JP2020090954A - バルブステムシール - Google Patents

Abstract

【課題】バルブスプリングの高荷重な負荷や微小回転によるスプリングリテーナの摩耗を抑制して、耐久性を高める。【解決手段】バルブステムシール１００は、バルブステム２０を挿通するバルブステムガイド３０の外周側に設けられる補強環１１０と、補強環の一端側に固定され、バルブステムの外周面に対して密接する弾性体から形成されているシールリップ１２０と、補強環の他端から外側に向けてフランジ状に展開され、バルブステムガイドの外周側に設けられるバルブスプリング４０を支持し、かつ、バルブスプリングとの接触面に所定の段差を有する凹部１１３ａが設けられているスプリングリテーナ１１３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、バルブステムと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。

自動車エンジンのエンジンバルブには、吸・排気バルブの弁軸となるバルブステムと、バルブステムを軸方向移動自在に支持する弁軸受となるバルブステムガイドとの摺動面に補給されるエンジンオイルの量を調整すると共に、排気ガス等をシールするためにバルブステムシールが使用されている。バルブステムシールは、バルブステムガイドの外周に設けられる円筒状の金属製の補強環と、補強環の一端側に加硫接着等で取り付けられ、バルブステムと密封摺動するゴム等の弾性体から形成されるシールリップとを備える。

バルブステムシールでは、シールリップに対する背圧の上昇によって、シールリップがバルブステムガイドから抜けることがある。シールリップの抜けを防止するために、例えば、特許文献１には、補強環の下端に外側に展開されるフランジを一体成形して、バルブスプリングを支持するスプリングリテーナでフランジを押さえ付ける密封装置が開示されている。また、特許文献２には、補強環の下端に一体的に設けられるフランジ状のスプリングリテーナのバルブスプリングの回転作用による摩耗を抑制するために、バルブスプリングの回転作用を阻止する係合手段をスプリングリテーナに設けた密封装置が開示されている。

特開２００４−１７６８８１号公報 特開２００９−２５７４０１号公報

エンジンバルブには、より大きい荷重負荷が付与される設定の機種もあることから、バルブスプリングのスプリングリテーナとの接触力が大きくなり、高負荷のバルブスプリングの接触力に対するスプリングリテーナの耐久性を高める要請がある。また、バルブスプリングは、往復動作に伴い双方向に微小な回転をしており、バルブスプリングの微小回転による作用でスプリングリテーナが切削状の摩耗をして破損することが懸念されている。このように、補強環の下端にフランジ状のスプリングリテーナを一体的に設けたバルブステムシールでは、バルブスプリングの高負荷や双方向への微小回転の作用によるスプリングリテーナの摩耗を抑制して、耐久性を高める必要がある。

本発明は、バルブスプリングの高負荷や微小回転によるスプリングリテーナの摩耗を抑制して、耐久性を高めるバルブステムシールを提供することを課題とする。

本発明の一態様に係るバルブステムシールは、バルブステムを挿通するバルブステムガイドの外周側に設けられる補強環と、前記補強環の一端側に固定され、前記バルブステムの外周面に対して密接する弾性体から形成されているシールリップと、前記補強環の他端から外側に向けてフランジ状に展開され、前記バルブステムガイドの外周側に設けられるバルブスプリングを支持し、かつ、前記バルブスプリングとの接触面に所定の段差を有する凹部が設けられているスプリングリテーナと、を備える。

本発明によれば、バルブスプリングの高負荷や微小回転によるスプリングリテーナの摩耗を抑制して、耐久性を高めることができる。

バルブステムシールの一実施形態の使用時の状態を示す部分断面図である。 バルブステムシールの一実施形態の部分断面図である。 バルブステムシールの一実施形態に備わるスプリングリテーナの斜視図である。 バルブステムシールの一実施形態に備わるスプリングリテーナの動作説明図である。 バルブステムシールの一実施形態に備わるスプリングリテーナの一変形例の斜視図である。 バルブステムシールの一実施形態に備わるスプリングリテーナの他の変形例の斜視図である。

以下、バルブステムシールの好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、バルブステムシールの一実施形態の概略構成について、図１及び図２を使用しながら説明する。なお、図１では、バルブステムシールがバルブステムガイドに固定されている状態を示しており、図中のバルブステムシール等については、バルブステムシールの中心軸線を含む面で切断した断面の一部を示している。また、図１中の（Ｏ）は、潤滑油室側を示し、（Ｐ）は、ポート側を示す。さらに、図２では、バルブステムシールの中心軸線を含む面で切断した断面のうち、左側半分のみを示している。

