JP4581309B2 - バルブステムシール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のエンジンの吸気または排気のバルブ機構に用いられるバルブステムシールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のエンジンの吸気または排気のバルブ機構は、シリンダヘッドに固定されたスリーブ状のバルブガイドに、一端にバルブを備えたバルブステム（弁軸）が往復動自在に挿通されて構成される。そして、バルブスプリングによってバルブステムを閉弁方向に付勢しておき、開弁する際にはカムやソレノイドでバルブステムを軸方向に移動させることでバルブの開閉を行う。
【０００３】
ここで往復摺動部となるバルブステムとバルブガイドとの間に潤滑性を確保するために、バルブステムを伝わせて潤滑油を供給し、バルブステムとバルブガイドとの間に油膜を形成する必要がある。
【０００４】
しかし、このときに潤滑油量が多すぎると吸気（排気）ポートに油漏れが生じ、排気ガスや排気系統の汚染を招くとともに、油消費量が大きくなり好ましくない。逆に潤滑油量が少なすぎると、バルブステムとバルブガイドとの間で焼き付き等の問題が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、バルブガイドの潤滑油供給側にバルブステムシールを装着し、バルブガイドとバルブステムの間の環状隙間に供給される潤滑油量を適宜に調整することが行われる。
【０００６】
従来、この種のバルブステムシールとしては、たとえば、図１０，図１１に示す構成のものが知られている。
【０００７】
図１０は、いわゆる金属嵌合タイプのバルブステムシール１００の概略構成を示す断面図である。同図に示すように、バルブステムシール１００は、バルブガイド１１１の一端面に装着されるゴム状弾性体製のシール本体１０２と、シール本体１０２をバルブガイド１１１に固定する金属環１０３とから構成される。金属環１０３の円筒部にはバルブガイド１１１側に折り込まれた切り欠き突起１１４が設けられており、この切り欠き突起１１４がバルブガイド１１１の溝に係合することでシール本体１０２の固定が図られている。
【０００８】
一方、図１１に示すバルブステムシール２００は、バルブガイド２１１の外周面に装着されるゴム状弾性体製のシール本体２０２と、シール本体２０２をバルブガイド２１１に固定する金属環２０３とから構成されている。金属環２０３は外向きに広がるフランジ部を有し、このフランジ部下面をエンジンヘッド２１０に当接させ、上面でバルブスプリング２１５を支持している。すなわち、金属環２０３にスプリングリテーナの機能を兼ねさせることで、金属環２０３の固定、ひいてはシール本体２０２の固定を図っているのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００１０】
図１０のバルブステムシール１００では、金属環１０３の剛性による締め付け効果と切り欠き突起１１４のストッパー効果によりシール本体１０２の固定を行っている。したがって、組み付け時の金属環１０３の変形や嵌合力不足によるバルブステムシール１００の抜けを防止するために、金属環１０３の円筒部内径を厳密に寸法管理する必要がある。それゆえ、その円筒部に切り欠き突起１１４を設けることには相当の加工困難性を要する。
【００１１】
また、このように切り欠き突起１１４を等配に加工しなければならない構成にあっては、製作工数が増してコストアップにつながる。
【００１２】
さらに、金属環１０３をバルブガイド１１１に組み付ける際に、切り欠き突起１１４がバルブガイド１１１の溝に到達するまで拡張変形を受けるので、爪部にへたりが発生し、ストッパー効果が甘くなることがある。この対策としては金属環１０３の焼入れが考えられるが、コストが大幅にアップするため現実的ではない。
【００１３】
図１１のバルブステムシール２００では、金属環２０３をエンジンヘッド２１０とバルブスプリング２１５で挟持する構成となっているため、バルブステムシール２００の構造とエンジン側（取付側）の構造とが相互に密接に関連し、一方の仕様を変更するにあたって他方の構造や生産ライン等も変更しなければならなくなる。それゆえ、バルブステムシール２００の適用に限りがあり、汎用性に欠けるものとなってしまう。
