WO2019159785A1 - 密封装置およびその製造方法 - Google Patents

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valve stem
guide
hook claw
sealing device
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昌道 稀代
西村 宣宏
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Nok株式会社
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a sealing device and a manufacturing method thereof.
  • An intake valve and an exhaust valve are respectively arranged in an intake port and an exhaust port of an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine used in automobiles, ships, agricultural machines, and the like.
  • Each valve has a valve stem and a valve stem guide that guides the valve stem so as to reciprocate in the axial direction.
  • Valve stem seals are used to limit engine oil from entering the gap between the valve stem and the valve stem guide.
  • the valve stem seal allows ambient engine oil to flow into the gap between the valve stem and the valve stem guide and lubricates the valve stem and valve stem guide.
  • the valve stem seal appropriately suppresses the amount of engine oil flowing into the gap between the valve stem and the valve stem guide. To do.
  • Patent Document 1 discloses a valve stem seal including a portion formed of an elastic body and a reinforcing ring.
  • the portion formed from the elastic body has a lip that contacts the outer peripheral surface of the valve stem and a lip that contacts the end surface of the valve stem guide.
  • a concave portion is formed on the outer peripheral surface of the valve stem guide, and a locking convex portion is formed on the reinforcing ring. The locking convex portion of the reinforcing ring is fitted into the concave portion of the valve stem guide, and the valve stem seal is prevented from coming off from the valve stem guide even when the high pressure is applied.
  • a piston-type fuel pump may use a sealing device similar to a valve stem seal.
  • this sealing device is attached to the piston guide, it is preferable that the outer peripheral surface of the piston guide is not damaged.
  • the present invention provides a sealing device that hardly damages the outer peripheral surface of the guide when mounted on a rod guide, and a method for manufacturing the same.
  • a sealing device is a sealing device that seals a rod body having a cylindrical portion and a cylindrical guide that guides the rod body in a reciprocating motion in the axial direction of the rod body.
  • An elastic ring formed of an elastic material and a rigid ring formed of a rigid material fixed to the elastic ring so as to reinforce the elastic ring, and the elastic ring slides on the outer peripheral surface of the rod body.
  • the rigid ring includes a rigid ring cylindrical portion disposed radially outside the end portion of the guide, and the rigid ring cylindrical portion is formed on an outer peripheral surface of the guide.
  • Each of the plurality of hook claws has a root portion and a tip portion that is radially inward of the root portion and is fitted in the recess, The other part of the hook claw at the base of the hook claw Remote thin walled portion is formed.
  • the hook claw since the thin portion is formed at the base portion of the hook claw of the rigid ring cylindrical portion that is fitted into the recess formed on the outer peripheral surface of the guide, the hook claw has great flexibility.
  • the hook claw of the rigid ring cylindrical portion is slid on the outer peripheral surface of the guide. At this time, since the hook claw, particularly the thin wall portion, is bent, it is difficult to damage the outer peripheral surface of the guide.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a part of an internal combustion engine in which a sealing device according to an embodiment of the present invention is used. It is sectional drawing which shows the sealing device which concerns on embodiment. It is sectional drawing which shows the use condition of the sealing device which concerns on embodiment. It is a front view which shows the sealing device which concerns on embodiment. It is a side view which shows the sealing device which concerns on embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 4. It is the perspective view which fractured
  • the internal combustion engine 1 in which the sealing structure according to the embodiment is used includes a cylinder head 2.
  • the cylinder head 2 is disposed above a cylinder (not shown).
  • a piston (not shown) is disposed inside the cylinder so as to be able to reciprocate.
  • the cylinder head 2, the cylinder and the piston define a combustion chamber 4.
  • An intake port 6 and an exhaust port 8 are formed in the cylinder head 2, and an intake valve 10 and an exhaust valve 12 are disposed in the intake port 6 and the exhaust port 8, respectively.
  • Each of the intake valve 10 and the exhaust valve 12 has a cylindrical valve stem (rod body) 14 and a valve head 16 attached to the lower end of the valve stem 14.
  • Each valve can reciprocate in the axial direction of the valve stem 14, and the valve head 16 opens and closes the port 6 or 8 with the reciprocation.
  • a cylindrical valve stem guide (guide) 18 that guides the reciprocating motion of each valve stem 14 is fixed to the cylinder head 2, and the valve stem 14 is inserted into the valve stem guide 18.
  • a cam follower 20 is attached to the upper end of each valve stem 14.
  • a cam 24 attached to the camshaft 22 contacts the upper surface of the cam follower 20.
  • a spring seat 26 is attached to the upper end of each valve stem 14.
  • a coil spring 29 is disposed in a compressed state between the spring seat 26 and a spring seat 28 formed on the cylinder head 2. The elastic restoring force of the coil spring 29 always works in the direction of lifting the valve stem 14 upward.
  • valve stem seal 30 allows the engine oil in the surrounding oil chamber 32 to flow into the gap between the valve stem 14 and the valve stem guide 18 (gap Ga in FIGS. 2 and 3). Lubricate the stem guide 18.
  • the valve stem seal 30 reduces the amount of engine oil flowing into the gap between the valve stem 14 and the valve stem guide 18. Control appropriately.
  • FIG. 2 shows the valve stem seal 30 not in contact with the valve stem 14 and the valve stem guide 18, and in FIG. 2 the valve stem 14 and the valve stem guide 18 are shown in phantom lines for reference.
  • FIG. 3 shows the valve stem seal 30 in use in contact with the valve stem 14 and the valve stem guide 18. Although the valve stem seal 30 and the valve stem guide 18 have a cylindrical shape, only their left side portions are shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 4 is a front view showing the valve stem seal 30.
