WO2020230557A1

WO2020230557A1 - バルブステムシール

Info

Publication number: WO2020230557A1
Application number: PCT/JP2020/017314
Authority: WO
Inventors: 神前　剛; 一寿平山
Original assignee: Nok株式会社
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-11-19
Also published as: JP7303293B2; CN113710879A; JPWO2020230557A1

Abstract

耐久性が高くかつ容易に製造することができるバルブステムシールを提供する。バルブステム（３１）の周囲に配置される補強環（２）と、バルブステム（３１）の側周面に接触するシールリップ（１６ａ）を備えるとともに補強環（２）を被覆する弾性体部（３）と、弾性体部（３）の径方向外側に配設されるバルブスプリング（３３）の端部を支持する環状かつ平板状のスプリングリテーナー（４）と、を有し、スプリングリテーナー（４）は、補強環（２）とは別体であり、補強環（２）とスプリングリテーナー（４）とは、弾性体部（３）を介して連結されている。

Description

バルブステムシール

　本発明は、バルブステムシールに関する。

　車両用等のエンジンにおいては、往復運動する吸排気バルブのバルブステムとバルブガイドとの間に、これらの間の環状空間を封止するためのバルブステムシールが設けられている。バルブステムシールは、バルブステムとバルブガイドとの間にバルブステムの摺動を円滑に行わせるための潤滑油を供給しつつ、ポートやシリンダへの潤滑油の流入防止を図っている。

　図３は、特許文献１に係る発明の概略断面図である。図３に示すように、特許文献１に係るバルブステムシール１００は、バルブステム１４０及びバルブガイド１２４の径方向外側に配設される筒状の補強環１１４と、バルブステム１４０の側周面と接触するシールリップ１３８を備えるとともに補強環１１４の一部を被覆する弾性体部１１８と、弾性体部１１８の軸方向の一方側（カム側）の外周に配設されたばね部材１７２とで主に構成されている。

　補強環１１４の軸方向の他方側（シリンダ側）には、曲げ部１３５と、曲げ部１３５から径方向外側に張り出すフランジ部１３６とが形成されている。フランジ部１３６は、バルブガイド１２４の径方向外側に配置されるバルブスプリング１３２の端部を支持するスプリングリテーナーとなる部位である。バルブステムシール１００では、フランジ部１３６に周方向に延設された溝１５０ａ，１５０ｂを設けることによりフランジ部１３６に柔軟性を与えており、これによりフランジ部１３６を平坦に維持することができ、ひいては、バルブスプリング１３２の軸方向収縮時における曲げ部１３５への応力集中を軽減できる。

特許第５１８５９７９号公報

　特許文献１に係る発明であると、曲げ部１３５を形成する際の曲げ加工の精度管理が困難になる。また、バルブステムシールでは、より一層の耐久性の向上が望まれている。

　このような観点から本発明は、耐久性が高くかつ容易に製造することができるバルブステムシールを提供することを課題とする。

　前記課題を解決するために本発明は、バルブガイドと、このバルブガイド内に往復動自在に挿入されるバルブステムとの間を封止するバルブステムシールであって、前記バルブステムの周囲に配置される補強環と、前記バルブステムの側周面に接触するシールリップを備えるとともに前記補強環を被覆する弾性体部と、前記弾性体部の径方向外側に配設されるバルブスプリングの端部を支持する環状かつ平板状のスプリングリテーナーと、を有し、前記スプリングリテーナーは、前記補強環とは別体であり、前記補強環と前記スプリングリテーナーとは、前記弾性体部を介して連結されていることを特徴とする。

　本発明によれば、環状かつ平板状を呈するスプリングリテーナーを設けるとともに、別体で形成された補強環とスプリングリテーナーとを弾性体部を介して連結している。本発明では、前記した特許文献１に係る発明とは異なり、曲げ部を介してフランジ部を設けていないため、バルブスプリングの軸方向収縮時の応力を平板状のスプリングリテーナー内で分散させることができる。これにより、応力集中を防ぐことができ、耐久性を高めることができる。また、前記した特許文献１に係る発明のように曲げ部を備えていないため、長期間にわたりスプリングリテーナーの平坦性を維持することができる。また、スプリングリテーナーを設けるための曲げ加工を要しないため、容易に製造することができる。