【００１４】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、製造および組み付けが容易であり、且つ汎用性に優れたバルブステムシールを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、スリーブ状のバルブガイドと該バルブガイドに挿通されるバルブステムとの間をシールするものであって、前記バルブガイドの一端面から外周面に亘り装着されて、前記バルブステムの外周面に摺動自在に密封接触するゴム状弾性体製のシール本体と、該シール本体に嵌着されて該シール本体を前記バルブガイドに固定する金属製の環状部材と、を備えたバルブステムシールにおいて、前記シール本体は前記バルブガイドの外周面側に突設された凸状部を有し、前記環状部材は、前記シール本体に嵌着された際に、前記バルブガイドの外周面に設けられた嵌合溝に前記凸状部を押しつけて嵌合させる押圧部を有し、前記凸状部は、前記押圧部により内周側に倒されて前記嵌合溝内に押し付けられることを特徴とする。
【００１６】
シール本体をバルブガイドの一端面から外周面に亘り装着し、これに環状部材を嵌着する構成としたので、金属嵌合タイプのように環状部材に厳密な寸法管理や加工精度が要求されず、製造が容易となる。
【００１７】
また、シール本体と環状部材を別体で構成することができるので、環状部材にシール本体を加硫接着する工程が不要となり、製造の容易化およびコスト削減を図ることができる。
【００１８】
そして、環状部材の押圧部によってシール本体の凸状部をバルブガイド外周面の嵌合溝に嵌合させる構成としたので、高いストッパー効果が発揮され、シール本体の抜けを確実に防止することができる。
【００１９】
通常、ストッパー効果（抜け防止効果）を高めると、それが逆にシールの組み付け性を悪化させ、シールの変形や装着不具合を招いてしまうおそれが生ずる。
しかし、上記構成によれば、環状部材がシール本体に嵌着されて、その押圧部が凸状部を押圧することで初めて高いストッパー効果が発揮されるため、シール本体をバルブガイドに装着する際や環状部材をシール本体に被せる際などのシール組み付け時にはストッパー効果が作用せず、容易かつ正確に組み付けることが可能となる。
【００２０】
また、取付側（エンジン側）の構造によらずシールを取り付けることができるので、汎用性に優れる。
【００２１】
上記バルブステムシールにおいて、環状部材の押圧部は、シール本体側に突き出すように全周的に形成された突条であることが好ましい。かかる構成の突条は少ない製作工程で安価に製作が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２３】
図１は、自動車等に搭載されるエンジンのシリンダヘッドの要部断面図であり、吸気または排気に用いられるバルブ機構を示すものである。
【００２４】
シリンダヘッド１０には、スリーブ状のバルブガイド１１が取り付けられている。バルブガイド１１の一端（図１では下端）はポートＰに臨み、他端（図１では上端）はシリンダヘッド１０の隔壁を介して潤滑油室Ｏ側に突き出ている。そして、バルブガイド１１には、バルブ１４の弁軸であるバルブステム１３が図示矢印方向に往復動自在に挿通されている。
【００２５】
バルブステム１３は、バルブスプリング１５によりバルブ１４が閉弁する方向に付勢されつつ支持されている。そして、所定のバルブタイミングに従って、カムまたはソレノイド（不図示）がバルブステム１３をポートＰ側に押圧すると、バルブ１４が開弁し、ポートＰとシリンダ（不図示）とが連通して吸気または排気が行われる構成となっている。
【００２６】
ここで、往復摺動部となるバルブステム１３とバルブガイド１１との間に潤滑性を確保するために、バルブステム１３上部（潤滑油室Ｏ側）から潤滑油を供給し、バルブステム１３とバルブガイド１１との間に油膜を形成している。なお、潤滑油は潤滑油室Ｏ上部のカムシャフト等からバルブステム１３を伝わって供給されるものである。
【００２７】
しかし、このときに潤滑油量が多すぎるとポートＰに油漏れが生じ、排気ガスや排気系統の汚染を招くとともに、油消費量が大きくなり好ましくない。逆に潤滑油量が少なすぎると、バルブステム１３とバルブガイド１１との間で焼き付き等の問題が発生するおそれがある。
【００２８】
そこで、バルブガイド１１の潤滑油室Ｏ側にバルブステムシール１を装着し、バルブガイド１１とバルブステム１３の間の環状隙間に供給される潤滑油量を適宜に調整している。
【００２９】
図２〜図４は、本実施の形態のバルブステムシールの概略構成断面図である。
