JP6189168B2 - バルブステムシール - Google Patents

Description

本発明は、密封装置の一種であるバルブステムシールに関する。本発明のバルブステムシールは例えば、自動車関連の分野で用いられ、または一般産業機械の分野などで用いられる。

バルブステムシールは、バルブステムおよびバルブガイド間への供給潤滑油量を制御し、バルブステムの焼き付き、バルブガイドの摩耗および過大なオイル消費を防止する働きを持つ。この供給油量は、シールに備えられるシールリップからの油漏れ量によりコントロールされる。必要油量はエンジン仕様により異なるため、シールメーカーでは要求に応じて漏れ量の異なるリップ仕様の使い分けにより対応している。

一方、自動車や一般産業機械のエンジンでダウンサイジング化に伴ってターボチャージャー等の採用が進んでおり、ポート内背圧が高くなってきている。その場合は、シールリップが開弁してブローバイガスがエンジン内部に漏れてしまうことから、シールに背圧リップを設けている。しかしながら、ガイドへの固定をゴム嵌合で実施しているバルブステムシールにおいては、シール抜けが懸念されることから、金属嵌合タイプやフランジ固定タイプのバルブステムシールが用いられる。

金属嵌合タイプのバルブステムシールにおいては、嵌合荷重が高いことからバルブガイドへの組み込みに高圧プレスが必要となってしまうため、金属嵌合をさせずに、図５に示すように、金属環２１のガイド挿入面の一部を部分的に打ち抜いて切り欠き２４を設け、切り欠き２４内に舌片状の係合片２５を設け、この係合片２５を内径側に折り曲げることで、バルブガイド５２にシール１を挿入後、ガイド５２に設けられた溝状の係合凹部５３に引っ掛けて、抜けを防止する構成としている事例もある（特許文献１）。

この場合、切り欠き２４および係合片２５はシール円周上の３箇所以上に設けることが望ましいが、バルブステムシール１においては小径サイズのため、１８０度対称の２箇所のみとなってしまう。また、舌片状の係合片２５はその正面形状を長方形とされ、係合片２５の先端部２５ｂは直線状とされ、この直線状の先端部２５ｂが係合凹部５３の底面部５３ａに接触するとともに係合凹部５３の径方向立ち上がり面５３ｂに係合する。係合片２５の先端部２５ｂは直線状とされているので、係合片２５は係合片１片当たり１箇所で係合凹部５３の底面部５３ａに接触する。したがってこの先行技術では、係合片２５がシール円周上１８０度対称の２箇所に設けられ、係合片１片当たりの接触が１箇所であるため、シール全体としての接触は２箇所となり、シール全体で２箇所の接触では接触が１次元的であるため、金属環２１およびバルブガイド５２間に径方向のガタつきが発生しやすい問題がある。

実公昭５６−１９２３号公報

本発明は以上の点に鑑みて、バルブステムシールの金属環に設けられた舌片状の係合片が、バルブガイドの外径面に設けられた係合凹部に係合する抜け止め構造を備えるバルブステムシールにおいて、金属環およびバルブガイド間に径方向のガタつきが発生しにくい構造のバルブステムシールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１によるバルブステムシールは、バルブステムを貫挿するバルブガイドに外挿される筒状部を備える金属環と、前記金属環に保持されて前記バルブステムに密接するシールリップを備えるリップ部材とを有し、前記筒状部に切り欠きを設けて、前記切り欠き内に、前記バルブガイドの外径面に設けた係合凹部に対し金属環抜け方向に係合する舌片状の係合片が設けられているバルブステムシールにおいて、前記係合片の先端部の幅方向中央にくぼみが設けられることにより、前記係合片は前記くぼみの幅方向両側の２箇所にて前記係合凹部の底面部に接触することを特徴とする。

また、本発明の請求項２によるバルブステムシールは、上記した請求項１記載のバルブステムシールにおいて、前記くぼみは、円弧形の内側縁辺を備え、前記円弧形の内側縁辺の曲率半径は、前記係合凹部の底面部の曲率半径より小さく設定されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３によるバルブステムシールは、上記した請求項１または２記載のバルブステムシールにおいて、前記係合片は、その根元部の幅寸法がその先端部の幅寸法より小さく形成されていることを特徴とする。

更にまた、本発明の請求項４によるバルブステムシールは、上記した請求項１、２または３記載のバルブステムシールにおいて、前記リップ部材は、前記バルブガイドの軸方向端面にしめしろをもって密接する背圧リップを備え、前記密接時、前記しめしろにより発生する反発力によって前記係合片が前記係合凹部の内面に対し軸方向に押し付けられることを特徴とする。

