JP2016194343A

JP2016194343A - バルブステムシール

Info

Publication number: JP2016194343A
Application number: JP2015074932A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎小澤; Kentaro Ozawa; 昌道稀代; Masamichi Kidai
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: JP6534550B2

Abstract

【課題】オイルリップおよび背圧リップを備えるバルブステムシールに対して背圧が作用しても、バルブステムシールがバルブステムガイドから脱落しにくい構造を提供する。
【解決手段】バルブステムを往復動可能に挿通するバルブステムガイドに装着されるバルブステムシールであって、バルブステムの外径面に摺動可能に接触するオイルリップと、オイルリップのポート側にて同じくバルブステムの外径面に摺動可能に接触する背圧リップとを備えるバルブステムシールにおいて、バルブステムガイドのオイル室側端面に接触する第２背圧リップを設ける。第２背圧リップは、そのリップ基端部からリップ先端部へかけてポート側であってかつ径方向内方へ向けて斜めの向きに形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置の一種であるバルブステムシールに関する。

従来から図３に示すように、バルブステム４１を往復動可能に挿通するバルブステムガイド３１に装着されるバルブステムシール１１が知られており、このバルブステムシール１１には、バルブステム４１の外径面に摺動可能に接触することによりオイル室側Ｏのオイルをシールするオイルリップ１４と、ポート圧負荷時のオイル漏れ量を安定化させるため、オイルリップ１４のポート側Ｐにて同じくバルブステム４１の外径面に摺動可能に接触する背圧リップ１５とが設けられている（特許文献１参照）。

実開昭６０−１９５９１２号公報特開２００３−４２３０１号公報特開２００８−４５６５４号公報

ところで、近年における自動車のトレンドとして低燃費化が求められており、これに伴ってエンジンの小型化やターボチャージャーの付与などによりポート圧が上昇する傾向にあるため、バルブステムシール１１にも高背圧化の対応が求められている。

すなわちバルブステムシール１１は一般に図３に示したように、金属環１７の内径面に被着したゴム状弾性体よりなる内径ゴム部１９によってバルブステムガイド３１の外径面に嵌合するゴム嵌合の仕様とされることが多いところ、このようなゴム嵌合の仕様では嵌合力を大きく設定することができない。したがってバルブステムシール１１に対し大きな背圧Ｐ_１が作用すると、バルブステムシール１１がその全体としてバルブステムガイド３１から脱落してしまうことが懸念される（シール抜けの問題）。

上記シール抜けを防止するには図４に示すように、バルブステムシール１１を金属環１７によって直接バルブステムガイド３１の外径面に嵌合する金属嵌合の仕様とすることが考えられる。しかしながらこの金属嵌合の仕様では、組み付け時に必要とされる嵌合荷重が大きくなるため、一般の組み付け設備では対応できないことがある。

また、シール抜けを防止するには図５または図６に示すように、バルブステムシール１１における背圧リップ１５の外径側にゴム状弾性体よりなる段差状の突き当て部２１を設け、この突き当て部２１を装着時にバルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａに突き当てることにより、バルブステムシール１１の背圧に対する受圧面積を減少させ、これにより抜け荷重を小さくすることが考えられる（特許文献２または３参照）。

しかしながらこの図５または図６による技術には、以下の点で更に改良する余地がある。

すなわち上記段差状の突き当て部２１は、その軸方向端面２１ａによって背圧を受けるため、この端面２１ａとバルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａとの間に少しでもスキマが生じるようなことがあると、バルブステムシール１１の背圧に対する受圧面積が一挙に拡大し、よってバルブステムシール１１がバルブステムガイド３１から脱落してしまうことになる。

本発明は以上の点に鑑みて、オイルリップおよび背圧リップを備えるバルブステムシールに対して背圧が作用しても、バルブステムシールがバルブステムガイドから脱落しにくい構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のバルブステムシールは、バルブステムを往復動可能に挿通するバルブステムガイドに装着されるバルブステムシールであって、前記バルブステムの外径面に摺動可能に接触するオイルリップと、前記オイルリップのポート側にて同じく前記バルブステムの外径面に摺動可能に接触する背圧リップとを備えるバルブステムシールにおいて、前記バルブステムガイドのオイル室側端面に接触する第２背圧リップを設け、前記第２背圧リップは、そのリップ基端部からリップ先端部へかけてポート側であってかつ径方向内方へ向けて斜めの向きに形成されてい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、バルブステムガイドのオイル室側端面に接触する第２背圧リップが設けられているため、背圧に対するバルブステムシール抜け方向の受圧面積がこの第２背圧リップによって規制され、結果、減少する。したがってこのように背圧に対するシール抜け方向の受圧面積が減少するため、シール抜け荷重が小さくなり、よってこの分、バルブステムシールがバルブステムガイドから脱落しにくくなる。