図２は、バルブステムシールをバルブガイドに組み付ける前の状態を示し、図３は組み付け途中の状態、図４は組み付け完了後の状態を示している。
【００３０】
本実施の形態のバルブステムシール１は、概略、バルブガイド１１に直に装着されるシール本体２と、このシール本体２に嵌着される外缶ケース（環状部材）３とから構成される。シール本体２と外缶ケース３とは図２に示すように別体で構成されている。
【００３１】
シール本体２は、アクリルゴム，シリコーンゴム，ふっ素ゴム等のゴム状弾性体から成り、特に高温での耐油性および耐摩耗性に優れたふっ素ゴムを好適に用いることができる。
【００３２】
シール本体２は、図２（ｂ）に示すように、バルブステム１３の外周面に沿って設けられた第１円筒部２０と、バルブガイド１１の外周面に沿って設けられた第２円筒部２２の異なる径の２つの円筒部を、バルブガイド１１の端面に沿って設けられた端面シール部２１で接続した形状を有している。
【００３３】
第１円筒部２０の内周側には、バルブステム１３の外周面に摺動自在に密封接触する断面くさび形のリップ部２４が形成されている。リップ部２４先端の内径はバルブステム１３の外径よりも小さく設定されており、バルブステム１３との間に適宜の締め代が作られている（図４参照）。また、第１円筒部２０の外周側には、リップ部２４の略背面に位置するようにスプリング２５が装着され、リップ部２４のバルブステム１３に対する接触圧を高めるとともに、その接触圧を長期間維持できるようにしている。これにより、バルブステム１３の偏心追随性の向上と併せてバルブステムシール１の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
また、第２円筒部２２の端部には、ストッパー用の凸状部２３が全周的に設けられている。凸状部２３は、第２円筒部２２の厚みｔよりも大きい直径Ｔを有する円形断面を呈しており、第２円筒部２２の外周側と内周側（バルブガイドの外周面側）の両側に突き出た構成となっている。
【００３５】
外缶ケース３は、図２（ａ）に示すように、シール本体２の第２円筒部２２に密着するケース円筒部３０と、ケース円筒部３０の上端部から内向きに形成されたフランジ部３１と、を有する略円筒状の金属製環状部材である。
【００３６】
フランジ部３１の内側は開口部３２となっており、外缶ケース３をシール本体２に組み付ける際に、シール本体２の第１円筒部２０と干渉しない大きさに設定される。また、ケース円筒部３０には、シール本体２の凸状部２３に対応する位置に押圧部としての突条３３が全周的に形成され、突条３３からケース円筒部３０の下端にかけては徐々に拡径するガイド部３４が形成されている。
【００３７】
次に図３を参照して、バルブステムシール１の組み付けについて説明する。
【００３８】
バルブステムシール１を組み付ける際、まず最初にシール本体２のみをバルブガイド１１に装着する。図３（ａ）に示すように、シール本体２はバルブガイド１１の上端面１１ａから外周面１１ｂに亘り装着される。具体的には、シール本体２の端面シール部２１の下面２１ａがバルブガイド１１の上端面１１ａに当接し、第２円筒部２２が外周面１１ｂを覆い、そして、凸状部２３の内周側に突き出た部分がバルブガイド１１外周面１１ｂに形成された嵌合溝１１ｃに係合することで、シール本体２がバルブガイド１１に仮装着された状態となる。なお、シール本体２はゴム状弾性体製であり、拡径変形が容易であるため、容易に装着することができる。
【００３９】
その後、外缶ケース３をシール本体２の上部から図示矢印Ａ方向に挿入していく。このとき外缶ケース３の突条３３がシール本体２の第２円筒部２２を圧縮しながら挿入されることとなる。
【００４０】
図３（ｂ）は、同図（ａ）の破線円の部分を拡大して示した図である。外缶ケース３の突条３３の挿入時の圧縮率（ε／Ｈ）は０％〜４０％にすることが好ましい。この範囲内に設定すれば、外缶ケース３をシール本体２に被せる際の抵抗はさほど大きくなく、組み付け性を損なうことがない。
【００４１】
さらに外缶ケース３を押し込み、外缶ケース３がシール本体２を覆うように嵌着され図４の状態となったところで、バルブステムシール１の組み付けが完了する。
【００４２】
図４の組み付け状態においては、外缶ケース３のフランジ部３１の内面３１ａがシール本体２の端面シール部２１の上面２１ｂに当接し、位置決めされる。また、フランジ部３１で端面シール部２１を押圧するので、端面シール部２１の下面２１ａとバルブガイド１１の上端面１１ａとの密着性が高められる。
【００４３】
