力が変動し、これに伴いシールリップ１５２の変形量も変動する。このような変形量の変動は、バルブステム３２に対する接触角度が傾斜面１５５，１５６でそれぞれ異なることとも相俟って、シールリップ１５２の接触角度に変動をもたらす。

圧力変動について説明する。

バルブ３１が排気ポート１２を開放すると、排気ポート１２やその先の図示しない排気マニホールド等の内部では背圧が生じ、急激に圧力が高まる。このためバルブ３１の開閉によって排気ポート１２内等の圧力は大きく変動する。このような圧力変動は、バルブガイド１３とバルブステム３２との間の隙間を介してシールリップ１５２にも伝わり、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度に変動をもたらす。

（シールリップの接触角度の変動防止）
本実施の形態のバルブステムシール１０１は、外側突起１５３及び内側突起１５４によって、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の変動を防止する。接触角度の変動は、上記三つのうちのいずれの要因によるものであっても防止される。シールリップ１５２の接触角度の変動がいかに防止されるのか、図４を参照して説明する。

前述したとおりバルブステム３２の下降時には、シールリップ１５２に時計回り方向のモーメントが作用する。このとき内側突起１５４は、バルブステム３２に密接しているが故に剛性を高め、時計回り方向のモーメントの作用によるシールリップ１５２の変形を抑制する。バルブステム３２の上昇時には、シールリップ１５２に反時計回り方向のモーメントが作用する。このとき外側突起１５３は、バルブステム３２に密接しているが故に剛性を高め、反時計回り方向のモーメントの作用によるシールリップ１５２の変形を抑制する。こうしてシールリップ１５２の変形が抑制されることで、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の変動が防止され、シールリップ１５２によるオイルの漏れ量の安定した制御が果たされる。

本実施の形態の外側突起１５３は、シールリップ１５２の傾斜面１５５にかかる位置、より詳しくは中腹Ｍから内方に向けて突出している。このため外側突起１５３がシールリップ１５２の山裾Ｆから突出している場合に比較すると、外側突起１５３はよりシールリップ１５２に近接した位置に位置づけられた状態になる。その結果反時計回り方向のモーメントの作用によって生ずるシールリップ１５２の変形に対して、外側突起１５３による抑制力が強められ、シールリップ１５２の接触角度の変動がより確実に防止される。

外側突起１５３をシールリップ１５２に近接させることについては、シールリップ１５２の二面の傾斜面１５５，１５６のバルブステム３２に対する角度設定、つまりバルブリテーナ５５に面する傾斜面１５５の接触角度αの方が反対側の傾斜面１５６の接触角度βよりも大きいという角度設定も、その実現に貢献している。このα＞βという関係は、外側突起１５３が連絡する傾斜面１５５の軸方向長さを短くするため、外側突起１５３はより一層シールリップ１５２に近接した位置に位置づけられるからである。

もっともバルブステム３２に対するシールリップ１５２の傾斜面１５５，１５６の角度設定をα＞βとすることは、必ずしも必須ではない。実施に際してはバルブリテーナ５５に面する傾斜面１５５の接触角度αと反対側の傾斜面１５６の接触角度βとを、
・α＝β、又は
・α＜β
とすることも許容される。これらの角度設定を採用した場合であっても、シールリップ１５２の傾斜面１５５の中腹Ｍから外側突起１５３が内方に向けて突出しているという構成によって、外側突起１５３をシールリップ１５２に近接した位置に位置づけることが可能である。

本実施の形態では、外側突起１５３も内側突起１５４も均等な間隔で配列されている。このため外側突起１５３及び内側突起１５４は、シールリップ１５２の変形に対する抑制力を周方向に規則的に生じさせることができる。その結果シールリップ１５２の変形を全周にわたって均等に抑制することができる。

本実施の形態の外側突起１５３及び内側突起１５４は、周方向及び軸方向に曲面状の断面形状を有している。曲面状の断面形状は、バルブステム３２とシールリップ１５２との間の摺動摩擦を低減し、摺動摩擦の変動を抑制する。これによってバルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の変動がより安定的に防止される。

以上説明したとおり本実施の形態によれば、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の変動をより確実に、全周にわたって均等に、より安定的に防止することができる。その結果シールリップ１５２によるオイルの漏れ量の制御を安定化することができる。

外側突起１５３及び内側突起１５４がバルブステム３２に対するシールリップ１５２の接触角度の変動を防止することは前述したとおりである。このとき外側突起１５３及び内側突起１５４は、バルブガイド１３とバルブステム３２との間に適量のオイルを導くようにオイル漏れを生じさせるというシールリップ１５２の機能を損なってはならない。本実施の形態では、外側突起１５３及び内側突起１５４を周方向に分割したような形態にし、個々の外側突起１５３の間には流路１５７を、個々の内側突起１５４の間には流路１５８を設けることで、シールリップ１５２の上流側及び下流側でのオイルの流通を確保している。

