JP6378569B2

JP6378569B2 - バルブステムシール

Info

Publication number: JP6378569B2
Application number: JP2014153758A
Authority: JP
Inventors: 泰愛濱屋
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2018-08-22
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: JP2016031109A

Description

本発明は、例えば自動車エンジンや一般産業機械のバルブ装置のバルブステムと、このバルブステムを軸方向移動自在に支持するバルブステムガイドとの間を密封するバルブステムシールに関するものである。

エンジンの吸気バルブや排気バルブのバルブステムと、これを軸方向移動自在に支持するバルブステムガイドとの間は、バルブステムシールによって密封されている。図３はバルブステムシールを設けたエンジンの排気バルブ装置を示すものであり、図４は、従来のバルブステムシールを示すものである。

図３において、参照符号１０１はエンジンのシリンダヘッド、１０２はシリンダヘッド１０１に形成された排気ポート、１０３は排気ポート１０２を開閉するバルブ、１０４はバルブ１０３から延びるバルブステム、１０５はバルブステム１０４を軸方向移動自在に支持するバルブガイド、１０６はバルブステム１０４を介してバルブ１０３を閉弁方向へ付勢するスプリング、１０７は、バルブステム１０４の上端に設けられたリフタ１０８に接触されると共に、１回転するたびにスプリング１０６の付勢力に抗してバルブ１０３を開弁方向へ押し下げるカムである。バルブガイド１０５の上端部にはバルブステムシール１１０が装着されている。

バルブステムシール１１０は、図４に示すように、バルブガイド１０５の上端部外周面に密嵌される筒状嵌合部１１１と、その上端に設けられてバルブステム１０４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１１２と、筒状嵌合部１１１に一体に接合された補強環１１３と、シールリップ１１２に装着されたガータスプリング１１４からなるものであって、筒状嵌合部１１１及びシールリップ１１２はゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で成形されており、バルブガイド１０５の上側に存在する油室内のエンジンオイルが、バルブステム１０４の外周面とバルブガイド１０５の内周面との隙間Ｇへ流入するのを制限するものである。

バルブガイド１０５へのバルブステムシール１１０の固定は、筒状嵌合部１１１の内周面に形成された嵌合突起１１１ａを、バルブガイド１０５の外周面に形成された環状溝１０５ａに嵌合させることによって行われている（例えば下記の特許文献参照）。

特許第３１５５４８３号公報特開２００５−１２７１４７号公報

しかしながら、筒状嵌合部１１１の嵌合突起１１１ａはゴム状弾性材料からなるものであるため機械的強度が十分ではなく、このため振動による負荷やバルブガイド１０５の内周隙間を介して作用する内圧による負荷が繰り返し加わると、バルブガイド１０５の環状溝１０５ａに対する嵌合突起１１１ａの嵌合固定力が低下し、あるいは嵌合突起１１１ａが損傷を受けて、最悪の場合はバルブステムシール１１０がバルブガイド１０５から脱落してしまうおそれがあった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その目的は、振動や内圧によるバルブステムシールの脱落を確実に防止することにある。

本発明のバルブステムシールは、バルブガイドの外周面に密接される筒状嵌合部と、この筒状嵌合部の端部から延在され、前記バルブガイドに挿通されたバルブステムの外周面に摺動可能に密接されるシールリップと、前記筒状嵌合部に一体に接合された補強環と、前記バルブガイドの外周面に形成された段差面に前記バルブガイドからの抜け出し方向に対して係止可能であって前記補強環に保持されたストップリングとを備え、このストップリングが前記筒状嵌合部よりも剛性の高い材料からなる。

バルブステムシールの筒状嵌合部は、バルブガイドの外周面に密接されることによってこのバルブガイドとの間を密封し、シールリップは、バルブステムの外周面に摺動可能に密接されることによって、このバルブステムとの間を密封するものである。また、筒状嵌合部に一体に接合された補強環に保持されたストップリングは、前記筒状嵌合部よりも剛性の高い材料からなるため、バルブガイドの外周面に形成された段差面に前記バルブガイドからの抜け出し方向に対して係止されることによって、バルブステムシールをバルブガイドに対して有効に抜け止めすることができる。