  • FIG. 5 is a side view showing the valve stem seal 30.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 4 and shows not only the cross section of the valve stem seal 30 but also the cross section of the valve stem guide 18.
  • the inner peripheral surface of the valve stem guide 18 is disposed with a gap Ga from the outer peripheral surface of the valve stem 14.
  • a high pressure in the combustion chamber 4 (hereinafter referred to as “back pressure”) is applied to the valve stem seal 30 through the gap Ga.
  • back pressure a high back pressure in the exhaust process is applied to the valve stem seal 30 provided in the exhaust port 8.
  • the valve stem seal 30 has a double structure having an elastic ring 34 and a rigid ring 36.
  • the elastic ring 34 is made of an elastic material (for example, an elastomer).
  • the rigid ring 36 is formed of a rigid material (for example, metal) and is brought into close contact with the elastic ring 34 to reinforce the elastic ring 34.
  • the elastic ring 34 includes an elastic ring cylindrical portion 38, an inner ring portion 40, and a connecting ring portion 42.
  • the valve stem guide 18 is fitted into the elastic ring cylindrical portion 38 by an interference fit method. Therefore, the inner peripheral surface of the elastic ring cylindrical portion 38 is in contact with the outer peripheral surface of the valve stem guide 18.
  • Projecting annular wall portions 38 ⁇ / b> A and 38 ⁇ / b> B are formed on the inner peripheral surface of the elastic ring cylindrical portion 38.
  • Each protruding annular wall portion is a protrusion that is continuous in the circumferential direction.
  • FIG. 2 shows the valve stem guide 18 in phantom and shows the protruding annular wall portions 38A, 38B in an uncompressed state.
  • FIG. 3 shows the projecting annular wall portions 38A, 38B with the valve stem seal 30 attached to the valve stem guide 18 and compressed.
  • the inner annular portion 40 is disposed above the elastic ring cylindrical portion 38 and has a smaller outer diameter and inner diameter than the elastic ring cylindrical portion 38.
  • the connecting ring portion 42 connects the upper end of the elastic ring cylindrical portion 38 and the inner ring portion 40.
  • the end face of the valve stem guide 18 is in contact with the connecting ring portion 42.
  • a main lip 44, a back pressure lip 46, and a plurality of protrusions 48 are formed on the inner annular portion 40.
  • the outer peripheral surface of the valve stem 14 is slidably in contact with the main lip 44 and the back pressure lip 46.
  • the main lip 44 is mainly provided so that engine oil in the oil chamber 32 does not flow excessively toward the valve stem guide 18.
  • the back pressure lip 46 is provided so that the main lip 44 is not excessively deformed by an excessive back pressure under the back pressure applied to the valve stem seal 30 through the gap Ga between the valve stem 14 and the valve stem guide 18. ing.
  • the plurality of protrusions 48 are intermittently arranged in the circumferential direction so as to surround the valve stem 14.
  • valve stem seal 30 When the valve stem seal 30 is attached to the valve stem guide 18, these protrusions 48 are provided so that the main lip 44 and the back pressure lip 46 are not attached to the valve stem 14 even if the valve stem seal 30 is eccentric with respect to the valve stem 14. It is provided so that it may contact with a substantially equal contact pressure over the perimeter.
  • a minute gap (not shown) is provided between the main lip 44 and the outer peripheral surface of the valve stem 14 in order to supply an appropriate amount of engine oil to the gap Ga between the valve stem 14 and the valve stem guide 18.
  • a small gap (not shown) is also provided between the back pressure lip 46 and the outer peripheral surface of the valve stem 14.
  • a garter spring 50 may be wound around the inner annular portion 40 as shown in FIG.
  • a circumferential groove 52 that receives the garter spring 50 is formed on the outer circumferential surface of the inner annular portion 40.
  • the garter spring 50 presses the main lip 44 and the protrusion 48 inward, and increases the contact pressure of the main lip 44 and the protrusion 48 against the valve stem 14.
  • the rigid ring 36 includes a rigid ring cylindrical portion 54 and an annular portion 56.
  • the rigid ring cylindrical portion 54 is fixed to the outer peripheral surface of the elastic ring cylindrical portion 38 of the elastic ring 34. Therefore, the elastic ring cylindrical portion 38 of the elastic ring 34 is surrounded by the rigid ring cylindrical portion 54 of the rigid ring 36 over the entire circumference, and movement or expansion in the radial direction is restricted.
  • the annular portion 56 is fixed to the inner annular portion 40 and the connecting annular portion 42 of the elastic ring 34.
  • the rigid ring cylindrical portion 54 has a small diameter cylindrical portion 54A, a large diameter cylindrical portion 54B, and a connecting truncated cone portion 54C. These are arranged coaxially with each other.
  • the large diameter cylindrical portion 54B has a larger outer diameter and inner diameter than the small diameter cylindrical portion 54A.
  • the connecting truncated cone portion 54C smoothly connects the small diameter cylindrical portion 54A and the large diameter cylindrical portion 54B.
  • the small diameter cylindrical portion 54A is disposed on the elastic ring 34 side, is fixed to the outer peripheral surface of the elastic ring cylindrical portion 38 of the elastic ring 34, and surrounds the elastic ring cylindrical portion 38 over the entire circumference.
  • the connecting truncated cone part 54C and the large-diameter cylindrical part 54B are arranged at positions away from the elastic ring 34.
  • a recess 58 is formed on the outer peripheral surface of the valve stem guide 18.
  • the recess 58 is one circumferential groove continuous in the circumferential direction of the valve stem guide 18.
  • a plurality of hook claws 60 are intermittently formed in the circumferential direction on the large-diameter cylindrical portion 54B of the rigid ring cylindrical portion 54.
