JP2021042825A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させる。【解決手段】密封装置としてのバルブステムシール１は、軸線ｘ周りに環状の補強環１０と、補強環１０に取り付けられている弾性体から形成されている軸線ｘ周りに環状の弾性体部２０と、を備え、補強環１０は、軸線ｘ方向に延びる円筒状又は略円筒状の部分である円筒部１１を有し、弾性体部２０は、軸線ｘ方向において補強環１０の一方の側に設けられている環状のシールリップ２３と、円筒部１１の内周面１１１を内側から覆っている嵌合部２２と、を有しており、嵌合部２２は、内周面２２１にて内周側ｄに突出して環状に形成されている突起部２２２と、突起部２２２に対して軸線ｘ方向において隣接した位置に環状に形成されている溝部２２３と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、密封装置に関する。

従来から、内燃機関において、カム側とシリンダ側との間を往復動するバルブのバルブステムとバルブガイドとの間の空間の密封を図るためにバルブステムシールのような密封装置が用いられている。バルブステムシールは、バルブガイドとバルブステムとの間にバルブステムの摺動を円滑に行わせるための潤滑油を供給しつつ、白煙発生等の不具合を防止するためこの潤滑油の供給量を制御してポートやシリンダへの潤滑油の流入の防止を図っている。上記のようなバルブステムシールとしては、軸線周りに環状の補強環と、補強環に取り付けられ軸線周りに環状の弾性体部と、を備え、弾性体部が、環状のシールリップと、シールリップから軸線方向における他方の側に配設されている環状の背圧リップと、を有するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２６４４１５号公報

ところで、バルブステムシールは、背圧リップにより密封性が高まることで背圧が上昇し、その結果バルブステムシールに対してバルブステムから離脱する方向に荷重が加わることがある。このような背圧による荷重が加わることは、バルブステムシールの耐久性に影響を与える要因となっていた。また、バルブステムシールは、バルブガイド及びバルブステムとの組み付けの際に、バルブステムシールの弾性体部が有する環状の嵌合部が生じる弾性力により、バルブガイドが内側に押し戻される現象（スプリングバック現象）が生じることがある。このスプリングバック現象により、バルブステムシールは、背圧を受けてバルブガイドから抜けてしまうことがある。つまり、スプリングバック現象も、バルブステムシールの耐久性に影響を与える要因となっていた。

以上のように、従来のバルブステムシールは、耐久性を向上させることができる構造が求められていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性を向上させることができる密封装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る密封装置は、軸線周りに環状の補強環と、前記補強環に取り付けられている弾性体から形成されている前記軸線周りに環状の弾性体部と、を備え、前記補強環は、軸線方向に延びる円筒状又は略円筒状の部分である円筒部を有し、前記弾性体部は、前記軸線方向において前記補強環の一方の側に設けられている環状のシールリップと、前記円筒部の内周面を内側から覆っている嵌合部と、を有しており、前記嵌合部は、内周面にて内周側に突出して環状に形成されている突起部と、前記突起部に対して前記軸線方向において隣接した位置に環状に形成されている溝部と、を有している。

本発明の一態様に係る密封装置において、前記溝部は、前記軸線方向において、前記突起部よりも前記一方の側に形成されている。

本発明の一態様に係る密封装置において、前記シールリップは、使用状態において内周側に配置されているバルブステムの外周面に接し、前記嵌合部は、使用状態において内周側に配置されているバルブガイドの外周面に接し、前記円筒部は、使用状態において内周面における前記溝部の外周側に相当する位置から内周側に向かって凸部が形成されている。

本発明に係る密封装置によれば、耐久性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るバルブステムシールの構成を示す、軸線に沿う断面における断面図である。 図１のバルブステムシールの嵌合部における突起部及び溝部の周辺を拡大して示す部分拡大断面図である。 図１のバルブステムシールの変形例を示す、嵌合部における突起部及び溝部の周辺を拡大して示す部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るバルブステムシールの構成を示す、軸線に沿う断面における断面図である。 図４のバルブステムシールの嵌合部における突起部及び溝部の周辺を拡大して示す部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の密封装置の第１の実施の形態に係るバルブステムシール１の構成を示す、軸線に沿う断面における断面図である。図２は、バルブステムシール１の嵌合部における突起部及び溝部の周辺を拡大して示す部分拡大断面図である。

本実施の形態１に係るバルブステムシール１は、自動車の内燃機関の動弁系において使用される。バルブステムシール１は、シリンダとポートとの間を連通及び遮断するためのバルブのバルブステムと、このバルブステムが挿通される一端がカム側に臨み他端がシリンダ側に臨むバルブガイドとの間の密封を図る。