上記構成を備える本発明のバルブステムシールにおいては、舌片状の係合片における先端部の幅方向中央にくぼみが設けられているため、先端部のうち、このくぼみが設けられた部位は係合凹部の底面部に接触せず、くぼみが設けられていない部位すなわちくぼみの幅方向両側の２箇所において係合凹部の底面部に接触する。したがって上記図５の先行技術における係合片の接触箇所が１箇所であったのに対して接触箇所数を倍増することができ、よって金属環およびバルブガイド間に径方向のガタつきが発生するのを抑制することが可能とされる（係合片がシール円周上１８０度対称の２箇所に設けられている場合、係合片１片当たりの接触が１箇所であると、シール全体として接触は２箇所となり、シール全体で２箇所では接触が１次元的なため、金属環およびバルブガイド間に径方向のガタつきが発生しやすい。これに対し本発明では、係合片１片当たりの接触が２箇所で、シール全体で４箇所となり接触が２次元的となるため、金属環およびバルブガイド間に径方向のガタつきが発生しにくい）。

くぼみは、舌片状の係合片の先端部から根元部へ向けて凹むように形成されるが、このくぼみが円弧形の内側縁辺を備える場合、この円弧形の内側縁辺の曲率半径が、係合凹部の底面部の曲率半径と同じであると、円弧形の内側縁辺が全辺に亙って係合凹部の底面部と接触してしまい、よって上記２箇所に亙る接触状態を実現できないことが懸念される。そこで、これに対策するには、円弧形の内側縁辺の曲率半径を係合凹部の底面部の曲率半径より小さく設定するのが好適であり、これによれば比較的大きな円弧（係合凹部の底面部）の外径側に比較的小さな円弧（円弧形の内側縁辺）が位置する関係となるため、両円弧の間に三日月形の間隙が形成され、よって２箇所に亙る接触状態を確実に実現することが可能とされる。

また、舌片状の係合片はその根元部または根元部近傍にて先端部が内径側に位置するように折り曲げられるが、根元部の幅寸法が先端部の幅寸法と同じであると、根元部の幅が広いために、係合片を根元部または根元部近傍にて折り曲げにくい。そこで、これに対策するには、根元部の幅寸法を先端部の幅寸法より小さく設定するのが好適であり、これによれば根元部の幅が狭いため、係合片を根元部または根元部近傍にて折り曲げやすい。この場合、係合片は例えば、底辺のほうが天辺より狭い台形とされ、幅広側の天辺にくぼみが設けられる。またこのとき、くぼみの幅寸法は、根元部の幅寸法より大きく設定され、または小さく設定され、または同じ寸法に設定される。

また、折り曲げられた舌片状の係合片は、バルブガイドの外径面に設けた係合凹部に対し抜け方向に係合するが、この係合に軸方向のガタつきがあると、係合状態が安定しない。そこで、これに対策するには、リップ部材に、バルブガイドの軸方向端面にしめしろをもって密接する背圧リップが設けられている場合、そのしめしろによる反発力を利用することが考えられ、これによれば舌片状の係合片の先端部が係合凹部の内面に対して軸方向に強く押し付けられるため、軸方向のガタつきの発生を抑制することが可能とされる。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち本発明においては以上説明したように、舌片状の係合片における先端部の幅方向中央にくぼみが設けられているため、係合凹部の底面部に対する係合片の接触箇所が増大し、これにより金属環およびバルブガイド間に径方向のガタつきが発生しにくくなる。

また、くぼみが円弧形の内側縁辺を備える場合、円弧形の内側縁辺の曲率半径を係合凹部の底面部の曲率半径より小さくすることにより、係合片が２箇所で係合凹部の底面部に接触するのを確実にすることができ、係合片の根元部の幅寸法を先端部の幅寸法より小さく設定することにより、係合片を根元部または根元部近傍にて折り曲げやすくなる。また、背圧リップのしめしろによる反発力を利用して係合片を係合凹部内面に対して押し付けることにより、軸方向のガタつきを抑制することができる。