また、第２背圧リップがそのリップ基端部からリップ先端部へかけてポート側であってかつ径方向内方へ向けて斜めの向きに形成されているため、この第２背圧リップに対し背圧が作用すると、第２背圧リップはバルブステムガイドのオイル室側端面に押し付けられる。したがって第２背圧リップとバルブステムガイドのオイル室側端面との間にスキマが生じにくいため、スキマの発生により受圧面積が拡大してバルブステムシールが抜けやすくなるのを未然に防止することが可能とされる。

また、このように第２背圧リップに対し背圧が作用して第２背圧リップがバルブステムガイドのオイル室側端面に押し付けられると、この押し付けの方向はシール抜け方向とは反対向きであるため、押し付け荷重によって抜け荷重が一部キャンセルされる。したがってシール抜け荷重が一層小さくなるため、バルブステムシールがバルブステムガイドから一層脱落しにくくなる。

尚、このように第２背圧リップに作用する押し付け荷重によって抜け荷重が一部キャンセルされることを含めると、シール各部位の寸法の大小関係としては、シール抜け方向の受圧面積を縮小するため、シール嵌合部の内径寸法をｄ_１、第２背圧リップの基端部の内径寸法をｄ_３として、
ｄ_１≧ｄ_３
の関係を充足するように形成するのが好適である。

本発明によれば、オイルリップおよび背圧リップを備えるバルブステムシールにおいて、当該シールに対し背圧が作用しても、バルブステムシールがバルブステムガイドから脱落しにくい構造を提供することができる。

本発明の実施例に係るバルブステムシールの半裁断面図同バルブステムシールの装着状態を示す半裁断面図第１従来例に係るバルブステムシールの装着状態を示す半裁断面図第２従来例に係るバルブステムシールの装着状態を示す半裁断面図第３従来例に係るバルブステムシールの装着状態を示す半裁断面図第４従来例に係るバルブステムシールの装着状態を示す半裁断面図

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１１の半裁断面を示しており、その装着状態が図２に示されている。図１および図２において、シール１１の上方がオイル室側Ｏ、シール１１の下方がポート側Ｐである。

当該実施例に係るバルブステムシール１１は、図２に示すように内径軸孔３２にバルブステム４１を軸方向往復動可能に挿通する筒状のバルブステムガイド３１に装着されるものであって、バルブステムガイド３１の外径面に嵌合される筒状の嵌合部１２と、嵌合部１２のオイル室側端部から径方向内方へ向けて一体成形された内向きフランジ状のリップ保持部１３とを有し、このリップ保持部１３によって、バルブステム４１の外径面に摺動可能に接触するオイルリップ１４と、オイルリップ１４のポート側Ｐにおいて同じくバルブステム４１の外径面に摺動可能に接触する背圧リップ（第１背圧リップとも称する）１５と、第１背圧リップ１５の外径側においてバルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａに接触する第２背圧リップ１６とが保持されている。

また、バルブステムシール１１は、筒状部１７ａおよびフランジ部１７ｂを一体に備える金属環１７と、金属環１７に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体１８とを有し、このゴム状弾性体１８によって、上記オイルリップ１４、第１背圧リップ１５および第２背圧リップ１６と、バルブステムガイド３１の外径面に所定の嵌合代をもって嵌合される内径ゴム部１９とが一体に成形されている。

オイルリップ１４は、そのリップ先端部１４ｂをオイル室側Ｏへ向けた形状とされ、またリップ先端部１４ｂの外径部に締め代調整用のガータスプリング２０が嵌着されている。

第１背圧リップ１５は、オイルリップ１４のポート側Ｐに配置され、そのリップ先端部１５ｂをポート側Ｐへ向けた形状とされている。

また、この第１背圧リップ１５の外径側に位置して、第２背圧リップ１６が設けられている。第２背圧リップ１６は、以下のように構成されている。

（１）第２背圧リップ１６は、上記ゴム状弾性体１８によって第１背圧リップ１５等と共に一体に成形されている。

（２）第２背圧リップ１６は、リップ保持部１３のポート側Ｐ端面に設けられている。

（３）第２背圧リップ１６は、そのリップ基端部１６ａからリップ先端部１６ｂへかけてポート側Ｐであってかつ径方向内方へ向けて斜めの向きに形成されている。尚、このようにリップ基端部からリップ先端部へかけてポート側Ｐであってかつ径方向内方へ向けて斜めに形成されていることは、第１背圧リップ１５も同様であるので、第２背圧リップ１６は第１背圧リップ１５とほぼ同じ向きに形成されている。

（４）第２背圧リップ１６は、上記図５または図６の技術における段差状の突き当て部２１に代わるものとして設けられている。したがって、第２背圧リップ１６の外径側に段差状の突き当て部２１に相当する構成は設けられておらず、該部位は空間部２２とされている。

（５）図２の装着状態図に示すように、第２背圧リップ１６は装着時、バルブステム４１の外径面に接触せず、バルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａのみに接触する。これに対し第１背圧リップ１５は装着時、バルブステム４１の外径面に接触し、バルブステムガイド３１のオイル室側端面３３に接触しないものである。したがって図１の装着前状態図において、第２背圧リップ１６のリップ先端部１６ｂは第１背圧リップ１５のリップ先端部１５ｂよりもポート側Ｐへ突出している。

（６）第２背圧リップ１６は、可及的に内径側に配置され、具体的には図２の装着状態図に示すように、嵌合部１２の内径寸法をｄ_１、第２背圧リップ１６のリップ基端部１６ａの外径寸法をｄ_２、第２背圧リップ１６のリップ基端部１６ａの内径寸法をｄ_３として、
ｄ_１≧ｄ_２・・・・（イ）式
ｄ_１＞ｄ_３・・・・（ロ）式
の関係を充足するようにされている。したがってこれらの大小関係からして、背圧に対するバルブステムシール抜け方向の受圧面積が随分と小さく設定されている。

上記構成を備えるバルブステムシール１１においては、第１背圧リップ１５の外径側に位置して、バルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａに接触する第２背圧リップ１６が設けられているため、背圧に対するバルブステムシール抜け方向の受圧面積がこの第２背圧リップ１６によって規制され、その結果として、同受圧面積が図３の技術と比較して小さく設定されている。したがって、このように背圧に対するシール抜け方向の受圧面積が小さく設定されているため、シール抜け荷重が小さくなり、よってバルブステムシール１１がバルブステムガイド３１から脱落するのを抑制することができる。

また、第２背圧リップ１６がそのリップ基端部１６ａからリップ先端部１６ｂへかけてポート側Ｐであってかつ径方向内方へ向けて斜めの向きに形成されているため、この第２背圧リップ１６に対し背圧が作用すると、第２背圧リップ１６はバルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａに押し付けられる。したがって第２背圧リップ１６とバルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａとの間にスキマが生じにくいため、スキマの発生により受圧面積が拡大してバルブステムシール１１が抜けやすくなるのを未然に防止することができる。

また、第２背圧リップ１６に対し背圧が作用して第２背圧リップ１６がバルブステムガイド３１のオイル室側端面３１ａに押し付けられると、この押し付けの方向がシール抜け方向と反対向きであるため、押し付け荷重によって抜け荷重が一部キャンセルされる。したがってシール抜け荷重が一層小さくなるため、これによってもバルブステムシール１１がバルブステムガイド３１から脱落するのを抑制することができる。

尚、上記実施例では、第２背圧リップ１６がリップ保持部１３のポート側Ｐ端面に設けられているため、
ｄ_１＞ｄ_３・・・・（ロ）式
の関係とされるが、第２背圧リップ１６が嵌合部１２の内周面に設けられる場合、すなわち
ｄ_１＝ｄ_３・・・・（ハ）式
の関係であっても押し付け荷重によって抜け荷重が一部キャンセルされるため、シール抜け荷重が小さくなる。したがって（ロ）式および（ハ）式からして、
ｄ_１≧ｄ_３・・・・（ニ）式
の関係が成立する。

１１バルブステムシール
１２嵌合部
１３リップ保持部
１４オイルリップ
１４ｂ，１５ｂ，１６ｂリップ先端部
１５背圧リップ（第１背圧リップ）
１５ａ，１６ａリップ基端部
１６第２背圧リップ
１７金属環
１７ａ筒状部
１７ｂフランジ部
１８ゴム状弾性体
１９内径ゴム部
２０ガータスプリング
２１突き当て部
２１ａ端面
２２空間部
３１バルブステムガイド
３１ａオイル室側端面
３２内径軸孔
４１バルブステム
Ｏオイル室側
Ｐポート側

Claims

バルブステムを往復動可能に挿通するバルブステムガイドに装着されるバルブステムシールであって、前記バルブステムの外径面に摺動可能に接触するオイルリップと、前記オイルリップのポート側にて同じく前記バルブステムの外径面に摺動可能に接触する背圧リップとを備えるバルブステムシールにおいて、
前記バルブステムガイドのオイル室側端面に接触する第２背圧リップを設け、
前記第２背圧リップは、そのリップ基端部からリップ先端部へかけてポート側であってかつ径方向内方へ向けて斜めの向きに形成されていることを特徴とするバルブステムシール。
請求項１記載のバルブステムシールにおいて、
当該バルブステムシールは、前記バルブステムガイドの外径面に嵌合される筒状の嵌合部と、前記嵌合部の一端から径方向内方へ向け一体成形されたフランジ状のリップ保持部とを有し、
前記嵌合部の内径寸法をｄ_１、前記第２背圧リップの基端部の内径寸法をｄ_３として、
ｄ_１≧ｄ_３
の関係を充足するように形成されていることを特徴とするバルブステムシール。