以下、説明の便宜上、軸線ｘにおいて矢印ａ方向を外側、矢印ｂ方向を内側とする。ここで、外側とは、バルブステムシール１が図示しない内燃機関の吸気又は排気バルブに取り付けられた状態において燃焼室から離れる方向となる方向又は側であり、内側とは、バルブステムシール１が図示しない内燃機関の吸気又は排気バルブに取り付けられた状態において燃焼室に向かう方向となる方向又は側である。また、軸線ｘに垂直な方向（以下、径方向ともいう。）において、軸線ｘから遠ざかる方向を外周側とし（矢印ｃ方向）、軸線ｘに向かう方向を内周側とする（矢印ｄ方向）。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るバルブステムシール１は、軸線ｘ周りに環状の補強環１０と、補強環１０に取り付けられている弾性体から形成されている軸線ｘ周りに環状の弾性体部２０と、を備える。補強環１０は、軸線ｘ方向に延びる円筒状又は略円筒状の部分である円筒部１１を有する。弾性体部２０は、軸線ｘ方向において補強環１０の一方の側に設けられている環状のシールリップ２３と、シールリップ２３から軸線ｘ方向における他方の側に離間して配設されている環状の背圧リップ２４と、円筒部１１の内周面１１１を内側から覆っている嵌合部２２と、を有している。嵌合部２２は、内周面２２１にて内周側ｄに突出して環状に形成されている突起部２２２と、突起部２２２に対して軸線ｘ方向において近接した位置に環状に形成されている溝部２２３と、を有している。以下、バルブステムシール１について具体的に説明する。

補強環１０は、図１に示すように、軸線ｘに沿う断面の形状（以下、断面形状ともいう。）が略Ｌ字状に形成されている。補強環１０は、軸線ｘ方向に延びる円筒状又は略円筒状の部分である円筒部１１と、円筒部１１のカム側（外側ａ）の端部から内周側ｄに向かって延びる中空環状の部分であるフランジ部１２とを有している。フランジ部１２は、円筒部１１の外側ａの端部から軸線ｘに向かって軸線ｘ方向における他方の側（内側ｂ）に斜めに延びている。

弾性体部２０は、シール部２１と嵌合部２２とを一体に有している。シール部２１は、軸線ｘ方向に延びる環状の部分である。シール部２１は、シールリップ２３と、環状の背圧リップ２４と、環状の突起２５とを有している。

シールリップ２３は、使用状態において内周側ｄに挿通されるバルブステム５２に当接する。具体的には、シールリップ２３は、シール部２１の外側ａの端部又は端部近傍に形成されており、内周側ｄに突出する、軸線ｘ周りに環状の部分である。シールリップ２３は、内周側ｄに向かって凸の楔形状の断面形状を有している。

背圧リップ２４は、軸線ｘ方向においてシリンダ側（内側ｂ）にシールリップ２３から離間して配設されている。背圧リップ２４は、シール部２１の内側ｂの端部に形成されている、内側ｂに延びる軸線ｘ周りに環状のリップである。より具体的には、背圧リップ２４は、軸線ｘに向かって内側ｂに斜めに延びている、軸線ｘを中心又は略中心とする円錐筒状のリップである。背圧リップ２４は、使用状態において内周側ｄに配置されているバルブステム５２に当接する。

突起２５は、軸線ｘ方向においてシールリップ２３と背圧リップ２４との間に配設されている。突起２５は、シールリップ２３よりもシリンダ側において内周側に突出する円弧状に延びる部分である。シール部２１には、複数の突起２５が軸線ｘ周りに等角度間隔で設けられている。例えば、シール部２１には、４つの突起２５が形成されている。突起２５は、シールリップ２３のバルブステム５２への追従性を向上させるための部分である。突起２５は、使用状態において、バルブステム５２の変位に対応してバルブステム５２にシールリップ２３を追従させるために設けられている。

嵌合部２２は、バルブステムシール１がバルブガイド５１の外周面５１２に接してバルブガイド５１に嵌着されて固定されるために機能する部分である。嵌合部２２は、補強環１０の円筒部１１を内周側ｄから覆っている。嵌合部２２は、背圧リップ２４の外周側ｃの根元部２４ａから内側ｂに延びている。嵌合部２２は、上述のように内周面２２１に突起部２２２及び溝部２２３を有している。嵌合部２２は、バルブガイド５１の外側ａの端部が嵌合部２２の内側ｂに圧入されると、図１に示すように、補強環１０の円筒部１１とバルブガイド５１の外周面との間で圧縮されて径方向の力である嵌合力を所定の大きさで発生する。この嵌合力により、バルブステムシール１がバルブガイド５１に嵌着されて固定される。嵌合部２２の径方向の厚さは、この所定の嵌合力が発生するように所定の厚さに設定されている。嵌合部２２は、軸線ｘ方向の一部の範囲において周面が上記所定の厚さに設定されていてもよい。また、嵌合部２２は、軸線ｘ方向の全ての範囲において周面が上記所定の厚さに設定されていてもよい。

