JP5607517B2 - シール機構 - Google Patents

Description

本発明は、板バネによりシール面を有するシール部材を付勢するシール機構に関する。

自動車のエンジンには、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを運転状況に応じて変更するためのバルブタイミング調整装置が備えられる。バルブタイミング調整装置は、エンジンのクランクシャフトと、吸気バルブおよび排気バルブを開閉駆動させるカムシャフトとの間の動力伝達系に設けられ、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対的な回転位置を変更することで、吸気バルブおよび排気バルブの開閉のタイミングを調整する。

バルブタイミング調整装置は、カムシャフトに連結されてカムシャフトと一体的に回転するベーンと、このベーンを収容するとともにクランクシャフトの回転により回転する円筒形状のハウジングとを備える。ベーンとハウジングとは、所定の回転角度範囲で相対的に回転するように構成される。

ベーンの外周面とハウジングの内周面との間には複数の油圧室が形成され、油圧室に油圧が供給されるとベーンとハウジングとが相対回転する。この複数の油圧室は、ベーンの円筒部の外周面から径方向外向きに突出する複数の外向き突出部と、ハウジングの内周面からハウジングの径方向内きに突出する複数の内向き突出部とによって交互に仕切られて形成される。

バルブタイミング調整装置において、油圧室に供給される油圧が制御されることで、ベーンとハウジングとの相対的な回転位置が制御される。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相が変更され、バルブタイミングが調整される。

こうしたバルブタイミング調整装置においては、ベーンとハウジングとの間に形成される油圧室の油漏れを防ぐために、間仕切り用のシール機構が設けられる。このシール機構は、ベーンの外向き突出部および円筒部に形成された窪みに配置され、ハウジングの内面に摺動可能に当接する。

特許文献１には、シール部材と、板バネとを備えるシール手段がバルブタイミング調整装置に設けられ、シール部材に板バネが取り付けられることが開示される。シール部材の両端に設けられた突起ガイドを超音波加工により変形してストッパ部を形成し、ストッパ部とシール裏面で板バネの両端を挟むようにして板バネがシール部材に取り付けられている。この板バネは、円弧状の中央部と、中央部の両端に形成された互いに平行な脚部を有している。

特開２００２−１８０８０６号公報

特許文献１に記載の技術では、ストッパ部に超音波加工を施す必要があるため板バネのシール部材への取り付け工数がかかる。また、樹脂材料に超音波加工を施してあるためストッパ部の形状のばらつきが大きい。特許文献１に記載によると、その板バネの中央部を押したときに板バネの両端の脚部が反り上がり、両端がストッパ部に接触する可能性がある。ストッパ部の形状によって板バネの両端がストッパ部に接触するとバネ特性がばらつく。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、板バネのシール部材への取り付けを容易にし、バネ特性を安定にさせることができるシール機構を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のシール機構は、湾曲形状に形成されたバネ本体部と、バネ本体部を屈曲して形成される一対の被掛止部とを有する板バネと、シール面と、シール面の裏側に形成され、被掛止部を掛止する一対の突部とを有するシール部材と、を備える。

この態様によると、シール部材の突部に板バネの被掛止部を掛けることで、板バネをシール部材に容易に取り付けることができる。また、板バネを固着せず、突部に掛けるように取り付けることで、板バネに力が付与されても突部が板バネの動きを妨げず、シール機構における板バネのバネ特性を安定させることができる。

本発明によれば、板バネのシール部材への取り付けを容易にし、バネ特性を安定にさせることができる。

（ａ）から（ｃ）は実施形態に係るシール機構を説明する図である。 実施形態に係る板バネの斜視図である。 実施形態に係るシール部材の斜視図である。 実施形態に係るシール部材の一部の拡大図である。 （ａ）から（ｃ）は実施形態に係るシール機構における板バネの取付を説明する図である。 （ａ）から（ｃ）は実施形態に係るシール機構の作用を説明する図である。 実施形態に係る板バネの変形例の上面図である。