また、外缶ケース３の突条３３によりシール本体２の凸状部２３が内周側（矢印Ｂ方向）に倒され、バルブガイド１１の嵌合溝１１ｃ内に押し付けられるかたちとなる。これにより、凸状部２３が外缶ケース３の突条３３とバルブガイド１１の嵌合溝１１ｃとで挟み込まれ、嵌合溝１１ｃ内にしっかりと固定される。
【００４４】
以上述べた本実施の形態の構成によれば、シール本体２をバルブガイド１１の上端面１１ａから外周面１１ｂに亘り装着し、これに外缶ケース３を嵌着する構成としたので、金属嵌合タイプのように外缶ケース３のケース円筒部３０に厳密な寸法管理や加工精度が要求されず、製造が容易となる。
【００４５】
また、シール本体２と外缶ケース３を別体で構成したので、外缶ケース３にシール本体２を加硫接着する工程が不要となり、製造の容易化およびコスト削減を図ることができる。
【００４６】
そして、外缶ケース３の突条３３によってシール本体２の凸状部２３をバルブガイド１１外周面の嵌合溝１１ｃに嵌合させる構成としたので、高いストッパー効果が発揮され、シール本体２の抜けを確実に防止することができる。
【００４７】
通常、ストッパー効果（抜け防止効果）を高めると、それが逆にシールの組み付け性を悪化させ、シールの変形や装着不具合を招いてしまうおそれが生ずるため、抜け防止と組み付け性を両立させることは困難であった。しかし、本構成によれば、外缶ケース３がシール本体２に嵌着されて、その突条３３が凸状部２３を押圧することで初めて高いストッパー効果が発揮されるため、シール本体２をバルブガイド１１に装着する際や外缶ケース３をシール本体２に被せる際などのシール組み付け時にはストッパー効果が作用せず、容易かつ正確に組み付けることが可能となる。
【００４８】
また、外缶ケース３のフランジ部３１で端面シール部２１を押圧し、端面シール部２１とバルブガイド１１との間の密着性を高めたので、この部分におけるシール性が向上する。
【００４９】
また、組み付け状態において、外缶ケース３はシール本体２のみに嵌着し、エンジン本体に接することがないので、取付側（エンジン側）の構造によらずシールを取り付けることができるので、汎用性に優れる。
【００５０】
さらに、外缶ケース３の突条３３は全周的に形成されているため、少ない製作工程で安価に製作が可能である。
【００５１】
以上、本発明の一実施の形態について説明を行ったが、本発明の範囲はこの構成に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。図５〜図９は、本実施の形態の変形例を示すものである。
【００５２】
図５は、シール本体の第２円筒部の形状を変えたものである。すなわち、第２円筒部４２の外周面と外缶ケース３のケース円筒部３０の内周面３０ａとの間に若干の隙間を空けるような寸法に設定し、さらに、第２円筒部４２の外周面に外缶ケース３の内周面３０ａに密着する突起４３，４４を設けている。これにより、シール本体２と外缶ケース３とのガタを無くし、安定したストッパー効果を得ることができる。なお、突起４３，４４は第２円筒部４２の外周面に亘り等配に設けてもよいし、全周的に設ける構成としてもよい。
【００５３】
図６は、さらに外缶ケースの突条の形状を変えたものである。上記実施の形態ではくの字状に外缶ケース３を折り曲げて突条を形成していたが、図６の構成では、円弧状に折り曲げて突条５３を形成している。この場合もシール本体２の凸状部２３を嵌合溝１１ｃに押しつけて嵌合させ、ストッパー効果を得ることが可能である。要するに、外缶ケース３の突条（押圧部）は、シール本体２の凸状部２３を嵌合溝１１ｃに押しつける効果が得られれば、いかなる形状であっても構わない。
【００５４】
図７は、シール本体２の凸状部の形状を変えたものである。上記実施の形態では円形断面を有する凸状部を設け、第２円筒部２２の外周側と内周側の両側に凸状部が突き出た構成となっていたが、外周側には必ずしも突出させる必要はない。たとえば、図７（ａ）の凸状部８３は半円形断面を呈し、図７（ｂ）の凸状部８４はくさび形断面を呈している。このように、バルブガイド１１の外周面１１ｂ側に突設していれば、外缶ケース３の突条により背面側を押圧されることで嵌合溝１１ｃにしっかりと嵌合し、十分なストッパー効果を得ることができるのである。
【００５５】
図８は、外缶ケースのフランジ部の形状を変えたものである。ここでは外缶ケース３のフランジ部６１の内面６１ａに突起６１ｂを設けている。これにより、フランジ部６１の押圧力が高まり、シール本体２の端面シール部２１の下面２１ａとバルブガイド１１の上端面１１ａとの間の密着力がさらに高まり、この部分でのシール性のさらなる向上を図ることができる。
【００５６】
図９は、シール本体の端面シール部の形状を変えたものである。ここでは端面シール部２１の上面および下面にそれぞれ突起７１を設けている。この構成によっても、端面シール部２１の下面２１ａとバルブガイド１１の上端面１１ａとの間の密着力が高まり、この部分でのシール性のさらなる向上を図ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、シール本体をバルブガイドの一端面から外周面に亘り装着し、これに環状部材を嵌着する構成としたので、金属嵌合タイプのように環状部材に厳密な寸法管理や加工精度が要求されず、製造が容易となる。
【００５８】
また、シール本体と環状部材を別体で構成することができるので、環状部材にシール本体を加硫接着する工程が不要となり、製造の容易化およびコスト削減を図ることができる。
【００５９】
そして、環状部材の押圧部によってシール本体の凸状部をバルブガイド外周面の嵌合溝に嵌合させる構成としたので、高いストッパー効果が発揮され、シール本体の抜けを確実に防止することができる。このとき、環状部材がシール本体に嵌着されて、その押圧部が凸状部を押圧することで初めて高いストッパー効果が発揮されるため、シール本体をバルブガイドに装着する際や環状部材をシール本体に被せる際などのシール組み付け時にはストッパー効果が作用せず、容易かつ正確に組み付けることが可能となる。
【００６０】
また、取付側（エンジン側）の構造によらずシールを取り付けることができるので、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンのシリンダヘッドの要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態のバルブステムシールの概略構成断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のバルブステムシールの概略構成断面図である。
【図４】本発明の実施の形態のバルブステムシールの概略構成断面図である。
【図５】同実施の形態のバルブステムシールの変形例を示す概略構成断面図である。
【図６】同実施の形態のバルブステムシールの変形例を示す概略構成断面図である。
【図７】同実施の形態のバルブステムシールの変形例を示す概略構成断面図である。
【図８】同実施の形態のバルブステムシールの変形例を示す概略構成断面図である。
【図９】同実施の形態のバルブステムシールの変形例を示す概略構成断面図である。
【図１０】従来技術に係るバルブステムシールの概略構成断面図である。
【図１１】従来技術に係るバルブステムシールの概略構成断面図である。
【符号の説明】
１ バルブステムシール
２ シール本体
３ 外缶ケース（環状部材）
１０ シリンダヘッド
１１ バルブガイド
１１ａ バルブガイドの上端面（一端面）
１１ｂ バルブガイドの外周面
１１ｃ 嵌合溝
１３ バルブステム
１４ バルブ
１５ バルブスプリング
２０ 第１円筒部
２１ 端面シール部
２２ 第２円筒部
２３ 凸状部
２４ リップ部
２５ スプリング
３０ ケース円筒部
３１ フランジ部
３２ 開口部
３３ 突条（押圧部）
３４ ガイド部
４３，４４ 突起
５３ 突条（押圧部）
６１ フランジ部
６１ｂ 突起
７１ 突起
８３ 凸状部
８４ 凸状部
Ｏ 潤滑油室
Ｐ ポート

Claims (1)

1. スリーブ状のバルブガイドと該バルブガイドに挿通されるバルブステムとの間をシールするものであって、
   前記バルブガイドの一端面から外周面に亘り装着されて、前記バルブステムの外周面に摺動自在に密封接触するゴム状弾性体製のシール本体と、
   該シール本体に嵌着されて該シール本体を前記バルブガイドに固定する金属製の環状部材と、
   を備えたバルブステムシールにおいて、
   前記シール本体は前記バルブガイドの外周面側に突設された凸状部を有し、
   前記環状部材は、前記シール本体に嵌着された際に、前記バルブガイドの外周面に設けられた嵌合溝に前記凸状部を押しつけて嵌合させる押圧部を有し、
   前記凸状部は、前記押圧部により内周側に倒されて前記嵌合溝内に押し付けられることを特徴とするバルブステムシール。

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