　また、前記補強環は、径方向外側に張り出すフランジ部を有することが好ましい。このようにすると、補強環の剛性を高めることができるとともに、補強環と弾性体部との接着強度を高めることができる。

　また、前記スプリングリテーナーは、前記弾性体部に被覆される被覆部と、前記バルブスプリングの端部を支持する支持部と、を有し、前記バルブスプリングの端部と接触する前記支持部のおもて面は、前記被覆部のおもて面よりも前記バルブステムが挿通されるシリンダヘッド側となるように段差を設けて形成されていることが好ましい。このようにすると、バルブスプリングと弾性体部との干渉を防ぐことができる。

　本発明のバルブステムシールによれば、耐久性が高くかつ容易に製造することができる。

実施形態に係るバルブステムシールの概略断面図である。実施形態に係るバルブステムシールの変形例の概略断面図である。特許文献１に係る発明の概略断面図である。

　図１に示すように、本実施形態に係るバルブステムシール１は、バルブガイド３２と、このバルブガイド３２内に往復動自在に挿入されるバルブステム３１との間を封止するものである。バルブステムシール１は、バルブステム３１の周囲に配置される補強環２と、バルブステム３１の側周面に接触するシールリップ１６ａを備えるとともに補強環２を被覆する弾性体部３と、弾性体部３の径方向外側に配設されるバルブスプリング３３の端部を支持する環状かつ平板状のスプリングリテーナー４と、を主に有している。

　スプリングリテーナー４は、補強環２とは別体で互いに離間して配設されており、補強環２とスプリングリテーナー４とは、弾性体部３を介して連結されている。

　バルブステムシール１は、特許文献１とは異なり図３に示す曲げ部１３５を介してバルブスプリング３３の荷重を支持するフランジ部を備えず、かつ、補強環２とは別体の平坦なスプリングリテーナー４でバルブスプリング３３の荷重を支持する。これにより、バルブスプリング３３の軸方向収縮時の応力を平板状のスプリングリテーナー４内で分散させることができるため、スプリングリテーナー４に作用する応力集中を軽減することができる。よって、バルブステムシール１の耐久性を高めることができる。

　また、スプリングリテーナー４は、補強環２とは別体で離間して配設されているため、バルブスプリング３３の荷重が作用する部位の平坦性を長期間維持することができる。また、スプリングリテーナー４を設けるための曲げ加工を要しないため、容易に製造することができる。以下に、実施形態について詳細に説明する。

　図１に示すように、本実施形態に係るバルブステムシール１は、自動車等の燃料機関の動弁系に使用され、シリンダとポートとの間を連通及び遮断するためのバルブのバルブステム３１と、このバルブステム３１が挿通されるバルブガイド３２との間を密封するものである。バルブガイド３２は、一端がカム側に臨み、他端がシリンダヘッド３０側に臨んでいる。

　説明の便宜上、バルブステム３１の軸線Ｘにおける一方側をカム側（カム側Ａ）とし、他方側をシリンダ側（シリンダ側Ｂ）とする。また、軸線Ｘに直交する方向において、軸線Ｘに向かう方向を内周側とし、軸線Ｘから離間する方向を外周側とする。軸線Ｘに直交する方向を「径方向」とも言う。

　図１に示すように、バルブステムシール１は、補強環２と、弾性体部３と、スプリングリテーナー４と、ばね部材５とで主に構成されている。補強環２は、バルブステム３１の周囲に配置される部材であって筒状を呈する。補強環２は、補強環本体１１と、フランジ部１２と、端壁１３とで構成されている。補強環２は、例えば、金属製であり、プレス加工や鍛造で形成されている。なお、フランジ部１２は省略してもよい。

　補強環本体１１は、軸線Ｘに沿って延設され円筒状又は略円筒状を呈する。フランジ部１２は、補強環本体１１の他方側（シリンダ側Ｂ）の端部から外周側に向けて延設されている。端壁１３は、補強環本体１１の一方側（カム側Ａ）の端部から内周側に向けて延設されている。