図１は、実施形態に係るシール機構１０を説明する図である。図１（ａ）はシール機構１０の上面図を示し、図１（ｂ）はシール機構１０の側面図を示し、図１（ｃ）はシール機構１０の端面の図を示す。なお、以下の図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

シール機構１０は、たとえば、内燃機関の吸気弁および排気弁のいずれか一方を開閉するタイミングを調整するバルブタイミング調整装置に設けられる。バルブタイミング調整装置はベーンとハウジングに仕切られた油圧室を有し、シール機構１０はその油圧室の油圧漏れを抑えるようシールする。油圧室は周方向に複数配置され、シール機構１０は油圧室のそれぞれに２つずつ設けられる。

シール機構１０は、シール部材２０を付勢する板バネ４０と、その付勢によりハウジングの壁面に当接するシール面２２を有するシール部材２０と、を備える。まず板バネ４０について図２を参照しつつ説明する。

図２は、実施形態に係る板バネ４０の斜視図である。板バネ４０は、金属材料により形成され、湾曲形状に形成されたバネ本体部４４と、板バネ４０を屈曲して形成される一対の第１被掛止部４６ａおよび第２被掛止部４６ｂ（これらを区別しない場合は「被掛止部４６」という）と、第１被掛止部４６ａおよび第２被掛止部４６ｂから反り返る第１反し部４８ａおよび第２反し部４８ｂ（これらを区別しない場合は「反し部４８」という）とを有する。

板バネ４０の両端には、両端から長手方向に沿って切り欠きが形成されている。この切欠部４２は、被掛止部４６および反し部４８のそれぞれを二股に分離し、さらにバネ本体部４４の一部を二股に分離する。

被掛止部４６は、バネ本体部４４の湾曲を屈曲部５０でさらに屈曲させて形成され、滑らかな円弧状に形成される。バネ本体部４４は屈曲部５０の間の湾曲部分である。被掛止部４６と反し部４８の連結部分も滑らかな曲面に形成される。反し部４８は拡開方向に屈曲している。これによりシール部材２０への取付が容易になる。

図３は、実施形態に係るシール部材２０の斜視図である。また、図４は、実施形態に係るシール部材２０の一部の拡大図である。シール部材２０は、樹脂材料により形成され、シール面２２と、シール面２２の裏側に形成され、シール面２２の裏側に立設した第１立設部３２ａおよび第２立設部３２ｂ（これらを区別しない場合「立設部３２」という）と、板バネ４０の被掛止部４６を掛止する第１突部２８ａおよび第２突部２８ｂ（これらを区別しない場合「突部２８」という）とを有する。掛止は、被掛止部４６を突部２８に引っ掛けた状態である。そのため、板バネ４０からシール部材２０に向かう方向に板バネ４０へ外力が加わると、板バネ４０の両端が広がって掛止が外れるが、外力が無くなると、板バネ４０の両端がもとの位置に戻って、掛止状態に復帰する。

突部２８は、立設部３２の長手側の端面から長手方向に突出するように形成され、表面が円弧状に形成されている。シール部材２０は、シール面２２の裏側の両端に形成された第１壁部２４ａおよび第２壁部２４ｂ（これらを区別しない場合は「壁部２４」という）と、壁部２４のそれぞれから張り出すように形成され、切欠部４２に挿入される第１張出部２６ａおよび第２張出部２６ｂ（これらを区別しない場合は「張出部２６」という）を有する。シール機構１０は側面方向から力を受けるため、図１（ａ）に示すように張出部２６を切欠部４２に挿入することで、シール部材２０と板バネ４０との側面方向の位置ずれを防ぐことができる。壁部２４の外面および側面３６は突部が設けられておらず、平らに形成されている。

張出部２６におけるシール面２２とは反対側の角部３８は滑らかな曲面に形成されてよい。また、張出部２６のシール面２２とは反対側の面には、第１アール面３４ａおよび第２アール面３４ｂ（これらを区別しない場合「アール面３４」という）が形成される。