本発明のストップリングは、補強環の内周に軸方向への移動が規制された状態で保持された基部と、この基部から延びて、バルブガイドの外周面より小径の先端が前記バルブガイドの段差面と抜け出し方向に対向され、径方向へ変位可能な被係止リップからなる。

ストップリングは、基部において補強環に拘束され、この基部から延びる被係止リップの先端が、バルブガイドの外周面に形成された段差面と抜け出し方向に対向されるものであるため、バルブガイドに外挿して行くだけで装着することができ、したがって装着性が向上し、かつ前記段差面との当接によってバルブステムシールの抜け出し方向への移動を確実に阻止することができる。

本発明のバルブステムシールによれば、振動や内圧等によるバルブガイドからの抜け出し方向への移動や脱落を有効に防止することができる。

本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。エンジンのバルブをバルブステムシールと共に示す断面図である。従来のバルブステムシールの一例を、軸心を通る平面で切断して示す装着状態の半断面図である。

以下、本発明に係るバルブステムシールの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

このバルブステムシール１は、図１に示すように、筒状嵌合部１１と、その上端から延在されて、バルブステム４の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１２及び背圧リップ１３と、筒状嵌合部１１を外周側から補強する補強環１４と、この補強環１４の下部内周に保持されたストップリング１５と、シールリップ１２の外周に装着されたガータスプリング１６と、を備える。筒状嵌合部１１、シールリップ１２及び背圧リップ１３は、ゴム状弾性材料からなるものであって互いに連続しており、金属製の補強環１４に一体成形されている。

バルブステムシール１における筒状嵌合部１１は、図２に示すように、例えばエンジンのバルブ装置における円筒状のバルブガイド２の後述する上部外周面２ｂに適当なつぶし代をもって密接状態で装着されるものであって、内周面が円筒面状に形成されており、補強環１４の補強環本体部１４ａの内周面に一体的に加硫接着されている。

バルブステムシール１におけるシールリップ１２は、補強スリーブ１４の上端に屈曲形成された後述の上部鍔部１４ｂの内径端部近傍から上方へ延び、その先端近傍の内周面に形成されたシールエッジ１２ａが、図２に示すように、バルブガイド２に挿通されたバルブステム３の外周面に摺動可能に密接されることによって、バルブガイド２の上側に存在する油室（不図示）内のエンジンオイルが、バルブステム３の外周面とバルブガイド２の内周面との隙間Ｇへ流入するのを制限するものである。言い換えれば、隙間Ｇへ適量のエンジンオイルが流入するのを許容することによって、バルブステム３とバルブガイド２との間の潤滑を維持すると共に、不図示のバルブの摩耗の抑制を図っている。

バルブステムシール１における背圧リップ１３は、補強環１４の上部鍔部１４ｂの内径端部近傍から下方へ円錐筒状に延び、その先端部内周面が、バルブステム３の外周面に摺動可能に密接されることによって、シリンダ側からの排ガスの圧力がバルブステム３の外周面とバルブガイド２の内周面との隙間Ｇを介してシールリップ１２に負荷されないように、これを遮断するものである。

バルブステムシール１における補強環１４は、円筒状の補強環本体部１４ａと、その上端から内径側へ屈曲形成された上部鍔部１４ｂと、下端から内径側へ屈曲形成されて内径がバルブステム３の外周面より大径の下部鍔部１４ｃからなり、補強環本体部１４ａは筒状嵌合部１１の下端よりも下側まで延びている。

バルブステムシール１におけるストップリング１５は、筒状嵌合部１１よりも剛性の高い材料、すなわちゴム状弾性材料よりも剛性の高い合成樹脂材料あるいは金属からなるものであって、補強環１４における補強環本体部１４ａの内周に、筒状嵌合部１１の下端部と補強環１４の下部鍔部１４ｃとの間で軸方向への移動が規制された状態で保持された円筒状の基部１５ａと、この基部１５ａの下端から上方へ向けて徐々に小径になる円錐筒状に延びて、径方向へ変位可能な可撓性を有する被係止リップ１５ｂからなる。

また、このストップリング１５は、補強環１４に筒状嵌合部１１、シールリップ１２及び背圧リップ１３を一体成形した後、補強環１４の補強環本体部１４ａの下部内周に、被係止リップ１５ｂがシールリップ１２及び背圧リップ１３側（上側）を向くように挿入してから下部鍔部１４ｃを屈曲形成することによって、図２に示す状態に取り付けられる。