　弾性体部３は、本体部１４と、ベース部１５と、シール部１６とで構成されている。弾性体部３は、例えば、フッ素ゴムやアクリルゴム等のゴム材である。本体部１４は、筒状を呈し補強環２の全体を被覆する部位である。本体部１４の一方側（カム側Ａ）は、端壁１３の全体を覆うように内周側に張り出している。本体部１４の他方側（シリンダ側Ｂ）は拡径されており、フランジ部１２の全体を覆っている。本体部１４の他方側には、他方側に向かうにつれて拡径するテーパー面１４ａが形成されている。本体部１４の内周面は、バルブガイド３２の側周面に嵌合されている。バルブガイド３２の端面３２ａと本体部１４とは離間している。

　ベース部１５は、補強環２とスプリングリテーナー４とを連結する円筒状の部位である。ベース部１５の一方側は、本体部１４の他方側に連続している。ベース部１５の他方側はスプリングリテーナー４の内周側を周方向に亘って覆っている。本実施形態では、ベース部１５の内周側の一部がシリンダヘッド３０と接触するように形成されている。

　シール部１６は、本体部１４の一方側（カム側Ａ）に連続しており、断面略矩形の環状を呈する。シール部１６は、内周側に突出するシールリップ１６ａを備えている。シールリップ１６ａは、内周側に向かって突出する断面楔形になっている。シールリップ１６ａはバルブステム３１の側周面に摺動自在に接触している。

　スプリングリテーナー４は、環状かつ平板状を呈する。スプリングリテーナー４の内周及び外周は円形になっている。スプリングリテーナー４の材料は特に制限されないが、本実施形態では金属である。スプリングリテーナー４と、補強環２とはバルブステム３１の軸方向に離間している。スプリングリテーナー４の内周側にはベース部１５に被覆される被覆部２１が形成されている。被覆部２１には、弾性体部３が接着されている。スプリングリテーナー４の外周側にはバルブスプリング３３の他方側の端部を支持する支持部２２が形成されている。

　バルブスプリング３３の一方側（カム側Ａ）の端部はスプリングリテーナー３４の裏面に当接し、他方側（シリンダ側Ｂ）の端部は支持部２２のおもて面２２ａに当接している。支持部２２の裏面２２ｂは、シリンダヘッド３０に接触している。なお、スプリングリテーナー４の内周側の端部は、本実施形態ではベース部１５で被覆されているが、露出させてもよい。

　ばね部材５は、シール部１６の外周側に配置されている。ばね部材５は、例えば、ガータースプリングである。ばね部材５は、シール部１６に緊迫力を付与している。なお、ばね部材５は省略してもよい。

　補強環２と、弾性体部３と、スプリングリテーナー４は、架橋（加硫）成形によって一体成形されている。この架橋成形の際、成形型の中に配置された補強環２及びスプリングリテーナー４が弾性体部３に架橋接着され、補強環２と、弾性体部３と、スプリングリテーナー４とが一体的に形成される。

　次に、本実施形態に係るバルブステムシール１の作用効果について説明する。図１に示すように、バルブスプリング３３の荷重を受けるスプリングリテーナー４は、環状かつ平板状を呈するとともに、補強環２とスプリングリテーナー４とは弾性体部３を介して連結されている。つまり、本実施形態では、前記した特許文献１に係る発明の曲げ部（図３の曲げ部１３５）を備えていないため、バルブスプリング３３の軸方向収縮時の応力を平板状のスプリングリテーナー４内で分散させることができる。これにより、スプリングリテーナー４の応力集中を防ぐことができ、ひいては耐久性を高めることができる。

　また、図３における特許文献１に係る発明であると、曲げ部１３５に応力が集中し、例えば、フランジ部１３６の外周側がシリンダヘッド３０から浮き上がるおそれがある。しかし、本実施形態では、特許文献１に係る発明の曲げ部（図３の曲げ部１３５）を備えていないため、スプリングリテーナー４の変形を防止でき、長期間にわたりスプリングリテーナー４の平坦性を維持することができる。