壁部２４と立設部３２の間には第１端側空間３０ａおよび第２端側空間３０ｂ（これらを区別しない場合「端側空間３０」という）が形成されている。図１（ｂ）に示すように、端側空間３０には板バネ４０の両端、すなわち反し部４８が収まる。

図５は、実施形態に係るシール機構１０における板バネ４０の取付を説明する図である。図５（ａ）は板バネ４０をシール部材２０に取り付ける前の状態を示し、図５（ｂ）は取り付ける途中の状態を示し、図５（ｃ）は取り付けた状態を示す。

図５（ａ）に示すように、板バネ４０はシール面２２の裏側から反し部４８が突部２８の位置に合わせられ、取り付け準備がなされている。第１反し部４８ａの先端と第２反し部４８ｂの先端の間隔は、第１突部２８ａの突端と第２突部２８ｂの突端の間隔より大きい。さらに反し部４８は拡開するように形成されているため、取り付けが容易となる。

被掛止部４６の両端を形成する屈曲部５０とくびれ部５２とを結ぶ線を図５（ａ）の点線６０に示す。くびれ部５２は被掛止部４６の反し部４８との連結部分である。図５（ａ）に示すように被掛止部４６は全体として拡開方向に傾いて形成される。すなわち、一対のくびれ部５２の間隔は、一対の屈曲部５０の間隔より大きく形成されている。これにより、板バネ４０の取り付けが容易となる。

なお、図１（ａ）に示すように、切欠部４２と張出部２６の位置も合わせる必要がある。ここで、張出部２６は、シール面２２に垂直な方向に突部２８より突き出ている。したがって取り付けの際に、まず切欠部４２に張出部２６が挿入され、位置決めがなされる。これにより、張出部２６が取り付け時のガイドとして機能する。また、張出部２６の角部３８は、曲面に形成されているため、反し部４８を張出部２６に挿入しやすくなる。また張出部２６にはアール面３４が形成されているため、アール面３４が段差であった場合と比べて反し部４８の先端が引っかかることなく、取り付けをズムーズに行うことができる。

図５（ｂ）に示す取り付けの途中において、くびれ部５２が拡開している。一対のくびれ部５２の間隔は、一対の突部２８の突端の間隔より小さいため、取り付け時に板バネ４０のバネ本体部４４のたわみによって拡開して、被掛止部４６に突部２８を受け入れようとする。

そして図５（ｃ）に示すように、被掛止部４６に突部２８が受け入れられ、被掛止部４６が掛止される。このように板バネ４０のたわみにより板バネ４０の両端を拡開させて突部２８に掛止させることで容易に取り付けることができる。また被掛止部４６および突部２８がともに円弧状に形成されているため、スムーズに取り付けることができる。

図６は、実施形態に係るシール機構の作用を説明する図である。図６（ａ）は板バネ４０に力が付与される前の状態を示し、図６（ｂ）は板バネ４０に力が付与された状態を示し、図６（ｃ）は板バネ４０に図６（ｂ）より大きい力が付与された状態を示す。この力はシール面２２を所定の壁面に当接させる方向の力である。

図６（ａ）に示すように、板バネ４０の両端、すなわち被掛止部４６および反し部４８は端側空間３０に余裕をもって収められている。図６（ｂ）および（ｃ）において、板バネ４０に力が付与されると、板バネ４０の両端は拡開する。このとき板バネ４０の両端は、壁部２４に接触しておらず、板バネ４０が作用している場合にも板バネ４０の両端は自由端である。これにより、板バネ４０が発生する付勢力をほぼリニアな特性にすることができる。また、被掛止部４６および突部２８が円弧状に形成されているため、板バネ４０に外力が付与されて、板バネ４０とシール部材２０の接触点がずれても板バネ４０とシール部材２０はなめらかに接触する。これにより、バネ特性が大きく変化することを抑えられる。

