JP4696421B2

JP4696421B2 - バルブステムシール

Info

Publication number: JP4696421B2
Application number: JP2001234266A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　　勝
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: JP2003042300A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車，一般産業機械のエンジンの吸・排気機構のバルブステムに使用さ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】
従来より、この種のバルブステムシールとしては、たとえば、図３，４に示すものが知られている。
【０００３】
図４は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り、図３はバルブステムシールの使用状態を示す模式図である。
【０００４】
図３に示したように、シリンダヘッド４００には潤滑油室ＯとポートＰとが設けられ、潤滑油室Ｏ側からポートＰ側へ貫通する孔にはバルブガイド３００が取り付けられている。
【０００５】
そして、ポートＰ側に設けられた不図示のポート（吸入用あるいは排気用のポート）の吸・排気を行うバルブ（不図示）が備えられるバルブステム２００と、その周囲を取り巻くバルブガイド３００との間の環状隙間Ｓに油膜を形成させる程度に適度な量の潤滑油を供給しつつ、潤滑油室内の潤滑油をシールするために、バルブステムシール１００は使用される。
【０００６】
より詳しく説明すると、バルブガイド３００の一端側は潤滑油が収納された潤滑油室Ｏ側に臨み、他端側が前述のようにポートＰ側に臨んで配置されている。
【０００７】
そして、このバルブガイド３００内にバルブステム２００が往復動自在に挿入されて、バルブステム２００が往復動することによって、不図示のポートをバルブによって開閉弁して、吸気あるいは排気を行うものである。
【０００８】
バルブステムシール１００は、図４に示したように、概略、金属環１０１と、ゴム状弾性体性のシール部１０２と、から構成されている。
【０００９】
金属環１０１は、バルブガイド３００の外周へ嵌着される円筒部１０１ａと内向きフランジ部１０１ｂとを備えている。
【００１０】
また、シール部１０２は、内向きフランジ部１０１ｂの外側端面側に設けられて、往復動するバルブステム２００の外周表面に摺動自在にシールするシールリップ１０２ａと、円筒部１０１ａ内周に設けられて、バルブガイド３００の外周に嵌着されて外周をシールする嵌め合い部１０２ｂと、を備えている。
【００１１】
なお、シールリップ１０２ａの外周には、緊迫力を増加させる金属製スプリング１０３が装着されている。
【００１２】
バルブステムシールの機能としては、エンジンヘッド内部のカム〜バルブトレイン部を潤滑させるための潤滑油室内の潤滑油が吸入用あるいは排気用のポートに漏れないようにすることが重要である。
【００１３】
これは、油漏れが生じると、漏れた油が燃焼して、排気ガスおよび排気系統を汚染し、さらに油を消耗し、エンジン機能に悪影響を及ぼすからである。
【００１４】
一方、完全に密封してしまうと、バルブガイドとバルブステムとの間の潤滑性がなくなり、焼きつきやかじりが発生して、バルブトレインの破損などの問題が生じてしまう。
【００１５】
このように、油の密封と（必要最小限の）油の供給という相対する機能をそれぞれ適度に維持することが必要なものである。
【００１６】
【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る可能性がある。
【００１７】
バルブステムシール１００のシールリップ１０２ａは、バルブステム２００の外周面上に付着した潤滑油のうち、バルブステム２００が往復動することによってシールリップ１０２ａとバルブステム２００とが摺動する範囲に存在する潤滑油しか、バルブガイド３００の内周面とバルブステム２００との環状隙間Ｓに供給することができない。
【００１８】
潤滑油は、シールリップ１０２ａの潤滑油室Ｏ側に多少は溜まるが、たとえば、バルブステムシール１００がバンクのついたエンジンに適用される場合においては、この油溜りを期待することはできない。
【００１９】
したがって、従来のバルブステムシール１００においては、シールリップ１０２ａの摩耗が生じる可能性がある。
【００２０】
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、シールの耐摩耗性を向上させた信頼性の高いバルブステムシールを提供することにある。
【００２１】