本発明の実施例に係るバルブステムシールの一部切り欠きした正面図 同バルブステムシールに備えられる切り欠きおよび係合片の拡大図 本発明の他の実施例に係るバルブステムシールの一部切り欠きした正面図 同バルブステムシールに備えられる切り欠きおよび係合片の拡大図 従来例に係るバルブステムシールの一部切り欠きした正面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）バルブガイドへのシール固定状態の不安定さについて、シール金属環のガイド挿入面切り欠きの先端にくぼみを設ける。この場合、切り欠き先端のくぼみは、ガイド外径曲率半径より小さく（くぼみを深く）することが望ましい。また切り欠き根元の幅を先端部の幅より細くすることが望ましい。
（２）バルブガイドへのシール固定状態の不安定さについて、切り欠き先端にくぼみを設けることで、両端２箇所でガイド外径に突き当たるような構成となり、シールの固定性を向上させることが可能となる。また、切り欠き先端のくぼみをガイド外径曲率半径より小さく（くぼみを深く）することで、くぼみの両端２箇所が確実にガイド外径に突き当たることになる。また、切り欠き根元の幅を先端部の幅より細くすることで、切り欠きを曲げやすくなる。
（３）また、ガイドに設けられた溝にシール嵌合部の切り欠きが引っ掛かることと合わせ、副リップにしめしろを設けることで、副リップがガイドに押し付けられると軸方向に反発力が生まれ、より安定してシールがガイドに装着されることになる。
（４）シール金属環のガイド挿入面切り欠きの先端にくぼみを設け、切り欠き先端端面の両端２箇所でガイド外径につき当てるような形状とし、切り欠き根元の幅を先端部の幅より細くすることで、製作しやすく、かつシールの固定性を向上させる。また、副リップにしめしろを設けることと合わせ、より安定してシールがガイドに装着されることになる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係るバルブステムシール１の一部切り欠きした正面図であってその装着状態を示している。図２は、同バルブステムシール１に備えられる切り欠き２４および舌片状の係合片２５を拡大して示している。

図１に示すように、当該実施例に係るバルブステムシール（バルブステム用オイルシール）１においては、バルブステム５１を貫挿するバルブガイド（バルブステムガイド）５２に外挿される筒状部２２を備える金属環２１と、金属環２１に保持されてバルブステム５１の外径面に密接するシールリップ３２を備えるリップ部材３１とが一体に設けられ、金属環２１の筒状部２２の円周上一部を部分的に打ち抜くことにより切り欠き２４が設けられるとともにこの切り欠き２４内に、バルブガイド５２の外径面に設けた係合凹部５３に対して金属環抜け方向（上方）に係合する舌片状の係合片２５が一体に設けられている。

金属環２１は、筒状部２２の上端部から径方向内方へ向けて内向きフランジ部２３が一体に成形され、このフランジ部２３の内周端部にリップ部材３１の一部としてシールリップ３２が上方へ向けて設けられ、同じくフランジ部２３の内周端部にリップ部材３１の一部として背圧リップ３３が下方へ向けて設けられている。背圧リップ３３はバルブステム５１の外径面ではなくバルブガイド５２の上端面に所定のしめしろをもって密接する。

バルブガイド５２の外径面に設けられた係合凹部５３は、これに舌片状の係合片２５が金属環抜け方向に係合するので、その底面部５３ａの金属環抜け方向側に軸直角の径方向立ち上がり面５３ｂが設けられ、これに対し軸方向反対側はテーパ面５３ｃとされている。係合凹部５３はバルブガイド５２の全周に亙って環状に設けられるが、円周上一部に非環状のものとして設けられても良く、何れにしても底面部５３ａは円筒状の面とされている。

金属環２１の筒状部２２に設けられた切り欠き２４は、その正面形状を長方形とする窓状の開口として設けられ、この切り欠き２４の底辺部から上方へ向けて舌片状の係合片２５が一体に設けられている。切り欠き２４および係合片２５はプレス機による打ち抜き加工で形成され、よって両者２４，２５は同時に形成されている。また、舌片状の係合片２５はその根元部２５ａ近傍において先端部２５ｂが内径側に位置するように折り曲げられ、よって先端部２５ｂが係合凹部５３の底面部５３ａに接触するとともに径方向立ち上がり面５３ｂに係合する。切り欠き２４および係合片２５は、シール円周上の１８０度対称位置の２箇所に設けられている（図１では作図の都合上９０度位置に設けられているが、そうではなく１８０度位置に設けられている）。

図２に拡大して示すように、舌片状の係合片２５は、その正面形状を縦長（軸方向に長い）の長方形とされ、その先端部２５ｂの幅方向中央にくぼみ２６が設けられ、このように係合片２５の先端部２５ｂの幅方向中央にくぼみ２６が設けられることにより、係合片２５はくぼみ２６の幅方向両側の２箇所にて係合凹部５３の底面部５３ａに接触するとともに径方向立ち上がり面５３ｂに係合するものとされている。以下、この２箇所をそれぞれ接触部２７とも称する。