ここでバルブタイミング調整装置のベーンとハウジングには組み付けを容易にするため、微少な隙間がある。そのためベーンがハウジングに対して相対回転している際、ベーンの位置が回転軸から微少にずれうる。シール機構１０はベーンとハウジングの間に周方向に複数位置しており、どのシール機構１０のバネ特性も同じであれば板バネ４０がベーンの回転軸からのずれを戻すように働くため好ましい。とくにシール機構１０において板バネ４０が発生する付勢力が変位（ベーンの位置ずれ）に対してリニアな特性であることが好ましい。実施形態のシール機構１０では板バネ４０の両端を自由端にすることで、シール機構１０のバネ特性を安定させることができる。

図７は、実施形態に係る板バネ４０の変形例の上面図である。変形例の板バネ４０には、板幅をバネ本体部４４より狭くした第１凹部５４ａおよび第２凹部５４ｂ（これらを区別しない場合「凹部５４」という）が形成されている。凹部５４では、板幅が狭いため撓み量は大きくなる。凹部５４を設けることで板バネ４０の寸法における製造上のばらつきに対して、板バネ４０の荷重特性のばらつきを小さくすることができる。凹部５４は切欠部４２のそれぞれより中心側であるが、切欠部４２の近傍にそれぞれ設けられる。

本発明は上述の各実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施例に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施例も本発明の範囲に含まれうる。

実施形態においては突部２８は円弧状である例を示したが、板バネ４０の両端のくびれ部５２を掛止できる形状であればよく、たとえば錐状であってもよい。

１０ シール機構、 ２０ シール部材、 ２２ シール面、 ２４ａ，２４ｂ 第１および第２壁部、 ２６ａ，２６ｂ 第１および第２張出部、 ２８ａ，２８ｂ 第１および第２突部、 ３２ａ，３２ｂ 第１および第２立設部、 ４０ 板バネ、 ４２ａ，４２ｂ 第１および第２切欠部、 ４４ バネ本体部、 ４６ａ，４６ｂ 第１および第２被掛止部、 ４８ａ，４８ｂ 第１および第２反し部。

Claims (7)

1. 湾曲形状に形成されたバネ本体部と、前記バネ本体部の長手方向の両端側で円弧状に形成される一対の被掛止部とを有する板バネと、
   シール面と、前記シール面の裏側に円弧状に形成され、前記被掛止部を掛止する一対の突部とを有するシール部材と、を備え、
   前記バネ本体部は、前記シール面の裏面に当接可能に設けられることを特徴とするシール機構。
2. 湾曲形状に形成されたバネ本体部と、前記バネ本体部の長手方向の両端側で屈曲して形成される一対の被掛止部とを有する板バネと、
   シール面と、前記シール面の裏側に形成された一対の壁部と、前記シール面の裏側で前記一対の壁部の間に形成され、前記被掛止部を掛止する一対の突部とを有するシール部材と、を備え、
   前記板バネの両端は、前記シール部材を付勢する際に前記一対の壁部に当接しない自由端であることを特徴とするシール機構。
3. 前記被掛止部は円弧状に形成され、
   前記突部は、前記被掛止部に応じて表面が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシール機構。
4. 前記板バネの両端は、自由端であることを特徴とする請求項１に記載のシール機構。
5. 前記シール部材は、前記シール面の裏側に立設した立設部を有し、
   前記突部は、前記立設部の端面から突出するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のシール機構。
6. 前記板バネの両端には、前記被掛止部から反り返る反し部が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のシール機構。
7. 前記板バネは、両端を二股に分離する切欠部を有し、
   前記シール部材は、前記シール面の裏側の両端に形成された壁部と、前記壁部のそれぞれから張り出すように形成され、前記切欠部が挿入される一対の張出部とを有し、
   前記張出部は、前記シール面に垂直な方向に前記突部より突き出ることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のシール機構。

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