（３）バルブリテーナとの干渉防止
図５に示すように、シールリップ１５２の傾斜面１５５にかかる位置、本実施の形態では中腹Ｍから内方に向けて外側突起１５３を突出させている。このため外側突起１５３を設けているにもかかわらず、バルブステムシール１０１の先端部の長尺化が抑制される。

詳しく説明する。図５中に破線で示しているのは、図３中の破線と同様にシールリップ１５２の傾斜面１５５の本来の形状である。山形の断面形状を有するが故にシールリップ１５２は、図３及び図５中に破線で示す形状をその本来の形状として内在している。もしも外側突起１５３が設けられていないとすると、バルブステムシール１０１の先端部の最小長さは、シールリップ１５２の山裾Ｆの位置によって定められる。シールリップ１５２の山裾Ｆは、外部弾性体１５１が有する先端開口１０２の内周端縁１０２ａと内径が一致する位置になるはずだからである。そう解釈すると、外側突起１５３を設けたことによってバルブステムシール１０１の先端部の長さが長くなる寸法は、シールリップ１５２の山裾Ｆの位置から始まる長さＬ４の寸法ということになる。

では長さＬ４をどう評価すべきだろうか。外側突起１５３を設けたにもかかわらず、バルブステムシール１０１の先端部はさほど長くならないと評価し得るのか、そのようには評価し得ないのかの問題である。この点、外側突起１５３と同じ大きさの突起（以下「比較突起」と呼ぶ）を設けたならば増加するはずのバルブステムシール１０１の先端部の長さ（後述するように、長さＬ５である）を想定し、この長さＬ５と長さＬ４とを比較するのが適切な評価方法であると考えられる。

比較突起を設けることによって増加するバルブステムシール１０１の先端部の長さは、シールリップ１５２の山裾Ｆの位置から少なくとも比較突起の軸方向の長さを加えた寸法以上であると解するのが適当である。シールリップ１５２は山裾Ｆの位置でその本来の姿を完結するため、単純に比較突起を設ける想定をするならば、少なくともシールリップ１５２がその本来の姿を完結した領域から比較突起が配置されると解するのが自然だからである。比較突起は外側突起１５３と同じ大きさというのが前提なので、比較突起の軸方向の長さは、外側突起１５３の軸方向の長さと共通のＬ５になる。すると比較突起を設けることによって長くなるバルブステムシール１０１の先端部は、シールリップ１５２の山裾Ｆの位置から少なくとも長さＬ５の寸法以上は長くなる。

これに対して本実施の形態の外側突起１５３は、シールリップ１５２の傾斜面１５５にかかる中腹Ｍから内方に突出し、傾斜面１５５と軸方向に一部重なった位置に配置されている。この構成上、シールリップ１５２の山裾Ｆの位置からの長さは、長さＬ５よりも短い長さＬ４の寸法に短縮される。つまり少なくとも長さＬ５から長さＬ４を減じた長さＬ６の寸法分だけ、バルブステムシール１０１の先端部の長さは短くなる。

したがって本実施の形態のバルブステムシール１０１については、外側突起１５３を設けたにもかかわらず、バルブステムシール１０１の先端部はさほど長くならないと評価することが可能である。その結果バルブリテーナ５５に対するバルブステムシール１０１の干渉を防止することができる。

本実施の形態のシールリップ１５２は、バルブステム３２に対する接触角度のうち、バルブリテーナ５５に面する傾斜面１５５の接触角度を反対側の傾斜面１５６の接触角度よりも大きく設定している。相対的な関係ではあるものの、傾斜面１５５を急峻にしているわけである。このため傾斜面１５５の軸方向の長さが短くなり、この面からもバルブステムシール１０１の先端部の長尺化が抑制され、バルブリテーナ５５に対するバルブステムシール１０１の干渉防止が図られる。

（４）各部の機能の正常化
バルブステムシール１０１の外部弾性体１５１は、内部弾性体１３１をバルブガイド１３に嵌め込んでバルブステム３２を貫通させたとき、外径を拡げるように変形する。シールリップ１５２、外側突起１５３、及び内側突起１５４の内径はいずれもバルブステム３２の外径よりも大径であるため、ゴム状弾性体によって形成されている外部弾性体１５１は弾性変形するからである。

このとき外部弾性体１５１は、内部弾性体１３１に連絡する根元の部分から先端開口１０２に近付くにつれて剛性を増していく。根元の部分は金属環１１１の屈曲部１１２によって剛性を確保されているのに対して、先端開口１０２は自由に弾性変形し得る領域になっているからである。このような剛性の相違によって、外部弾性体１５１にバルブステム３２を貫通させたとき、最も根元側に位置する内側突起１５４がバルブステム３２に密接することによって外部弾性体１５１が外径を拡げるように弾性変形し、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の密接力が弱まる可能性がある。同様の現象で、シールリップ１５２がバルブステム３２に密接することによって外部弾性体１５１が外径を拡げるように弾性変形すると、バルブステム３２に対する外側突起１５３の密接力が弱まる可能性がある。