くぼみ２６は、円弧形の内側縁辺２６ａを備えており、この円弧形の内側縁辺２６ａはその曲率半径ｒが係合凹部５３の底面部５３ａの曲率半径Ｒより小さく設定されている（ｒ＜Ｒ）。

上記構成を備えるバルブステムシール１においては、舌片状の係合片２５における先端部２５ｂの幅方向中央にくぼみ２６が設けられているため、係合片２５はくぼみ２６の幅方向両側２箇所の接触部２７にて係合凹部５３の底面部５３ａに接触する。また上記したように、係合片２５は切り欠き２４とともにシール円周上の１８０度対称位置の２箇所に設けられている。したがってシール１の全体として接触部２７が４箇所となり接触が２次元的なものとされるため、金属環２１およびバルブガイド５２間に径方向のガタつきが発生するのを抑制することができる。

また、くぼみ２６における円弧形の内側縁辺２６ａの曲率半径ｒが係合凹部５３の底面部５３ａの曲率半径Ｒより小さく設定されているため、係合片２５と係合凹部５３の底面部５３ａとの間には、軸方向から見て三日月形の間隙（図示せず）が形成されることになる。したがって係合片１片当たり２箇所に亙る接触状態を確実に実現することが可能とされている。

また、上記実施例では、リップ部材３１における背圧リップ３３がバルブガイド５２の上端面に所定のしめしろをもって密接するため、密接時、しめしろによって軸方向の、上方へ向けての反発力が発生する。したがってこの反発力によって係合片２５の接触部２７が係合凹部５３の径方向立ち上がり面５３ｂに対し強く押し付けられるため、金属環２１およびバルブガイド５２間に軸方向のガタつきが発生するのを抑制することができる。

尚、上記実施例では、舌片状の係合片２５の正面形状が長方形とされているので、その根元部２５ａの幅寸法ｗ_１と先端部２５ｂの幅寸法ｗ_２は同じ寸法されているが、このほか、根元部２５ａの幅寸法ｗ_１を先端部２５ｂの幅寸法ｗ_２より小さく設定することが考えられ、このように根元部２５ａの幅寸法ｗ_１を先端部２５ｂの幅寸法ｗ_２より小さく設定すると、係合片２５を根元部２５ａまたは根元部２５ａ近傍にて内径側に折り曲げやすくなる。

図３および図４ではその一例として、係合片２５は底辺のほうが天辺より狭い台形とされ、これにより根元部２５ａの幅寸法ｗ_１が先端部２５ｂの幅寸法ｗ_２より小さく設定されている。またこの例では、根元部２５ａの幅寸法ｗ_１は、幅広側の先端部２５ｂに設けられたくぼみの幅寸法ｗ_３より更に小さく設定されている。

１ バルブステムシール
２１ 金属環
２２ 筒状部
２３ フランジ部
２４ 切り欠き
２５係合片
２５ａ 根元部
２５ｂ 先端部
２６ くぼみ
２６ａ 内側縁辺
２７ 接触部
３１ リップ部材
３２ シールリップ
３３ 背圧リップ
５１ バルブステム
５２ バルブガイド
５３ 係合凹部
５３ａ 底面部
５３ｂ 径方向立ち上がり面
５３ｃ テーパ面

Claims (4)

1. バルブステムを貫挿するバルブガイドに外挿される筒状部を備える金属環と、前記金属環に保持されて前記バルブステムに密接するシールリップを備えるリップ部材とを有し、前記筒状部に切り欠きを設けて、前記切り欠き内に、前記バルブガイドの外径面に設けた係合凹部に対し金属環抜け方向に係合する舌片状の係合片が設けられているバルブステムシールにおいて、
   前記係合片の先端部の幅方向中央にくぼみが設けられることにより、前記係合片は前記くぼみの幅方向両側の２箇所にて前記係合凹部の底面部に接触することを特徴とするバルブステムシール。
2. 請求項１記載のバルブステムシールにおいて、
   前記くぼみは、円弧形の内側縁辺を備え、前記円弧形の内側縁辺の曲率半径は、前記係合凹部の底面部の曲率半径より小さく設定されていることを特徴とするバルブステムシール。
3. 請求項１または２記載のバルブステムシールにおいて、
   前記係合片は、その根元部の幅寸法がその先端部の幅寸法より小さく形成されていることを特徴とするバルブステムシール。
4. 請求項１、２または３記載のバルブステムシールにおいて、
   前記リップ部材は、前記バルブガイドの軸方向端面にしめしろをもって密接する背圧リップを備え、
   前記密接時、前記しめしろにより発生する反発力によって前記係合片が前記係合凹部の内面に対し軸方向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。

Images