【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、一端側が潤滑油室に臨み、かつ他端側がポートに臨むバルブガイドと、該バルブガイド内に往復動自在に配置されたバルブステムと、の間の環状の隙間に油膜を形成させる潤滑油を供給しつつ、潤滑油室内の潤滑油をシールするバルブステムシールであって、前記バルブステム表面に環状に摺接するシールリップと、該シールリップの外周に装着され、該シールリップへの緊迫力を増加させる環状のスプリングと、を備えたバルブステムシールにおいて、前記シールリップよりも潤滑油室側で前記バルブステム表面に環状に摺接するサブリップを備え、前記サブリップにおいて、リップ先端の潤滑油室側斜面と前記バルブステム表面とのなす角を、リップ先端のポート側斜面と前記バルブステム表面とのなす角よりも小さく設けたことを特徴とする。
【００２２】
このように構成することにより、サブリップにより潤滑油を導入させて、シールリップとサブリップとの間に潤滑油を溜めることができるので、従来のように、シールリップの摩耗が生じることはなく、潤滑の確保及び摩耗の抑制が可能となる。
【００２３】
【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、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００２４】
図１（ａ）は、本実施の形態に係るバルブステムシール１の概略構成を示す図、同図（ｂ）は（ａ）においてＡ部の拡大図である。
【００２５】
本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１は、上述した従来の技術の項の中でも説明したように、図１において、ポートＰ側に設けられた不図示のポート（吸入用あるいは排気用のポート）の吸・排気を行うバルブ（不図示）が備えられる不図示のバルブステムと、その周囲を取り巻くバルブガイド（不図示）との間の環状隙間Ｓに油膜を形成させる程度に適度な量の潤滑油を供給しつつ、潤滑油室内の潤滑油をシールするために使用されるものである。
【００２６】
バルブガイドやバルブステムの構成・機能等については上述した従来の技術の項の中で説明した構成と同様であり、同一の符号を用いて、その説明は省略する。
【００２７】
本実施の形態に係るバルブステムシール１は、図１に示したように、概略、金属環２と、ゴム状弾性体からなるシール部３と、から構成されている。
【００２８】
金属環２は、バルブガイド３００の外周に装着される軸方向の円筒部２ａと内径側に延びるフランジ部２ｂとからなる。
【００２９】
シール部３は、フランジ部２ｂ及び円筒部２ａ内周面に一体成形されており、フランジ部２ｂの外側端面側に設けられて、往復動するバルブステム２００の外周表面に摺動自在にシールするシールリップ３ａと、円筒部２ａの内周に設けられて、バルブガイド３００の外周に嵌着されてバルブガイド３００をシールする嵌め合い部３ｄと、を備えている。なお、シールリップ３ａの外周には、緊迫力を増加させる環状のスプリング４が装着されている。
【００３０】
そして、本実施の形態の特徴的な構成として、シール部３には、シールリップ３ａの潤滑油室Ｏ側にサブリップ３ｂが備えられ、サブリップ３ｂのリップ先端において、図１（ｂ）にその拡大図を示すように、潤滑油室Ｏ側の面３ｂ１とバルブステム２００の外周面とがなす角αと、ポートＰ側の面３ｂ２とバルブステム２００の外周面とがなす角βとの関係を、
α＜β
と設定している。
【００３１】
さらに、サブリップ３ｂを設けることにより、シールリップ３ａとサブリップ３ｂとの間に油溜り空間３ｃを形成することができ、これにより、油溜り空間３ｃとバルブステム２００の外周面との間で潤滑油を保持することができる。
【００３２】
このようにサブリップ３ｂの角度を設定することにより、潤滑油室Ｏ側からポートＰ側への漏れ量をｑ１とし、ポートＰ側から潤滑油室Ｏ側への漏れ量をｑ２とした場合に、サブリップ３ｂとバルブステム２００との相対的な往復動時における漏れ量を、ｑ１＞ｑ２とすることができる。
【００３３】
したがって、潤滑油室Ｏ側の潤滑油がシールリップ３ａ側に導入されやすくなり、また、導入された潤滑油を油溜り空間３ｃとバルブステム２００の外周面との間で保持することができ、また、導入された潤滑油、油溜り空間３ｃに保持された潤滑油及びシールリップ３ａ近傍に存在していた潤滑油が潤滑油室Ｏ側に漏れるのを防止することができる。
【００３４】
ここで、シールリップ３ａにおいて、潤滑油室Ｏ側からポートＰ側への漏れ量をｑ３とし、ポートＰ側から潤滑油室Ｏ側への漏れ量をｑ４とした場合に、シールリップ３ａとバルブステム２００との相対的な往復動時における潤滑油室Ｏ側への漏れ量Ｑ２を、
Ｑ２＝ｑ４−ｑ３
で表し、
サブリップ３ｂとバルブステム２００との相対的な往復動時における漏れ量Ｑ１を、
Ｑ１＝ｑ１−ｑ２
で表した場合に、従来では、シールリップ部での油溜り量は、Ｑ２までしか期待できなかったが、本実施の形態のようにサブリップ３ｂを設け、Ｑ１＞Ｑ２と設定することにより、（Ｑ１＋Ｑ２）の油溜り量を期待することが可能となる。
【００３５】
また、たとえば、バンクのついたエンジンに適用される場合のように、バルブステムシールが水平方向に対して角度をもって配設されるような場合では、シールリップ部での油溜り量はほとんど期待することはできなかったが、本実施の形態のバルブステムシール１では、（Ｑ１＋Ｑ２）の油溜り量を確実に期待することが可能となる。