突起部２２２は、嵌合部２２の内周面２２１において軸線ｘ周りに環状に形成されている。突起部２２２は、内周面２２１の軸線ｘ方向における形成位置が、バルブガイド５１に装着された状態（使用状態）においてバルブガイド５１の拡径された部位の内側ｂの端部（ガイドエッジ部５１１）に対応するように設けられている。突起部２２２は、内周面２２１から内周側ｄに突出して設けられている。つまり、嵌合部２２の径方向の厚さは、突起部２２２が設けられている部分において他の部分よりも肉厚に形成されている。

以上のように形成されていることで、突起部２２２は、バルブステムシール１の使用状態において、ガイドエッジ部５１１に引っ掛かりやすくなるため、バルブステムシール１の抜け止めとなる。このため、突起部２２２を有することで、バルブステムシール１は、抜けに対する耐久性を向上させることができる。

溝部２２３は、図２に示すように、嵌合部２２の内周面２２１が、径方向外周側ｃに拡径するように設けられている溝状の部位である。溝部２２３は、例えば、断面における溝状の形状が、突起部２２２の凸形状に対応した凹形状に形成されている。溝部２２３は、軸線ｘ周りに環状に形成されている。溝部２２３は、軸線ｘ方向において、突起部２２２よりも一方の側（外側ａ）に形成されている。また、溝部２２３は、突起部２２２に対して軸線ｘ方向において近接した位置、具体的には、溝部２２３の内側ｂの端部２２３１が、軸線ｘ方向において、突起部２２２の外側ａの端部２２２１と近接して配置されている。溝部２２３は、軸線ｘ方向において、突起部２２２と軸線ｘ方向において隣接して配置されている。

図３は、バルブステムシール１Ａの変形例を示す、嵌合部２２Ａにおける突起部２２２及び溝部２２３Ａの周辺を拡大して示す部分拡大断面図である。本発明の密封装置の実施の形態に係るバルブステムシールにおいて、溝部２２３の形状は、上述の形状には限定されない。図３に示すように、本発明の密封装置の第１の実施の形態に係るバルブステムシール１Ａにおいて、溝部２２３Ａの形状は、例えば、断面における溝状の形状が、断面視四角形状の凹形状に形成されていてもよい。

以上のように形成されていることで、バルブステム５２を支持するバルブガイド５１にバルブステムシール１を組み付ける際に、バルブステムシール１が一方の側（外側ａ）から他方の側（内側ｂ）に向かって挿入されると、溝部２２３は、バルブガイド５１の外周面５１２により外側ａに引き伸ばされた突起部２２２を収容し、突起部２２２の逃げ場とすることができる。このため、バルブステムシール１によれば、溝部２２３を有することで、バルブガイド５１に組み付けられる際に、嵌合部２２の内周面２２１に接しているバルブガイド５１の外周面５１２が内側ｂに戻ろうとする現象（スプリングバック現象）を抑制することができる。また、バルブステムシール１によれば、溝部２２３を有することで、スプリングバック現象を抑制することができるため、嵌合部２２の径方向の厚さを増加させてバルブガイド５１と嵌合部２２との嵌合代を増加することができる。つまり、バルブステムシール１によれば、溝部２２３を有することで、バルブガイド５１からの抜けを抑制し、耐久性を向上させることができる。

なお、溝部２２３は、バルブステムシール１とバルブガイド５１を組み付ける際に、バルブステムシール１が外側ａから内側ｂに向かってバルブガイド５１に挿入されるとき、バルブガイド５１の外周面５１２により外側ａに引き伸ばされた突起部２２２を収容することができればよいため、軸線ｘ方向において間隔を有せず隣接して配置されているものには限定されず、所定の間隔をもって隣接して配置されているものであってもよい。

弾性体部２０の弾性体は、例えば、フッ素ゴムやアクリルゴム等のゴム材である。補強環１０は、例えば、金属製であり、プレス加工や鍛造によって製造されている。弾性体部２０は、成形型を用いて架橋（加硫）成形によって成形される。この架橋成形の際に、補強環１０は成形型の中に配置されている。弾性体部２０が架橋接着により補強環１０に接着されることにより、弾性体部２０が補強環１０と一体的に成形される。