  • the number of hook claws 60 is two, but may be three or more.
  • these hook claws 60 are arranged at equiangular intervals in the circumferential direction.
  • the angular intervals of the hook claws 60 may be uneven.
  • each hook claw 60 has a root portion 60A and a tip portion 60B.
  • the root portion 60A is a part of the large-diameter cylindrical portion 54B, and each hook claw 60 extends radially inward from the root portion 60A and upward (to the main lip 44 side). It is fitted in the recess 58.
  • the concave portion 58 of the valve stem guide 18 is one circumferential groove that is continuous in the circumferential direction, but a plurality of concave portions 58 are intermittently provided in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the valve stem guide 18 (the hook claw 60 is It may be formed only at the position where it is fitted.
  • valve stem seal 30 Even if a high back pressure is applied to the valve stem seal 30 through the gap Ga between the valve stem 14 and the valve stem guide 18 by fitting each hook claw 60 into the recess 58 of the valve stem guide 18, the valve stem guide It is difficult for the valve stem seal 30 to come off from 18. That is, the hook claw 60 functions as a stopper for the valve stem seal 30 to come off.
  • a concave groove 62 is formed on the radially inner surface of the root portion 60A of the hook claw 60, whereby a thin portion 64 thinner than the other portions of the hook claw is formed on the root portion 60A. Therefore, the hook claw 60 has greater flexibility in the thin portion 64 than in other portions.
  • a slit 66 that defines the contour of the hook claw 60 is formed in the large-diameter cylindrical portion 54 ⁇ / b> B of the rigid ring cylindrical portion 54.
  • the slit 66 penetrates the large diameter cylindrical portion 54B.
  • the slit 66 has a substantially inverted U shape, and surrounds the hook claw 60 that is substantially rectangular in three directions.
  • a concave groove 68 is formed at a position where there is no hook claw 60 on the inner peripheral surface of the large-diameter cylindrical portion 54B of the rigid ring cylindrical portion 54.
  • the concave groove 68 constitutes a circumferential groove 70 that is continuous in the circumferential direction of the large-diameter cylindrical portion 54B in cooperation with the concave groove 62 of the base portion 60A of the hook claw 60.
  • the circumferential groove 70 is divided into the slits 66 to form the concave grooves 62 and the concave grooves 68.
  • FIG. 8 shows the hook claw 60 when the valve stem seal 30 is attached to the valve stem guide 18, that is, when the valve stem guide 18 is fitted into the valve stem seal 30.
  • the tip 60B is slid on the outer peripheral surface of the valve stem guide 18 as indicated by the arrow until the tip 60B of the hook claw 60 enters the recess 58 as indicated by the phantom line.
  • the hook claw 60, particularly the thin-walled portion 64 is bent, so that the outer peripheral surface of the valve stem guide 18 is hardly damaged.
  • the rigid ring cylindrical portion 54 includes a small diameter cylindrical portion 54A and a large diameter cylindrical portion 54B, and the hook claw 60 is formed in the large diameter cylindrical portion 54B.
  • the large-diameter cylindrical portion 54B is located farther from the outer peripheral surface of the valve stem guide 18 than the small-diameter cylindrical portion 54A.
  • the burr 72 may remain on the inner peripheral surface of the rigid ring cylindrical portion 54.
  • the hook claw 60 is formed in the large-diameter cylindrical portion 54B, even if the burr 72 remains in the large-diameter cylindrical portion 54B, when the valve stem seal 30 is attached to the valve stem guide 18, the burr 72 is There is little risk of contact with the outer peripheral surface of the stem guide 18, and the outer peripheral surface of the valve stem guide 18 is hardly damaged.
  • a concave groove 62 is formed on the radially inner surface of the root portion 60 ⁇ / b> A of the hook claw 60, thereby providing a thin portion 64.
  • the concave groove 62 may be formed on the radially outer surface of the base portion 60 ⁇ / b> A of the hook claw 60, and thereby the thin portion 64 may be provided.
  • the embodiment in which the concave groove 62 is formed on the radially inner surface of the base portion 60A of the hook claw 60 is more advantageous. This is because, at the time of manufacturing the rigid ring 36 to be described later, the hook claw 60 can be easily bent and formed with the recessed groove 62 as a broken line, as compared with the case of FIG.
  • valve stem seal 30 as a sealing device, particularly a method of forming the hook claw 60 of the rigid ring cylindrical portion 54 will be described.
  • the circumferential groove 70 (see FIG. 7) is formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the large-diameter cylindrical portion 54B of the rigid ring cylindrical portion 54.
  • the circumferential groove 70 may be formed by cutting, or when the rigid ring 36 is manufactured by pressing or casting using a mold, the circumferential groove 70 may also be formed by a mold.
  • a slit 66 for defining the contour of the hook claw 60 is formed in the large diameter cylindrical portion 54B by, for example, cutting or punching. Since the slit 66 crosses the circumferential groove 70 in the longitudinal direction of the rigid ring cylindrical portion 54, the concave groove 62 and the concave groove 68 are left in the large diameter cylindrical portion 54B by the formation of the slit 66.
  • the hook claw 60 is bent at the thin portion 64 with the recessed groove 62 which is the remaining portion of the circumferential groove 70 as a broken line. In this way, the hook claw 60 is formed.
  • the elastic ring 34 and the rigid ring 36 are integrated before or after the hook claw 60 is molded.
  • the elastic ring 34 and the rigid ring 36 are integrated by disposing the rigid ring 36 inside the mold, putting the material of the elastic ring 34 into the mold, and molding the elastic ring 34 by pressing or injection molding. Can do.