一方、バルブガイド２の外周面には下側を向いた段差面２ａが形成されており、したがってこの段差面２ａの上側の外周面（上部外周面）２ｂは相対的に大径、下側の外周面（下部外周面）２ｃは相対的に小径となっている。そしてストップリング１５の被係止リップ１５ｂの先端が、この段差面２ａに下側から対向しており、これによって、バルブガイド２からのバルブステムシール１の抜け出し方向（上方向）に対して係止されるようになっている。また、ストップリング１５の被係止リップ１５ｂの先端内径は、図１に示す未装着状態ではバルブガイド２の下部外周面２ｃよりわずかに小径となっている。

なお、ストップリング１５が金属からなるものである場合は、被係止リップ１５ｂを径方向へ変位可能とするために、被係止リップ１５ｂがスリットによって円周方向へ分割された構造とする。

バルブステムシール１におけるガータスプリング１６は、金属製の細長いコイルスプリングを環状に繋げたものであって、シールリップ１２の外周面にシールエッジ１２ａの外周に位置して形成された環状溝に嵌着され、バルブステム３の外周面に対するシールリップ１２の緊迫力を補償するものである。

以上の構成を備えるバルブステムシール１によれば、バルブガイド２への装着に際しては、補強環１４の下部鍔部１４ｃを先頭にしてバルブガイド２の上方から外挿していく過程で、ストップリング１５の被係止リップ１５ｂが拡径変形を伴いながらバルブガイド２の上部外周面２ｂへ容易に乗り上がり、続いて筒状嵌合部１１がバルブガイド２の上部外周面２ｂへ圧入されていく。そして、被係止リップ１５ｂの先端がバルブガイド２の段差面２ａの外周に達すると、その時点で被係止リップ１５ｂは自らの弾性によって内径側へ変位してバルブガイド２の下部外周面２ｃに当接し、この被係止リップ１５ｂの先端が、図２に示すように、前記段差面２ａと抜け出し方向に対向された状態となって装着が完了する。したがってこのバルブステムシール１は、バルブガイド２の上方から外挿するだけで容易に装着することができる。

また、シリンダ側からの内圧（排ガスの圧力）が、バルブステム３の外周面とバルブガイド２の内周面との隙間Ｇを介してバルブステムシール１の背圧リップ１３に作用すると、これによってバルブステムシール１には上方への移動力が加わるが、上方へのバルブステムシール１の移動は、基部１５ａにおいて筒状嵌合部１１の下端部と補強環１４の下部鍔部１４ｃとの間に保持されたストップリング１５の被係止リップ１５ｂの先端が、バルブガイド２の段差面２ａと当接することによって規制される。しかも、このストップリング１５はゴム状弾性材料からなる筒状嵌合部１１よりも剛性の高い材料からなるため、機械的強度が大きく、したがって容易に損傷することがなく、バルブステムシール１の抜け出し方向への移動を確実に阻止することができる。

なお、上述の説明では、バルブガイド２の段差面２ａは相対的に大径の上部外周面２ｂと相対的に小径の下部外周面２ｃとの境界をなすものであるが、先に説明した図４に示すような環状溝１０５ａの上端を構成するものであっても適用可能である。

１バルブステムシール
１１筒状嵌合部
１２シールリップ
１３背圧リップ
１４補強環
１５ストップリング
１５ａ基部
１５ｂ被係止リップ
２バルブガイド
２ａ段差面
３バルブステム

Claims

バルブガイドの外周面に密接される筒状嵌合部と、
この筒状嵌合部の端部から延在され、前記バルブガイドに挿通されたバルブステムの外周面に摺動可能に密接されるシールリップと、
前記筒状嵌合部に一体に接合された補強環と、
前記バルブガイドの外周面に形成された段差面に前記バルブガイドからの抜け出し方向に対して係止可能であって前記補強環に保持されたストップリングと、
を備え、このストップリングは、
前記筒状嵌合部よりも剛性の高い材料からなり、
前記補強環の内周に軸方向への移動が規制された状態で保持される基部と、この基部から延びて、前記バルブガイドの外周面より小径の先端が前記バルブガイドの段差面と抜け出し方向に対向され、径方向へ変位可能な被係止リップとからなる、
ことを特徴とするバルブステムシール。