バルブステムシール１は、ガータスプリング２６を有している。ガータスプリング２６は、シール部２１の外周側ｃに、シールリップ２３に背向して嵌着されている。ガータスプリング２６は、シールリップ２３を軸線ｘに向かう方向に押して、シールリップ２３がバルブステム５２の変位に対して追随するようにシールリップ２３に内周側に向かう緊迫力を与えている。なお、バルブステムシール１は、ガータスプリング２６を有していなくてもよい。

以上説明したように、第１の実施の形態に係るバルブステムシール１によれば、嵌合部２２の内周面２２１が突起部２２２に対して軸線ｘ方向において近接した位置に形成されている溝部２２３を有することで、バルブガイド５１からの抜けが抑制され、耐久性を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係るバルブステムシール１Ｂについて説明する。以下、上述の第１の実施の形態に係るバルブステムシール１，１Ａと同一の又は類似する機能を有する構成に対しては同一の符号を付してその説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係るバルブステムシール１Ｂの構成を示す、軸線に沿う断面における断面図である。また、図５は、バルブステムシール１Ｂの嵌合部２２Ｂにおける突起部２２２Ｂ及び溝部２２３Ｂの周辺を拡大して示す部分拡大断面図である。

図４及び図５に示すように、バルブステムシール１Ｂは、補強環１０Ｂの円筒部１１Ｂの内周面１１１Ｂに、溝部２２３の外周側ｃに相当する位置から内周側ｄに向かって凸形状の凸部１１３Ｂが形成されている。凸部１１３Ｂは、バルブガイド５１及びバルブステム５２をバルブステムシール１Ｂの円筒部１１Ｂの内部に挿入した後に、円筒部１１Ｂの径方向外周側ｃから内周側ｄに向かって不図示のポンチなどの適宜な工具を用いて形成することができる。ここで、凸部１１３Ｂを形成する位置の内周側ｄには、上述のように溝部２２３が形成されている。このため、凸部１１３Ｂは、溝部２２３による中空部により容易に形成することができる。

円筒部１１Ｂの内周面１１１Ｂに凸部１１３Ｂが形成されていることにより、バルブステムシール１Ｂは、溝部２２３を設けることによるバルブガイド５１の圧縮応力の低下を抑制することでバルブガイド５１からの抜けを抑制し、耐久性を向上させることができる。また、バルブステムシール１Ｂによれば、凸部１１３Ｂの形成により内周側ｄに突出された嵌合部２２の弾性体が内周側ｄ、すなわち溝部２２３側に突出されることで、嵌合部２２Ｂとバルブガイド５１の外周面５１２との接触力がより向上し、抜けをより抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

１、１Ａ、１Ｂ…バルブステムシール、１０、１０Ｂ…補強環、１１、１１Ｂ…円筒部、１２…フランジ部、２０…弾性体部、２１…シール部、２２、２２Ａ、２２Ｂ…嵌合部、２３…シールリップ、２４…背圧リップ、２４ａ…根元部、２５…突起、２６…ガータスプリング、５１…バルブガイド、５２…バルブステム、１１１、１１１Ｂ…内周面、１１３Ｂ…凸部、２２１…内周面、２２２、２２２Ｂ…突起部、２２２１…端部、２２３、２２３Ａ、２２３Ｂ…溝部、２２３１…端部、５１１…ガイドエッジ部、５１２…外周面

Claims (3)

1. 軸線周りに環状の補強環と、
   前記補強環に取り付けられている弾性体から形成されている前記軸線周りに環状の弾性体部と、を備え、
   前記補強環は、軸線方向に延びる円筒状又は略円筒状の部分である円筒部を有し、
   前記弾性体部は、前記軸線方向において前記補強環の一方の側に設けられている環状のシールリップと、前記円筒部の内周面を内側から覆っている嵌合部と、を有しており、
   前記嵌合部は、内周面にて内周側に突出して環状に形成されている突起部と、前記突起部に対して前記軸線方向において隣接した位置に環状に形成されている溝部と、を有している、密封装置。
2. 前記溝部は、前記軸線方向において、前記突起部よりも前記一方の側に形成されている、
   請求項１に記載の密封装置。
3. 前記シールリップは、使用状態において内周側に配置されているバルブステムの外周面に接し、
   前記嵌合部は、使用状態において内周側に配置されているバルブガイドの外周面に接し、
   前記円筒部は、使用状態において内周面における前記溝部の外周側に相当する位置から内周側に向かって凸部が形成されている、
   請求項１または２に記載の密封装置。

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