　また、図３の特許文献１に係る発明であると、曲げ部１３５の曲げ加工の精度管理が困難となる。しかし、本実施形態によれば、スプリングリテーナー４を形成するための曲げ加工を省略することができるため容易に製造することができ、製造コストを低減することができる。

　また、補強環２に径方向外側に張り出し、弾性体部３で被覆されるフランジ部１２を備えることで、補強環２と弾性体部３との接着強度を高めることができる。また、フランジ部１２を備えることで、補強環２（バルブステムシール１）の剛性を高めることができる。
　また、補強環２に径方向内側に張り出し、弾性体部３で被覆される端壁１３を備えることで、補強環２と弾性体部３との接着強度を高めることができる。また、端壁１３を備えることで、補強環２（バルブステムシール１）の剛性を高めることができる。

　以上本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、図２は、実施形態に係るバルブステムシールの変形例の概略断面図である。図２に示すバルブステムシール１Ａでは、スプリングリテーナー４Ａの形状が前記した第１実施形態と異なる。

　スプリングリテーナー４Ａの内周側には被覆部２１が形成されるとともに、外周側には支持部２２が形成されている。支持部２２のおもて面２２ａは、被覆部２１のおもて面２１ａよりも低い位置（シリンダヘッド３０側）に段差を設けて形成されている。おもて面２２ａには、バルブスプリング３３の端部が当接している。弾性体部３は被覆部２１には接触しているが、支持部２２には接触していない。

　当該変形例によれば、バルブスプリング３３が軸方向に伸縮する際に、スプリングリテーナー４Ａに設けられた段差によってバルブスプリング３３が弾性体部３側に移動しづらくなる。これにより、バルブスプリング３３と弾性体部３との干渉を防ぐことができる。より詳しくは、弾性体部３とスプリングリテーナー４Ａとの境界の接着部にバルブスプリング３３が干渉するのを防ぐことができる。

　また、例えば、補強環２及びスプリングリテーナー４（４Ａ）の両方又はスプリングリテーナー４（４Ａ）のみに強度を向上させるための表面処理を行ってもよい。当該表面処理をスプリングリテーナー４（４Ａ）のみに行う場合、製造工程を少なくすることができる。

　また、例えば、弾性体部３のシールリップ１６ａよりも他方側（シリンダ側Ｂ）に、他方側に向けて傾斜して形成され、バルブステム３１と摺動自在に接触する背圧リップを設けてもよい。背圧リップは、排気ガスに基づくシリンダ側からの圧力（背圧）を受けてシールリップ１６ａに加わる背圧を低減し、シールリップ１６ａの背圧による変形を抑制して、シールリップ１６ａによる潤滑油の供給量の安定化を図る部位である。

　１　　　バルブステムシール
　２　　　補強環
　３　　　弾性体部
　４　　　スプリングリテーナー
　１２　　フランジ部
　１６　　シール部
　１６ａ　シールリップ
　２１　　被覆部
　２１ａ　おもて面
　２２　　支持部
　２２ａ　おもて面
　Ａ　　　一方側（カム側）
　Ｂ　　　他方側（シリンダ側）

Claims

　バルブガイドと、このバルブガイド内に往復動自在に挿入されるバルブステムとの間を封止するバルブステムシールであって、
　前記バルブステムの周囲に配置される補強環と、
　前記バルブステムの側周面に接触するシールリップを備えるとともに前記補強環を被覆する弾性体部と、
　前記弾性体部の径方向外側に配設されるバルブスプリングの端部を支持する環状かつ平板状のスプリングリテーナーと、を有し、
　前記スプリングリテーナーは、前記補強環とは別体であり、
　前記補強環と前記スプリングリテーナーとは、前記弾性体部を介して連結されていることを特徴とするバルブステムシール。
　前記補強環は、径方向外側に張り出すフランジ部を有することを特徴とする請求項１に記載のバルブステムシール。
　前記スプリングリテーナーは、前記弾性体部に被覆される被覆部と、前記バルブスプリングの端部を支持する支持部と、を有し、
　前記バルブスプリングの端部と接触する前記支持部のおもて面は、前記被覆部のおもて面よりも前記バルブステムが挿通されるシリンダヘッド側となるように段差を設けて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバルブステムシール。