JP2009264449A - バルブステムシール - Google Patents

Abstract

【課題】偏心追随性の向上を図り、シール性能のさらなる向上を図ることができるバルブステムシールを提供する。
【解決手段】バルブガイドと該バルブガイド内に往復動自在に設けられたバルブステムとの間の環状隙間に、ポートへの漏れを抑制しつつ前記環状隙間に油膜を形成することができる量の潤滑油を潤滑油室から供給しうるように、前記環状隙間をシールするバルブステムシール１であって、補強環２０と、該補強環２０に一体成形されるとともにバルブガイドに嵌着されるシール嵌合部２１と、を有するシール本体部２と、バルブステムの外周面に対して摺動自在に接触するシールリップ３０を有するとともに、前記シール本体部２に対して軸に垂直な方向に移動自在に設けられたリップ部３と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、バルブステムシールに関するものである。

自動車・一般産業機械のエンジンの吸・排気機構のバルブステムに使用されるバルブステムシールとしては、例えば、図３に示すようなものが知られている。図３は、従来技術に係るバルブステムシールの模式的半断面図である。

図３に示すように、バルブステムシール１００は、金属環１０１と、シールリップ１０２と、背圧リップ１０３と、シール嵌合部１０４と、を備えている。

金属環１０１は、断面略Ｌ字形状の環状部材である。シールリップ１０２及び背圧リップ１０３は、該金属環１０１に一体成形されるゴム状弾性体製のシールリップであり、不図示のバルブステムの外周面に摺動自在に接触する。シール嵌合部１０４は、該シールリップ１０２及び背圧リップ１０３とともに金属環１０１に一体成形され、不図示のバルブガイドの外周に嵌着される。シールリップ１０２の外周には、バルブステムに対する緊迫力を増加させるスプリング１０５が装着されている。

バルブステムシール１００のリップ部には、一般的には、フッ素ゴム等のゴム状弾性体材料が用いられるが、耐摩耗性向上、耐熱性向上、低フリクション化等の観点から、ＰＴＦＥ等の樹脂材料を用いたものも知られている（例えば特許文献１）。

しかしながら、ＰＴＦＥ等の樹脂材料は、フッ素ゴム等のゴム状弾性体材料と比べると剛性には優れているものの弾性が劣るため、バルブステムがバルブガイドに対して偏心を生じたときのバルブステムに対する追随性で見劣りする。

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の隙間を、ポート側への油漏れとならない範囲において、該隙間に油膜を形成できるだけの潤滑油を供給できるようにシールするものである。したがって、偏心が生じたときの追随性が良くないと、バルブガイドとバルブステムとの隙間への潤滑油の供給量が変化してしまい、油膜の厚さが不均一となったり、ポート側への潤滑油漏れの発生の原因となってしまうことが懸念される。
特許第３９０２０８４号公報

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、偏心追随性の向上を図り、シール性能のさらなる向上を図ることができるバルブステムシールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明におけるバルブステムシールは、
バルブガイドと該バルブガイド内に往復動自在に設けられたバルブステムとの間の環状隙間に、ポートへの漏れを抑制しつつ前記環状隙間に油膜を形成することができる量の潤滑油を潤滑油室から供給しうるように、前記環状隙間をシールするバルブステムシールであって、
補強環と、該補強環に一体成形されるとともにバルブガイドに嵌着されるシール嵌合部と、を有するシール本体部と、
バルブステムの外周面に対して摺動自在に接触するシールリップを有するとともに、前記シール本体部に対して軸に垂直な方向に移動自在に設けられたリップ部と、
を備えることを特徴とする。

これにより、バルブステムがバルブガイドに対して偏心を生じても、リップ部がシール本体部に対して軸に垂直な方向に移動することによってバルブステムの偏心に追随し、シールリップとバルブステムの外周面との接触状態の維持を図ることができる。

したがって、ＰＴＦＥ等の樹脂材料のようにゴム状弾性体よりも弾性に劣る材料であっても、リップ部がバルブステムの偏心に対して追随することが可能になる。これにより、弾性の低さを懸念せずにＰＴＦＥ等の樹脂材料を採用することができるようになり、耐摩耗性向上、耐熱性向上、低フリクション化を図ってシール性能のさらなる向上を図ることができる。