本実施の形態のバルブステムシール１０１は、内側突起１５４の頂部を結ぶ最小の内径Ｌ３をシールリップ１５２の内径Ｌ１よりも大径にし、また外側突起１５３の頂部を結ぶ最小の内径Ｌ２をシールリップ１５２の内径Ｌ１よりも小径にすることによって、上記課題の解決を図っている。

より詳しくは、内側突起１５４がバルブステム３２に密接することによって外部弾性体１５１が外径を拡げるように弾性変形したとき、内側突起１５４の内径Ｌ３はシールリップ１５２の内径Ｌ１よりも大径であるという寸法関係によって、バルブステム３２に対するシールリップ１５２の密接力が維持される。同様にシールリップ１５２がバルブステム３２に密接することによって外部弾性体１５１が外径を拡げるように弾性変形したとき、外側突起１５３の内径Ｌ２はシールリップ１５２の内径Ｌ１よりも小径であるという寸法関係によって、バルブステム３２に対する外側突起１５３の密接力が維持される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ３という寸法関係に設定することで、シールリップ１５２、外側突起１５３、及び内側突起１５４の各部の機能を正常な状態に維持することができる。

実施に際しては、各種の変形や変更が可能である。

例えば外側突起１５３は、シールリップ１５２の傾斜面１５５にかかる位置から内部に突出する形状であればよく、本実施の形態のように必ずしも中腹Ｍの位置から内部に突出している必要はない。また外側突起１５３は中腹Ｍから突出する形状であったとしても、各図に示されているような態様での中腹Ｍの位置に限らず、より頂部Ｐに近い位置、あるいはより山裾Ｆに近い位置から突出するように配置されていてもよい。

外側突起１５３は、流路１５７のようなオイルを流通させる要素が設けられるならば、本実施の形態のように完全に別途独立した形態で分割されていなくてもよい。このような変形又は変更は、内側突起１５４についても同様である。

その他あらゆる変形や変更が可能である。

１１ シリンダヘッド
１２ 排気ポート
１３ バルブガイド
１４ バルブシート
３１ バルブ
３２ バルブステム
３３ バルブヘッド
３４ バルブステムエンド
３５ バルブフェース
５１ バルブ駆動機構
５２ カムシャフト
５３ カム
５４ コッタ
５５ バルブリテーナ
５６ ロアスプリングシート
５７ バルブスプリング
５８ リフタ
１０１ バルブステムシール
１０２ 先端開口
１０２ａ 内周端縁
１０３ 根元開口
１１１ 金属環
１１２ 屈曲部
１１３ 小径開口
１１４ 大径開口
１３１ 内部弾性体
１３２，１３３ リップ
１３４ 段部
１５１ 外部弾性体
１５２ シールリップ
１５３ 外側突起
１５４ 内側突起
１５５，１５６ 傾斜面
１５７，１５８ 流路
１５９ 装着溝
１６０ ガータスプリング
α，β 接触角度
Ｆ 山裾
Ｍ 中腹
Ｐ 頂部
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 内径
Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ 距離

Claims (7)

1. バルブガイドの端部を覆う環状の金属環と、
   前記金属環の内周面に固定され、前記バルブガイドに密接する環状の内部弾性体と、
   前記金属環に固定され、バルブリテーナに向けて延びる環状の外部弾性体と、
   前記外部弾性体の内周に一体に設けられ、前記バルブガイドに案内されるバルブステムの全周に密接する山形の断面形状を有するシールリップと、
   前記外部弾性体の内周に一体に設けられ、前記バルブリテーナに面する側の前記シールリップの傾斜面にかかる位置から内方に向けて突出する形状で周上に配列された複数個の外側突起と、
   を備えるバルブステムシール。
2. 前記外側突起は、均等な間隔で配列されている、
   請求項１に記載のバルブステムシール。
3. 前記外側突起の頂部を結ぶ最小の内径寸法は、前記シールリップの内径寸法よりも小さい、
   請求項１又は２に記載のバルブステムシール。
4. 前記外側突起は、周方向及び軸方向に曲面状の断面形状を有している、
   請求項１ないし３のいずれか一に記載のバルブステムシール。
5. 前記外部弾性体の内周に一体に設けられ、前記シールリップを挟んで前記外部突起と反対側に内方に向けて突出する形状で周上に配列された複数個の内側突起
   を備える請求項１ないし４のいずれか一に記載のバルブステムシール。
6. 前記内側突起の頂部を結ぶ最小の内径寸法は、前記シールリップの内径寸法よりも大きい、
   請求項５に記載のバルブステムシール。
7. 前記内側突起は、周方向及び軸方向に曲面状の断面形状を有している、
   請求項５又は６に記載のバルブステムシール。

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