【００３６】
図２は、バルブステムシール１とバルブステム２００との相対的な往復動時において、バルブステムシール１のシールリップ３ａ及びサブリップ３ｂによる潤滑油の導入状態を説明するための図である。
【００３７】
従来のように、シールリップ３ａのみがバルブステム２００の外周面上を摺動する場合には、バルブステム２００の外周面上に付着している潤滑油のうち、図に示す範囲Ａに存在する潤滑油で、油の密封と油の供給という機能を維持しなければならない。
【００３８】
これに対して、本実施の形態のバルブステムシール１では、シールリップ３ａ及びサブリップ３ｂがバルブステム２００の外周面上を摺動する場合において、サブリップ３ｂを設けたことにより、シールリップ３ａのみの場合に比べて図に示す範囲ａの分、摺動領域を大きくすることができる。
【００３９】
すなわち、バルブステム２００の外周面上に付着している潤滑油のうち、図に示す範囲Ｂ（＝Ａ＋ａ）に存在する潤滑油で、潤滑油の密封と潤滑油の供給という機能を維持することが可能となる。
【００４０】
したがって、サブリップ３ｂを設けたことにより、従来よりも、より多くの潤滑油で、これらの機能を維持することができ、また、潤滑油室Ｏ側の潤滑油がシールリップ３ａ側に導入されやすくなるので、シールリップ３ａの耐摩耗性を向上させることとなる。
【００４１】
ここで、本実施の形態では、サブリップ３ｂにおいて、バルブステム２００に対して、しめ代を持たせているが、サブリップ３ｂの角度がα＜βと設定されて、サブリップ３ｂとバルブステム２００との相対的な往復動時における漏れ量が、ｑ１＞ｑ２となればよく、しめ代を持たせなくてもよい。すなわち、サブリップ３ｂの径を、バルブステム２００の外径と同一か又は、小さく設定すればよい。
【００４２】
以上のようにバルブステムシール１を構成することにより、サブリップ３ｂによりシールリップ３ａ側に潤滑油を導入させて、シールリップ３ａとサブリップ３ｂとの間に潤滑油を溜めることができるので、従来のように、シールリップの摩耗が生じることはなく、潤滑の確保及び摩耗の抑制が可能となる。
【００４３】
また、シールリップ３ａとサブリップ３ｂとの間に潤滑油を溜めることができることにより、たとえば、バンクのついたエンジンに適用される場合のように、バルブステムシール１が水平方向に対して角度をもって配設されるような場合であっても、潤滑の確保及び摩耗の抑制が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サブリップにより潤滑油を導入させて、シールリップとサブリップとの間に潤滑油を溜めることができるので、従来のように、シールリップの摩耗が生じることはなく、潤滑の確保及び摩耗の抑制が可能となる。
【００４５】
また、シールリップとサブリップとの間に潤滑油を溜めることができることにより、たとえば、バンクのついたエンジンに適用される場合のように、バルブステムシールが水平方向に対して角度をもって配設されるような場合であっても、潤滑の確保及び摩耗の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態に係るバルブステムシールの概略構成を説明する概略断面図、同図（ｂ）は（ａ）においてＡ部の拡大図である。
【図２】実施の形態に係るバルブステムシールとバルブステムとの相対的な往復動時において、バルブステムシールのシールリップ及びサブリップによる潤滑油の導入状態を説明するための図である。
【図３】バルブステムシールの使用状態を説明するための概略図である。
【図４】従来のバルブステムシールを説明するため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金属環
２ａ円筒部
２ｂフランジ部
３シール部
３ａシールリップ
３ｂサブリップ
３ｂ１潤滑油室Ｏ側の面
３ｂ２ポートＰ側の面
３ｃ油溜り空間
３ｄ嵌め合い部
４スプリング
２００バルブステム
３００バルブガイド
α 潤滑油室Ｏ側の面３ｂ１とバルブステム２００の外周面とがなす角
β ポートＰ側の面３ｂ２とバルブステム２００の外周面とがなす角
Ｏ潤滑油室
Ｐポート
Ｓ環状隙間

Claims

一端側が潤滑油室に臨み、かつ他端側がポートに臨むバルブガイドと、該バルブガイド内に往復動自在に配置されたバルブステムと、の間の環状の隙間に油膜を形成させる潤滑油を供給しつつ、潤滑油室内の潤滑油をシールするバルブステムシールであって、
前記バルブステム表面に環状に摺接するシールリップと、
該シールリップの外周に装着され、該シールリップへの緊迫力を増加させる環状のスプリングと、
を備えたバルブステムシールにおいて、
前記シールリップよりも潤滑油室側で前記バルブステム表面に環状に摺接するサブリップを備え、
前記サブリップにおいて、リップ先端の潤滑油室側斜面と前記バルブステム表面とのなす角を、リップ先端のポート側斜面と前記バルブステム表面とのなす角よりも小さく設けたことを特徴とするバルブステムシール。