シール本体部とリップ部の具体的な構成としては、以下のようにするとよい。

すなわち、前記シール本体部は、バルブステムの外周面に対向する面に、外径方向に凹む環状凹部を有し、
前記リップ部は、前記シールリップの根元部分が、前記環状凹部の側面に対して軸に垂直な方向に摺動自在に接触するとともに前記環状凹部の底面との間に隙間を有して、前記環状凹部内に装着されるようにするとよい。

これにより、リップ部がシール本体部に対して、軸に垂直な方向に移動自在な構成とすることができる。なお、環状凹部の底面とシールリップの根元部分との間の隙間は、バルブステムとバルブガイドとの間の最大偏心量等を考慮して適宜設定すればよい。

環状凹部の具体的な構成としては、以下のようにするとよい。

すなわち、前記補強環は、筒状部と、該筒状部の潤滑油室側の端部から内向きに延びるフランジ部と、を有し、
前記シール嵌合部は、前記筒状部の内周面に前記フランジ部から離間して一体成形されるとともに、前記フランジ部のポート側の側面に対して平行な対向端面を有し、
前記フランジ部のポート側の側面及び前記シール嵌合部の対向端面が、それぞれ前記環状凹部の側面をなすとともに、これら側面に隣接する筒状部の内周面の一部が、前記環状凹部の底面をなすようにするとよい。

これにより、リップ部が装着される環状凹部を簡易な構成で形成することができる。

前記環状凹部の側面と、前記シールリップの根元部分における前記環状凹部の側面との摺動面と、の間に潤滑剤が付与されるとともに、
前記摺動面に前記潤滑剤を保持しうる微細凹部を有するとよい。

これにより、リップ部のシール本体部に対する軸に垂直な方向の移動をスムーズにすることができる。したがって、偏心追随性をさらに向上させることができる。

前記シールリップは、
前記シールリップの根元部分よりも潤滑油室側でバルブステムの外周面に接触するメインリップと、
前記シールリップの根元部分よりもポート側でバルブステムの外周面に接触する背圧リップと、
を備えるとよい。

このように、メインリップと背圧リップとが、シールリップの根元部分を挟んで潤滑油室側とポート側とでそれぞれバルブステムの外周面に接触することにより、バルブステムの外周面から受ける反力を、シールリップの根元部分に対して、潤滑油室側またはポート側のいずれかに偏ることなく、バランスよく作用させることが可能となる。したがって、リップ部のシール本体部に対する軸に垂直な方向の移動をさらにスムーズにすることができ、偏心追随性のさらなる向上を図ることができる。

前記リップ部は、前記環状凹部の底面に接触する外周リップを有するとよい。

これにより、リップ部の外周側からの油漏れを防ぐことができる。

また、外周リップを設けることにより、シールリップの根元部分（リップ部）は、外周側が外周リップによって環状凹部の底面に対して弾性的に支持され、内周側がシールリップによってバルブステムの外周面に対して弾性的に支持されるような状態となる。これにより、リップ部が、バルブステムの偏心に対してスムーズに追随することができるようになる。

以上説明したように、本発明により、偏心追随性の向上を図り、シール性能のさらなる向上を図ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係るバルブステムシールについて説明する。図１は、本実施例に係るバルブステムシールの模式的断面図であり、バルブガイドとバルブステムに装着された状態を示している。図２は、本実施例に係るバルブステムシールの構成を説明する模式図であり、（ａ）はバルブステムシールの半断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。

＜バルブステムシールの機能＞
図１に示すように、シリンダヘッド４００には潤滑油室とポートとが設けられ、潤滑油室側Ｏからポート側Ｐへ貫通する孔にはバルブガイド３００が取り付けられている。そして、ポート側Ｐに設けられた不図示のポート（吸入用あるいは排気用のポート）の吸・排気を行うバルブ（不図示）が備えられるバルブステム２００と、その周囲を取り囲むバルブガイド３００との間の環状隙間Ｓに油膜を形成させる程度に適度な量の潤滑油を供給しつつ、潤滑油室内の潤滑油をシールするためにバルブステムシール１は使用される。