  • the thin portion 64 of the hook claw 60 can be formed by forming the circumferential groove 70 before the slit 66 is formed to define the contour of the hook claw 60. Accordingly, it is easier and more efficient to form the thin portion 64 than when the thin portion 64 of the hook claw 60 is formed after the outline of the hook claw 60 is defined.
  • the sealing device is the valve stem seal 30 that seals the valve stem 14 and the valve stem guide 18.
  • the present invention can also be applied to a sealing device that seals a piston (a reciprocating rod) of a piston-type fuel pump and a piston guide.
  • the inner peripheral surface of the elastic ring cylindrical portion 38 of the elastic ring 34 may be coated with a resin material having a small friction coefficient and harder than the elastomer so that the valve stem guide 18 can be easily fitted into the elastic ring cylindrical portion 38.
  • resin materials include polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • At least one of the main lip 44, the back pressure lip 46, and the protrusion 48 of the elastic ring 34 may be coated with such a resin material to reduce wear.
  • a sealing device that seals a rod body having a cylindrical portion and a cylindrical guide that guides the rod body in a reciprocating motion in the axial direction of the rod body, An elastic ring formed from an elastic material, and a rigid ring formed from a rigid material fixed to the elastic ring to reinforce the elastic ring,
  • the elastic ring includes a lip that is slidably in contact with the outer peripheral surface of the rod
  • the rigid ring includes a rigid ring cylindrical portion disposed radially outside the end portion of the guide,
  • the rigid ring cylindrical portion has a plurality of hook claws that are fitted into a recess formed in the outer peripheral surface of the guide, Each of the plurality of hook claws has a root portion and a tip portion that is radially inward of the root portion and fitted into the recess,
  • a sealing device wherein a thin portion thinner than other portions of the hook claw is formed at the base portion of the hook claw.
  • Article 2 The sealing device according to clause 1, wherein the thin portion is formed by forming a concave groove on a radially inner surface of the root portion of the hook claw.
  • the rigid ring cylindrical portion includes a small diameter cylindrical portion, and a large diameter cylindrical portion that is coaxial with the small diameter cylindrical portion and has a larger inner diameter than the small diameter cylindrical portion,
  • the small diameter cylindrical portion is disposed on the elastic ring side, 3.
  • the large-diameter cylindrical part is located farther from the outer peripheral surface of the guide than the small-diameter cylindrical part.
  • burrs may remain on the inner peripheral surface of the rigid ring cylindrical portion.
  • the hook claw is formed in the large-diameter cylindrical portion, and even when the burr remains in the large-diameter cylindrical portion, the burr is attached to the outer periphery of the guide when the sealing device is attached to the rod body guide. There is little risk of contact with the surface, and it is difficult to damage the outer peripheral surface of the guide.
  • Article 4 Forming a circumferential groove continuous in the circumferential direction on the inner circumferential surface of the rigid ring cylindrical portion; Forming a slit in the rigid ring cylindrical portion that crosses the circumferential groove in the longitudinal direction of the rigid ring cylindrical portion and delimits the contour of the hook claw;
  • the thin portion of the hook claw can be formed by forming the circumferential groove before forming the slit to define the contour of the hook claw. Thereby, it is easier and more efficient to form the thin portion than when forming the thin portion of the hook claw after defining the contour of the hook claw.
  • Valve stem (rod) 18 Valve stem guide (guide) 30 Valve stem seal (sealing device) 32 Oil chamber 34 Elastic ring 36 Rigid ring 38 Elastic ring cylindrical part 44 Main lip 46 Back pressure lip 54 Rigid ring cylindrical part 54A Small diameter cylindrical part 54B Large diameter cylindrical part 54C Connection truncated cone part 60 Hook claw 60A Root part 60B Tip part 62 Recess groove 64 Thin portion 66 Slit 70 Circumferential groove 70 Ga gap

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

密封装置は、円筒形部分を有する棒体と、棒体の軸線方向に棒体を往復運動可能に案内する円筒状のガイドとを封止する。密封装置は、弾性材料から形成された弾性環と、弾性環を補強するよう弾性環に固着され剛性材料から形成された剛性環とを備える。弾性環は、棒体の外周面が摺動可能に接触するリップを備える。剛性環は、ガイドの端部の径方向外側に配置される剛性環円筒部を備える。剛性環円筒部は、ガイドの外周面に形成された凹部に嵌め込まれる複数のフック爪を有する。複数のフック爪の各々は、根元部と、根元部よりも径方向内側にあって凹部に嵌め込まれる先端部とを有する。フック爪の根元部に、フック爪の他の部分よりも薄い薄肉部が形成されている。

Description

密封装置およびその製造方法
 本発明は、密封装置およびその製造方法に関する。
 自動車、船舶、農機などに使用されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ吸気バルブおよび排気バルブが配置されている。各バルブは、バルブステムと、バルブステムを軸線方向に往復運動可能に案内するバルブステムガイドを有する。バルブステムとバルブステムガイドの間の間隙へのエンジンオイルが侵入することを制限するためにバルブステムシール(密封装置)が使用されている。バルブステムシールは、周囲のエンジンオイルがバルブステムとバルブステムガイドの間の間隙に流入することを許容し、バルブステムとバルブステムガイドを潤滑する。但し、エンジンオイルによる白煙の発生を低減または防止し、エンジンオイルの消費を削減するため、バルブステムシールは、バルブステムとバルブステムガイドの間の間隙へのエンジンオイルの流入量を適切に抑制する。
 バルブステムシールには、上記の間隙を通じて、内燃機関の燃焼室の高い圧力が与えられることが知られている。特に、排気ポートに設けられるバルブステムシールには、排気工程での高い圧力が与えられる。
 近年では、ターボチャージャーの使用等により、燃焼室内の圧力がさらに高い内燃機関が使用されている。したがって、バルブステムガイドから外れにくいバルブステムシールの要望が高まっている。
 特許文献1は、弾性体から形成された部分と補強環を備えるバルブステムシールを開示する。弾性体から形成された部分は、バルブステムの外周面に接触するリップと、バルブステムガイドの端面に接触するリップを有する。バルブステムガイドの外周面には、凹部が形成され、補強環には係止凸部が形成されている。補強環の係止凸部は、バルブステムガイドの凹部に嵌め込まれ、上記の高い圧力が与えられても、バルブステムシールがバルブステムガイドから外れることが抑制されている。
国際公開第WO2015/111505号
 特許文献1の構造を採用する場合、バルブステムシールをバルブステムガイドに装着する際、バルブステムガイドの外周面が損傷されないことが好ましい。
 また、ピストン式の燃料ポンプにおいても、バルブステムシールに類似する密封装置が使用されることがある。この密封装置をピストンガイドに装着する際、ピストンガイドの外周面が損傷されないことが好ましい。
 そこで、本発明は、棒体のガイドに装着する際、ガイドの外周面に損傷を与えにくい密封装置およびその製造方法を提供する。
 本発明のある態様に係る密封装置は、円筒形部分を有する棒体と、前記棒体の軸線方向に前記棒体を往復運動可能に案内する円筒状のガイドとを封止する密封装置であって、弾性材料から形成された弾性環と、前記弾性環を補強するよう前記弾性環に固着され剛性材料から形成された剛性環とを備え、前記弾性環は、前記棒体の外周面が摺動可能に接触するリップを備え、前記剛性環は、前記ガイドの端部の径方向外側に配置される剛性環円筒部を備え、前記剛性環円筒部は、前記ガイドの外周面に形成された凹部に嵌め込まれる複数のフック爪を有しており、前記複数のフック爪の各々は、根元部と、前記根元部よりも径方向内側にあって前記凹部に嵌め込まれる先端部とを有し、前記フック爪の前記根元部に、前記フック爪の他の部分よりも薄い薄肉部が形成されている。
 この態様においては、ガイドの外周面に形成された凹部に嵌め込まれる剛性環円筒部のフック爪の根元部に薄肉部が形成されているため、フック爪は大きな可撓性を有する。密封装置を棒体のガイドに装着する際、剛性環円筒部のフック爪をガイドの外周面に摺動させる。この時、フック爪、特に薄肉部が曲がるため、ガイドの外周面に損傷を与えにくい。
本発明の実施形態に係る密封装置が使用される内燃機関の一部の断面図である。 実施形態に係る密封装置を示す断面図である。 実施形態に係る密封装置の使用状態を示す断面図である。 実施形態に係る密封装置を示す正面図である。 実施形態に係る密封装置を示す側面図である。 図4のVI-VI線矢視断面図である。 実施形態に係る密封装置の一部を破断した斜視図である。 実施形態に係る密封装置をガイドに取り付ける状態を示す断面図である。 変形例に係る密封装置をガイドに取り付ける状態を示す断面図である。
 以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。
 図1に示すように、実施形態に係る密封構造が使用される内燃機関1は、シリンダーヘッド2を備える。シリンダーヘッド2は、シリンダー(図示せず)の上方に配置されている。シリンダーの内部にはピストン(図示せず)が往復運動可能に配置されている。シリンダーヘッド2と、シリンダーとピストンは、燃焼室4を画定する。シリンダーヘッド2には、吸気ポート6と排気ポート8が形成されており、吸気ポート6と排気ポート8には、それぞれ吸気バルブ10と排気バルブ12が配置されている。
 吸気バルブ10と排気バルブ12の各々は、円筒形のバルブステム(棒体)14と、バルブステム14の下端に取り付けられたバルブヘッド16を有する。各バルブは、バルブステム14の軸線方向に往復運動可能であって、往復運動に伴って、バルブヘッド16がポート6または8を開閉する。シリンダーヘッド2には、各バルブステム14の往復運動を案内する円筒状のバルブステムガイド(ガイド)18が固定されており、バルブステムガイド18にバルブステム14が挿入されている。
 各バルブステム14の上端には、カムフォロワー20が取り付けられている。カムフォロワー20の上面には、カムシャフト22に取り付けられたカム24が接触する。
 また、各バルブステム14の上端には、スプリングシート26が取り付けられている。スプリングシート26と、シリンダーヘッド2に形成されたスプリングシート28との間には、コイルスプリング29が圧縮状態で配置されている。コイルスプリング29の弾性復元力は、バルブステム14を常に上方に持ち上げる方向に働く。
 上記構成において、カムシャフト22の回転によってカム24が、コイルスプリング29の弾性復元力に抗して、カムフォロワー20を押し下げると、バルブステム14が下降して、ポート6または8が開かれる。カムシャフト22の回転によって、カム24がカムフォロワー20を押し下げる力が減少すると、コイルスプリング29の弾性復元力によって、バルブステム14が上昇して、ポート6または8が閉じられる。
 バルブステムガイド18の端部およびバルブステム14の中央部は、バルブステムシール(密封装置)30で覆われている。バルブステムシール30は、周囲の油室32のエンジンオイルがバルブステム14とバルブステムガイド18の間の間隙(図2および図3の間隙Ga)に流入することを許容し、バルブステム14とバルブステムガイド18を潤滑する。但し、エンジンオイルによる白煙の発生を低減または防止し、エンジンオイルの消費を削減するため、バルブステムシール30は、バルブステム14とバルブステムガイド18の間の間隙へのエンジンオイルの流入量を適切に抑制する。
 図2から図7を参照して、バルブステムシール30とバルブステムガイド18を有する密封構造をさらに詳しく説明する。図2は、バルブステム14およびバルブステムガイド18に接触させられていないバルブステムシール30を示し、図2では、参考のため、バルブステム14およびバルブステムガイド18を仮想線で示す。図3は、バルブステム14およびバルブステムガイド18に接触させられた使用状態のバルブステムシール30を示す。バルブステムシール30およびバルブステムガイド18は円筒状の形状を有するが、図2および図3においては、それらの左側部分のみが示されている。
 図4は、バルブステムシール30を示す正面図である。図5は、バルブステムシール30を示す側面図である。図6は、図4のVI-VI線矢視断面図であり、バルブステムシール30の断面だけでなく、バルブステムガイド18の断面も示す。
 図2および図3に示すように、バルブステムガイド18の内周面は、バルブステム14の外周面と間隙Gaをおいて配置されている。バルブステムシール30には、間隙Gaを通じて、燃焼室4の高い圧力(以下、「背圧」と呼ぶ)が与えられる。特に、排気ポート8に設けられるバルブステムシール30には、排気工程での高い背圧が与えられる。
 バルブステムシール30は、弾性環34と剛性環36を有する二重構造である。弾性環34は、弾性材料(例えばエラストマー)から形成されている。剛性環36は、剛性材料(例えば金属)から形成され、弾性環34に密着させられて、弾性環34を補強する。
 弾性環34は、弾性環円筒部38、内側円環部40、および連結円環部42を備える。弾性環円筒部38には、バルブステムガイド18が締まり嵌め方式で嵌め入れられる。したがって、弾性環円筒部38の内周面は、バルブステムガイド18の外周面に接触する。
 弾性環円筒部38の内周面には、突出環状壁部分38A,38Bが形成されている。各突出環状壁部分は、周方向に連続した突起であり、バルブステムガイド18が弾性環円筒部38に嵌め入れられると、突出環状壁部分38A,38Bは、バルブステムガイド18の外周面により、半径方向外側に圧縮されて弾性変形する。図2は、バルブステムガイド18を仮想線で示し、圧縮されていない状態の突出環状壁部分38A,38Bを示す。図3は、バルブステムシール30がバルブステムガイド18に装着されて、圧縮された状態の突出環状壁部分38A,38Bを示す。
 内側円環部40は、弾性環円筒部38の上方に配置され、弾性環円筒部38よりも小さい外径および内径を有する。
 連結円環部42は、弾性環円筒部38の上端と内側円環部40を連結する。連結円環部42には、バルブステムガイド18の端面が接触する。
 内側円環部40には、メインリップ44と、背圧リップ46と、複数の突起48が形成されている。メインリップ44と背圧リップ46には、バルブステム14の外周面が摺動可能に接触する。メインリップ44は、主に油室32のエンジンオイルが過剰にバルブステムガイド18に向けて流入しないように設けられている。背圧リップ46は、バルブステム14とバルブステムガイド18の間の間隙Gaを通じてバルブステムシール30に与えられる背圧を受けて、過剰な背圧によってメインリップ44が過剰に変形しないように設けられている。複数の突起48は、バルブステム14を囲むように、周方向に間欠的に配置されている。これらの突起48は、バルブステムシール30をバルブステムガイド18に装着した場合に、バルブステムシール30がバルブステム14に対して偏心していても、メインリップ44と背圧リップ46がバルブステム14の全周にわたってほぼ均等な接触圧で接触するように、設けられている。
 図3に示すように、バルブステム14に接触すると、メインリップ44と背圧リップ46は変形し、バルブステム14の外周面に全周にわたって接触する。但し、バルブステム14とバルブステムガイド18の間の間隙Gaに適量のエンジンオイルを供給するため、メインリップ44とバルブステム14の外周面の間には、微小な間隙(図示せず)が設けられ、背圧リップ46とバルブステム14の外周面の間にも、微小な間隙(図示せず)が設けられている。
 不可欠ではないが、図3に示すように、内側円環部40の周囲には、ガータースプリング50を巻きつけてもよい。この実施形態では、内側円環部40の外周面にガータースプリング50を受ける周溝52が形成されている。ガータースプリング50は、メインリップ44および突起48を内側に向けて押圧し、バルブステム14に対するメインリップ44および突起48の接触圧を高める。
 剛性環36は、剛性環円筒部54および円環部56を備える。剛性環円筒部54は、弾性環34の弾性環円筒部38の外周面に固定されている。したがって、弾性環34の弾性環円筒部38は、剛性環36の剛性環円筒部54に全周にわたって包囲されており、半径方向への移動または膨張が拘束されている。円環部56は、弾性環34の内側円環部40および連結円環部42に固定されている。
 剛性環円筒部54は、小径円筒部54A、大径円筒部54B、および連結円錐台部54Cを有する。これらは互いに同軸に配置されている。大径円筒部54Bは、小径円筒部54Aよりも大きな外径および内径を有する。連結円錐台部54Cは、小径円筒部54Aと大径円筒部54Bを円滑に連結する。
 小径円筒部54Aは、弾性環34側に配置されており、弾性環34の弾性環円筒部38の外周面に固定され、弾性環円筒部38を全周にわたって包囲する。連結円錐台部54Cおよび大径円筒部54Bは、弾性環34から離れた位置に配置されている。
 バルブステムガイド18の外周面には、凹部58が形成されている。この実施形態では、凹部58はバルブステムガイド18の周方向に連続する1つの周溝である。
 剛性環円筒部54の大径円筒部54Bには、複数のフック爪60が周方向に間欠的に形成されている。図4および図6に示すように、この実施形態では、フック爪60の数は2であるが、3以上であってもよい。好ましくは、図4および図6に示すように、これらのフック爪60は、周方向に等角間隔をおいて配置されている。但し、フック爪60の角間隔は不均等であってもよい。
 図2および図3に示すように、各フック爪60は、根元部60Aと先端部60Bを有する。根元部60Aは、大径円筒部54Bの一部分であり、各フック爪60は、根元部60Aから径方向内側かつ上側(メインリップ44側)に延びており、先端部60Bがバルブステムガイド18の凹部58に嵌め込まれている。
 この実施形態では、バルブステムガイド18の凹部58は周方向に連続する1つの周溝であるが、バルブステムガイド18の外周面に複数の凹部58が周方向に間欠的に(フック爪60が嵌め込まれる位置にのみ)形成されていてもよい。
 各フック爪60がバルブステムガイド18の凹部58に嵌め込まれることにより、バルブステム14とバルブステムガイド18の間の間隙Gaを通じて、バルブステムシール30に高い背圧が与えられても、バルブステムガイド18からバルブステムシール30が外れにくい。すなわち、フック爪60はバルブステムシール30の外れ止めとして機能する。
 フック爪60の根元部60Aの径方向内側の面には、凹溝62が形成され、これにより根元部60Aには、フック爪の他の部分よりも薄い薄肉部64が形成されている。したがって、フック爪60は、薄肉部64に他の部分よりも大きな可撓性を有する。
 図4から図7に示すように、剛性環円筒部54の大径円筒部54Bには、フック爪60の輪郭を画定するスリット66が形成されている。スリット66は大径円筒部54Bを貫通する。図5に示すように、スリット66の形状は、ほぼ逆U字形であり、ほぼ矩形であるフック爪60を三方向において取り囲む。
 図7に示すように、剛性環円筒部54の大径円筒部54Bの内周面において、フック爪60がない位置に凹溝68が形成されている。凹溝68は、フック爪60の根元部60Aの凹溝62と協働して、大径円筒部54Bの周方向に連続する周溝70を構成する。換言すれば、周溝70がスリット66に分断されて、凹溝62と凹溝68が形成されている。
 図8は、バルブステムシール30をバルブステムガイド18に装着する時、すなわち、バルブステムシール30にバルブステムガイド18を嵌め入れる時のフック爪60を示す。この時、フック爪60の先端部60Bが仮想線で示すように凹部58に侵入するまで、矢印で示すように、先端部60Bをバルブステムガイド18の外周面に摺動させる。この時、フック爪60、特に薄肉部64が曲がるため、バルブステムガイド18の外周面に損傷を与えにくい。仮想線で示すように、一旦、フック爪60の先端部60Bが凹部58に嵌まれば、フック爪60は凹部58から外れにくいので、バルブステムシール30に図の矢印と逆向きに高い背圧が与えられても、バルブステムガイド18からバルブステムシール30が外れにくい。
 また、この実施形態においては、剛性環円筒部54は、小径円筒部54Aと大径円筒部54Bとを備え、フック爪60は大径円筒部54Bに形成されている。小径円筒部54Aに比べて大径円筒部54Bは、バルブステムガイド18の外周面から遠くに位置している。剛性環円筒部54にフック爪60を形成した後、剛性環円筒部54の内周面にバリ72が残ることがありうる。しかし、フック爪60は、大径円筒部54Bに形成されているため、大径円筒部54Bにバリ72が残っても、バルブステムシール30をバルブステムガイド18に装着する際、バリ72がバルブステムガイド18の外周面に接触するおそれが少なく、バルブステムガイド18の外周面に損傷を与えにくい。
 実施形態においては、図8に示すように、フック爪60の根元部60Aの径方向内側の面に凹溝62が形成され、これにより薄肉部64が設けられている。しかし、図9に示すように、フック爪60の根元部60Aの径方向外側の面に凹溝62が形成され、これにより薄肉部64が設けられていてもよい。
 但し、図8に示すように、フック爪60の根元部60Aの径方向内側の面に凹溝62が形成される実施形態の方が有利である。なぜなら、後述する剛性環36の製造時に、図9の場合に比べて、凹溝62を折れ線として、フック爪60を折り曲げ成形しやすいからである。
 次に、密封装置であるバルブステムシール30の製造方法、特に剛性環円筒部54のフック爪60を成形する方法を説明する。
 まず、剛性環円筒部54の大径円筒部54Bの内周面または外周面に上記の周溝70(図7参照)を形成する。周溝70は、切削加工によって形成してもよいし、型を用いてプレス加工またはキャスティングによって剛性環36を製造する際に、周溝70も型によって形成してもよい。
 次に、大径円筒部54Bに、フック爪60の輪郭を画定するスリット66を、例えば切削加工または打ち抜き加工によって形成する。スリット66は、剛性環円筒部54の長手方向に周溝70を横断するので、スリット66の形成によって、大径円筒部54Bには、凹溝62と凹溝68が残される。
 そして、フック爪60を周溝70の残存部分である凹溝62を折れ線として、薄肉部64で折り曲げる。このようにしてフック爪60が成形される。
 弾性環34と剛性環36は、フック爪60の成形の前または後に一体化される。例えば、剛性環36を型の内部に配置し、弾性環34の材料を型に入れて弾性環34をプレス加工または射出成形によって成形することによって、弾性環34と剛性環36を一体化することができる。
 この製造方法においては、スリット66を形成してフック爪60の輪郭を画定する前に周溝70を形成することにより、フック爪60の薄肉部64を形成することができる。これにより、フック爪60の輪郭を画定した後にフック爪60の薄肉部64を形成する場合に比べて、薄肉部64を形成することが容易かつ効率的である。
変形例
 以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
 例えば、上記の実施形態においては、密封装置は、バルブステム14とバルブステムガイド18とを密封するバルブステムシール30である。しかし、本発明は、ピストン式の燃料ポンプのピストン(往復運動可能な棒体)とピストンガイドを密封する密封装置にも適用することができる。
 弾性環34の弾性環円筒部38の内周面は、摩擦係数が小さくエラストマーより硬い樹脂材料でコーティングして、弾性環円筒部38にバルブステムガイド18を嵌め入れやすくしてもよい。このような樹脂材料としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)がある。
 弾性環34のメインリップ44、背圧リップ46および突起48の少なくともいずれかをこのような樹脂材料でコーティングして、これらの摩耗を低減させてもよい。
 本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。
条項1. 円筒形部分を有する棒体と、前記棒体の軸線方向に前記棒体を往復運動可能に案内する円筒状のガイドとを封止する密封装置であって、
 弾性材料から形成された弾性環と、前記弾性環を補強するよう前記弾性環に固着され剛性材料から形成された剛性環とを備え、
 前記弾性環は、前記棒体の外周面が摺動可能に接触するリップを備え、
 前記剛性環は、前記ガイドの端部の径方向外側に配置される剛性環円筒部を備え、
 前記剛性環円筒部は、前記ガイドの外周面に形成された凹部に嵌め込まれる複数のフック爪を有しており、
 前記複数のフック爪の各々は、根元部と、前記根元部よりも径方向内側にあって前記凹部に嵌め込まれる先端部とを有し、
 前記フック爪の前記根元部に、前記フック爪の他の部分よりも薄い薄肉部が形成されている
ことを特徴とする密封装置。
条項2. 前記フック爪の前記根元部の径方向内側の面に凹溝が形成されていることにより、前記薄肉部が形成されている
ことを特徴とする条項1に記載の密封装置。
 この条項では、根元部の径方向外側の面に凹溝が形成されている場合に比べて、剛性環の製造時にフック爪を折り曲げ成形しやすい。
条項3. 前記剛性環円筒部は、小径円筒部と、前記小径円筒部と同軸であって前記小径円筒部よりも内径が大きい大径円筒部とを備え、
 前記小径円筒部は、前記弾性環側に配置され、
 前記フック爪は、前記大径円筒部に形成されている
ことを特徴とする条項1または2に記載の密封装置。
 小径円筒部に比べて大径円筒部は、ガイドの外周面から遠くに位置している。剛性環円筒部にフック爪を形成した後、剛性環円筒部の内周面にバリが残ることがありうる。しかし、この条項によれば、フック爪が、大径円筒部に形成されており、大径円筒部にバリが残っても、密封装置を棒体のガイドに装着する際、バリがガイドの外周面に接触するおそれが少なく、ガイドの外周面に損傷を与えにくい。
条項4. 前記剛性環円筒部の内周面に周方向に連続する周溝を形成することと、
 前記剛性環円筒部に、前記剛性環円筒部の長手方向に前記周溝を横断し、前記フック爪の輪郭を画定するスリットを形成することと、
 前記フック爪を前記周溝に対応する前記薄肉部で折り曲げることとを
備える条項1から3のいずれか1項に記載の密封装置の製造方法。
 この条項においては、スリットを形成してフック爪の輪郭を画定する前に周溝を形成することにより、フック爪の薄肉部を形成することができる。これにより、フック爪の輪郭を画定した後にフック爪の薄肉部を形成する場合に比べて、薄肉部を形成することが容易かつ効率的である。
14 バルブステム(棒体)
18 バルブステムガイド(ガイド)
30 バルブステムシール(密封装置)
32 油室
34 弾性環
36 剛性環
38 弾性環円筒部
44 メインリップ
46 背圧リップ
54 剛性環円筒部
54A 小径円筒部
54B 大径円筒部
54C 連結円錐台部
60 フック爪
60A 根元部
60B 先端部
62 凹溝
64 薄肉部
66 スリット
70 周溝70
Ga 間隙

Claims (4)

  1.  円筒形部分を有する棒体と、前記棒体の軸線方向に前記棒体を往復運動可能に案内する円筒状のガイドとを封止する密封装置であって、
     弾性材料から形成された弾性環と、前記弾性環を補強するよう前記弾性環に固着され剛性材料から形成された剛性環とを備え、
     前記弾性環は、前記棒体の外周面が摺動可能に接触するリップを備え、
     前記剛性環は、前記ガイドの端部の径方向外側に配置される剛性環円筒部を備え、
     前記剛性環円筒部は、前記ガイドの外周面に形成された凹部に嵌め込まれる複数のフック爪を有しており、
     前記複数のフック爪の各々は、根元部と、前記根元部よりも径方向内側にあって前記凹部に嵌め込まれる先端部とを有し、
     前記フック爪の前記根元部に、前記フック爪の他の部分よりも薄い薄肉部が形成されている
    ことを特徴とする密封装置。
  2.  前記フック爪の前記根元部の径方向内側の面に凹溝が形成されていることにより、前記薄肉部が形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の密封装置。
  3.  前記剛性環円筒部は、小径円筒部と、前記小径円筒部と同軸であって前記小径円筒部よりも内径が大きい大径円筒部とを備え、
     前記小径円筒部は、前記弾性環側に配置され、
     前記フック爪は、前記大径円筒部に形成されている
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の密封装置。
  4.  前記剛性環円筒部の内周面に周方向に連続する周溝を形成することと、
     前記剛性環円筒部に、前記剛性環円筒部の長手方向に前記周溝を横断し、前記フック爪の輪郭を画定するスリットを形成することと、
     前記フック爪を前記周溝に対応する前記薄肉部で折り曲げることとを
    備える請求項1から3のいずれか1項に記載の密封装置の製造方法。
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