より詳しく説明すると、バルブガイド３００の一端側は潤滑油が収納された潤滑油室側Ｏに臨み、他端側が前述のようにポート側Ｐに臨んで配置されている。そして、このバルブガイド３００内にバルブステム２００が往復動自在に挿入されて、バルブステム２００が往復動することによって、不図示のポートをバルブによって開閉弁して、吸気あるいは排気を行うものである。

バルブステムシール１の機能としては、エンジンヘッド内部のカム〜バルブトレイン部を潤滑させるための潤滑油室内の潤滑油が吸入用あるいは排気用のポートに漏れないようにすることが重要である。これは、油漏れが生じると、漏れた油が燃焼して、排気ガス及び排気系統を汚染し、さらに油を消耗し、エンジン機能に悪影響を及ぼすからである。一方、完全に密封してしまうと、バルブガイドとバルブステムとの間の潤滑性がなくなり、焼きつきやかじりが発生して、バルブトレインの破損などの問題が生じてしまう。

バルブステムシール１のシールリップは、バルブステム２００に対して所定の締め代を有し、潤滑油室内の潤滑油をバルブガイド３００の内周面とバルブステム２００との環状隙間Ｓに漏れ込む量を制御している。

このように、油の密封と（必要最小限の）油の供給という相対する機能をそれぞれ適度に維持することが必要となる。

＜本実施例に係るバルブステムシールの構成＞
図１に示すように、バルブステムシール１は、バルブガイド３００に装着されるシール本体部２と、バルブステム２００の外周面に摺動自在に接触するシールリップを有するリップ部３と、から構成される。

図２に示すように、シール本体部２は、補強環２０を有している。補強環２０は、半断面形状が略Ｌ字の金属製環状部材であり、筒状部としての円筒部２１と、該筒状部の潤滑油室側Ｏの端部から内向きに延びるフランジ部２２と、を備えている。

補強環２０の円筒部２１の内周面には、フランジ部２２から離間した位置に、フッ素ゴム等のゴム状弾性体からなるシール嵌合部２３が一体成形されている。このシール嵌合部２３がバルブガイド３００の外周面及び潤滑油室側Ｏ端面に嵌着されることにより、シール本体部２がバルブガイド３００に装着される。

シール嵌合部２３は、補強環２０のフランジ部２２のポート側Ｐの側面２４に対して平行（軸に垂直）な対向端面２５を有している。フランジ部２２の側面２４及びシール嵌合部２３の対向端面２５と、これら側面２４及び対向端面２５に隣接する円筒部２１の内周面の一部（２７）とによって、シール本体部２内周側のバルブステム２００の外周面に対向する面に、外径方向に凹む環状凹部２６が形成される。

リップ部３は、ＰＴＦＥ等の樹脂材料からなる環状部材であり、主として、メインリップ３０と、背圧リップ３１と、これらシールリップの根元部分である基部３２と、を備えている。リップ部３は、基部３２が環状凹部２６に装着されることにより、シール本体部２に対して装着されることになる。

メインリップ３０は、基部３２から潤滑油室側Ｏに向かって延びて、バルブステム２００の外周面に摺動自在に接触する。背圧リップ３１は、基部３２からポート側Ｐに向かって延びて、バルブステム２００の外周面に摺動自在に接触する。メインリップ３０及び背圧リップ３１の先端側の内径寸法は、バルブステム２００の径よりも小さくなるように設定される。

なお、図１ではメインリップ３０及び背圧リップ３１とバルブステム２００との間の寸法関係をわかり易くするために、リップが変形していない状態で示している。実際には、リップの先端側がバルブステム２００の外周面に沿って反り返るように拡径変形してバルブステム２００の外周面に密着する。

また、これらメインリップ３０及び背圧リップ３１とバルブステム２００との間の寸法関係は、ポートへの漏れを抑制しつつ環状隙間Ｓに油膜を形成することができる量の潤滑油を潤滑油室から供給しうるように適宜設定される。

背圧リップ３１は、ポート側Ｐで発生した高い圧力がメインリップ３０へ直接付加されるのを防いで、メインリップ３０の保護および安定した挙動の確保を図るものである。また、基部３２に対してメインリップ３０とは反対側（ポート側Ｐ）に延びてバルブステム２００の外周面に密着する構成となっている。これにより、各シールリップがバルブステム２００の外周面から受ける反力を、基部３２に対して、潤滑油室側Ｏまたはポート側Ｐのいずれかに偏ることなく、バランスよく作用させることができる。

基部３２の軸方向の両側面３３、３４は、それぞれ軸に垂直な面となっており、環状凹部２６の側面（フランジ部２２の側面２４及びシール嵌合部２３の対向面２５）に対して、軸に垂直な方向に摺動自在に接触する。また、基部３２の外径は、底面２７の径（円筒部２１の内径）よりも小さく設定されている。すなわち、基部３２は、環状凹部２６に対して軸に垂直な面同士が接触するとともに、環状凹部２６の底面２７に対して隙間を有して装着される。したがって、リップ部３（基部３２）はシール本体部２（環状凹部２６）に対して軸に垂直な方向に移動自在な構成となっている（図２（ｂ）中の矢印Ｂ）。

なお、基部３２の外径と底面２７の径との寸法関係は、バルブステム２００とバルブガイド３００との間の最大偏心量等を考慮して適宜設定される。例えば、基部３２の外径と底面２７の径との寸法差を、バルブステム２００の径とバルブガイド３００の孔径との寸法差（環状隙間Ｓの径方向の幅の２倍）よりも大きくして、基部３２と底面２７との間の隙間の大きさがバルブステム２００の最大偏心量よりも大きくなるように設定することができる。

基部３２の側面３３、３４と環状凹部２６の側面（側面２４及び対向面２５）との間には、基部３２と環状凹部２６との間の潤滑性を高めるための潤滑剤が付与されている。これにより、リップ部３のシール本体部２に対する軸に垂直な方向の移動をスムーズにすることができる。したがって、偏心追随性をさらに向上させることができる。

また、基部３２の各側面３３、３４上には、軸心に同心的な環状の微細溝（凹部）３３ａ、３４ａがそれぞれ平行に複数設けられている。これら微細溝３３ａ、３４ａは、基部３２と環状凹部２６との摺動面に付与された潤滑剤を保持して潤滑性の維持を図り、リップ部３のスムーズな移動が長期的に維持されるようにしている。なお、本実施例では、微細溝を図に示すようなＶ字状溝としているが、リップ部３のスムーズな移動を妨げることなく潤滑剤を好適に保持することができるものであれば、これに限られるものではない。

基部３２の外周面には環状凹部２６の底面２７に接触する外周リップ３５が設けられている。この外周リップ３５は、リップ先端の外径が底面２７の径（円筒部２１の内径）よりも大きく設定されており、リップ先端側が底面２７（円筒部２２の内周面）に沿って反り返るように縮径変形をして底面２７に密着する。これにより、リップ部３の外周側からの湯漏れを防いでいる。

また、外周リップ３５が縮径変形して底面２７に密着することにより、基部３２（リップ部３）の外周側が底面２７に対して弾性的に支持されるような装着状態となる。すなわち、径方向に弾性力が作用した状態で装着される状態となる。同じように、基部３２の内周側も、メインリップ３０及び背圧リップ３１が拡径変形してバルブステム２００の外周面に密着することにより、バルブステム２００の外周面に対して弾性的に支持されるような状態となっている。したがって、リップ部３は、各リップによって径方向に弾性的に支
持された状態となり、バルブステム２００の偏心に対してスムーズに追随することができるようになる。

＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、リップ部がシール本体部に対して軸に垂直な方向に移動自在に設けられているので、バルブステムがバルブガイドに対して偏心を生じても、リップ部がシール本体部に対して軸に垂直な方向に移動することによってバルブステムの偏心に追随して、シールリップとバルブステムの外周面との接触状態の維持を図ることができる。

したがって、ＰＴＦＥ等の樹脂材料のようにゴム状弾性体よりも弾性に劣る材料であっても、リップ部がバルブステムの偏心に対して追随することが可能になる。これにより、弾性の低さを懸念せずにＰＴＦＥ等の樹脂材料を採用することができるようになり、耐摩耗性向上、耐熱性向上、低フリクション化を図ってシール性能のさらなる向上を図ることができる。

また、リップ部が装着される環状凹部は、補強環に一体成形されるシール嵌合部をフランジ部から離して成形するとともに、シール嵌合部にフランジ部の側面に平行な対向面を形成することにより、容易に形成することができる。

また、メインリップが、基部よりも潤滑油室側でバルブステムの外周面に接触し、背圧リップが、基部よりもポート側でバルブステムの外周面に接触する構成となっている。このように、メインリップと背圧リップとが、基部を挟んで潤滑油室側とポート側とでそれぞれバルブステムの外周面に接触する構成とすることにより、バルブステムの外周面から受ける反力を、基部に対して、潤滑油室側またはポート側のいずれかに偏ることなく、バランスよく作用させることができる。したがって、リップ部のシール本体部に対する軸に垂直な方向の移動をさらにスムーズにすることができ、偏心追随性のさらなる向上を図ることができる。

また、基部（リップ部）は、各リップによって３点で支持されるような装着状態となる。すなわち、外周側が外周リップによって環状凹部の底面に対して弾性的に支持され、内周側がメインリップ及び背圧リップによってバルブステムの外周面に対して弾性的に支持されるような状態となる。これにより、リップ部が、バルブステムの偏心に対してスムーズに追随することができるようになり、偏心によるメインリップ及び背圧リップの接触状態の変化をより効果的に抑制することができる。

実施例に係るバルブステムシールの模式的断面図である。 実施例に係るバルブステムシールの構成を説明する模式図である。 従来技術に係るバルブステムシールの模式的半断面図である。

符号の説明

１ バルブステムシール
２ シール本体部
２０ 補強環
２１ 円筒部
２２ フランジ部
２３ シール嵌合部
２４ 側面
２５ 対向端面
２６ 環状凹部
２７ 底面
３ リップ部
３０ メインリップ
３１ 背圧リップ
３２ 基部
３３、３４ 側面
３５ 外周リップ
２００ バルブステム
３００ バルブガイド
４００ シリンダヘッド

Claims (6)

1. バルブガイドと該バルブガイド内に往復動自在に設けられたバルブステムとの間の環状隙間に、ポートへの漏れを抑制しつつ前記環状隙間に油膜を形成することができる量の潤滑油を潤滑油室から供給しうるように、前記環状隙間をシールするバルブステムシールであって、
   補強環と、該補強環に一体成形されるとともにバルブガイドに嵌着されるシール嵌合部と、を有するシール本体部と、
   バルブステムの外周面に対して摺動自在に接触するシールリップを有するとともに、前記シール本体部に対して軸に垂直な方向に移動自在に設けられたリップ部と、
   を備えることを特徴とするバルブステムシール。
2. 前記シール本体部は、バルブステムの外周面に対向する面に、外径方向に凹む環状凹部を有し、
   前記リップ部は、前記シールリップの根元部分が、前記環状凹部の側面に対して軸に垂直な方向に摺動自在に接触するとともに前記環状凹部の底面との間に隙間を有して、前記環状凹部内に装着され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。
3. 前記補強環は、筒状部と、該筒状部の潤滑油室側の端部から内向きに延びるフランジ部と、を有し、
   前記シール嵌合部は、前記筒状部の内周面に前記フランジ部から離間して一体成形されるとともに、前記フランジ部のポート側の側面に対して平行な対向端面を有し、
   前記フランジ部のポート側の側面及び前記シール嵌合部の対向端面が、それぞれ前記環状凹部の側面をなすとともに、これら側面に隣接する筒状部の内周面の一部が、前記環状凹部の底面をなすことを特徴とする請求項２に記載のバルブステムシール。
4. 前記環状凹部の側面と、前記シールリップの根元部分における前記環状凹部の側面との摺動面と、の間に潤滑剤が付与されるとともに、
   前記摺動面に前記潤滑剤を保持しうる微細凹部を有することを特徴とする請求項２または３に記載のバルブステムシール。
5. 前記シールリップは、
   前記シールリップの根元部分よりも潤滑油室側でバルブステムの外周面に接触するメインリップと、
   前記シールリップの根元部分よりもポート側でバルブステムの外周面に接触する背圧リップと、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバルブステムシール。
6. 前記リップ部は、前記環状凹部の底面に接触する外周リップを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のバルブステムシール。

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