バルブステムシール１００は、エンジンのシリンダヘッド１０内のバルブステムガイド３０に取り付けられ、シリンダヘッド１０内に供給されるエンジンオイルがバルブステム２０とバルブステムガイド３０の摺動面を通って、ポート（吸気用ポート又は排気用ポート）側に有する燃焼室内に流入するのを防止する機能を有する。

バルブステムガイド３０は、図１に示すように、エンジンのシリンダヘッド１０に取り付けられている。バルブステム２０は、バルブステムガイド３０に設けられた挿通孔３１に挿通され、挿通孔３１の内周面により案内されるように設けられている。バルブステムシール１００は、バルブステムガイド３０の挿通孔３１とバルブステム２０との間の環状の隙間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。

バルブステムシール１００は、補強環１１０と、補強環１１０の一端に一体的に設けられているゴム等の弾性体から形成されるシールリップ１２０とを備えている。本実施形態では、バルブステムシール１００は、補強環１１０の内向きフランジ１１２をインサート部品としてシールリップ１２０をインサート成形して、補強環１１０に対して一体的にシールリップ１２０を設けることによって構成されている。

補強環１１０は、バルブステム２０を挿通するバルブステムガイド３０の外周側に設けられ、ステンレス鋼等の金属により構成されている。本実施形態では、補強環１１０は、図１及び図２に示すように、筒状の本体１１１と、本体１１１の一端側に設けられている内向きフランジ１１２と、本体１１１の他端側に設けられている外向きフランジ１１３とを備える。

シールリップ１２０は、バルブステム２０に摺動自在なシール部１２０Ａと、補強環１１０の本体１１１の内周面側に設けられ、かつ、バルブステムガイド３０に嵌合固定される嵌合部１２０Ｂとを備えている。

シール部１２０Ａは、補強環１１０における内向きフランジ１１２の先端付近に設けられている。シール部１２０Ａは、潤滑油室側（Ｏ）に設けられているメインリップ１２１と、ポート側（Ｐ）に設けられている背圧リップ１２２と、メインリップ１２１の根元付近に設けられている補助リップ１２３とを備えている。

本実施形態では、シール部１２０Ａは、メインリップ１２１によって潤滑油室側（Ｏ）からポート側（Ｐ）へのオイル（潤滑油）の浸入が抑制されている。また、シール部１２０Ａは、背圧リップ１２２によって、ポート側（Ｐ）から潤滑油室側（Ｏ）へのガス漏れが抑制されている。さらに、メインリップ１２１の外周面側には、メインリップ１２１をバルブステム２０に対して押し付けるガータスプリング１３０が取り付けられる環状凹部１２４が設けられている。

嵌合部１２０Ｂの内周面には、環状のシール突起１２５が設けられている。本実施形態では、嵌合部１２０Ｂの内周面に設けられた環状のシール突起１２５によって、バルブステムシール１００の嵌合部１２０Ｂとバルブステムガイド３０との間の環状の隙間からのオイルの浸入及びガス漏れを抑制することができる。

本実施形態では、バルブステムシール１００は、嵌合部１２０Ｂが補強環１１０の外向きフランジ１１３側からバルブステムガイド３０に嵌合されることにより、バルブステムガイド３０に固定される。また、補強環１１０の外向きフランジ１１３は、シリンダヘッド１０の上面１０ａに密着した状態となる。

また、本実施形態では、バルブを付勢するバルブスプリング４０によって、外向きフランジ１１３がシリンダヘッド１０の上面１０ａに押し付けられるように構成されてスプリングリテーナとして機能している。すなわち、外向きフランジ１１３は、バルブステムガイド３０の外周側に設けられるバルブスプリング４０によって押圧されて、バルブスプリング４０を支持するスプリングリテーナとして動作する。このため、吸排気圧力（ポート圧力）によって、バルブステムシール１００がバルブステムガイド３０から外れてしまうことが抑制される。

このように、本実施形態のバルブステムシール１００は、図１及び図２に示すように、補強環１１０の下端側にフランジ状のスプリングリテーナ１１３が一体的に設けられている構成となっている。本実施形態では、スプリングリテーナ１１３のバルブスプリング４０との接触面１１３ｂに所定の段差を有する凹部１１３ａが連続的に形成されていることを特徴とする。具体的には、接触面１１３ｂの全面に亘って複数の窪み１１３ａが分散されるように形成されて、接触面１１３ｂが連続的な凹凸面となっている。

次に、バルブステムシール１００の一実施形態に備わるスプリングリテーナの構成及び動作の詳細について、図３及び図４を使用しながら説明する。なお、図３は、本実施形態のバルブステムシール１００の補強環１１０の下端側を拡大した斜視図であり、図４は、スプリングリテーナ１１３にバルブスプリング４０が当接した状態を示す断面図となっている。

本実施形態では、スプリングリテーナ１１３は、図３に示すように、補強環１１０が本体１１１の下端から外側に向けてフランジ状に展開されて構成されている。そして、スプリングリテーナ１１３のバルブスプリング４０との接触面１１３ｂは、所定の段差を有する凹部となる複数の微小な窪み１１３ａがブラスト加工等によって全面に亘って分散されて設けられ、いわゆる梨地状に形成されている。すなわち、本実施形態では、スプリングリテーナ１１３は、ブラスト加工等によって容易に複数の微小な窪み１１３ａが設けられる梨地状の接触面１１３ｂを有する構成となっている。

このように、本実施形態では、スプリングリテーナ１１３の表面側の接触面１１３ｂに複数の微小な窪み１１３ａが分散されることによって、所定の段差を有する凹部が連続的に設けられている。このため、図４に示すように、各窪み１１３ａに潤滑油室側に残留するオイルによる油膜Ｏ_ｆが保持されるので、スプリングリテーナ１１３のバルブスプリング４０との接触面１１３ｂが常に流体潤滑状態となる。

すなわち、スプリングリテーナ１１３の接触面１１３ｂに設けられる窪み１１３ａに残留するオイルが各窪み１１３ａの間の隙間面にも広がって、接触面１１３ｂの全体に油膜Ｏ_ｆが保持された状態となる。これによって、押圧力が働くバルブスプリング４０との接触部を滑らせて摺動させられるので、バルブスプリング４０からの押圧力を分散させて、スプリングリテーナ１１３の摩耗を抑制できるようになる。

なお、スプリングリテーナ１１３の表面側の接触面１１３ｂに設けられる所定の段差を有する凹部の態様は、図３及び図４に示すような分散された複数の窪み１１３ａに限定されない。すなわち、スプリングリテーナの接触面に油膜を保持し易い形態の所定の段差を有する凹部が設けられていれば、同様の作用・効果を奏する。

例えば、図５に示すように、スプリングリテーナ２１３に設けられる所定の段差を有する凹部として、補強環２１０の本体２１１の軸心側から放射状に形成される溝２１３ａを切削等により接触面２１３ｂに形成してもよい。この場合、油膜をより均等に、かつ、確実に保持できるようにするために、放射状の溝２１３ａが複数設けられて、各溝２１３ａが等間隔に形成されることが好ましい。

このように、スプリングリテーナ２１３の接触面２１３ｂに放射状の溝２１３ａを設けることによって、各溝２１３ａに残留するオイルが各溝２１３ａの間の隙間面にも広がって、接触面２１３ｂの全体に油膜が保持された状態となる。このため、押圧力が働くバルブスプリング４０との接触部を滑らせて摺動させられるので、バルブスプリング４０からの押圧力を分散させて、スプリングリテーナ２１３の摩耗を抑制できるようになる。

また、図６に示すように、スプリングリテーナ３１３に設けられる所定の段差を有する凹部として、補強環３１０の本体３１１の軸心方向に対して周回する円周状の溝３１３ａを接触面３１３ｂに形成してもよい。図６に示す実施形態では、円周状の溝３１３ａが１つのみ形成されているが、油膜をより均等に、かつ、確実に保持できるようにするために、円周状の溝３１３ａを複数設けて、各溝３１３ａが等間隔に形成されることが好ましい。

このように、スプリングリテーナ３１３の接触面３１３ｂに円周状の溝３１３ａを設けることによって、溝３１３ａに残留するオイルが接触面３１３ｂの全体に広がって、油膜が保持された状態となる。このため、押圧力が働くバルブスプリング４０との接触部を滑らせて摺動させられるので、バルブスプリング４０からの押圧力を分散させて、スプリングリテーナ３１３の摩耗を抑制できるようになる。

以上説明したように、本実施形態のバルブステムシールは、スプリングリテーナのバルブスプリングとの接触面に所定の段差を有する凹部が形成されて、表面に残留するオイルの油膜が凹凸面によって保持され易く構成されている。このため、スプリングリテーナのバルブスプリングとの接触面に保持された油膜によって、バルブスプリングとの接触部を滑らせるので、バルブスプリングの押圧力をスプリングリテーナの接触面の一部に集中させずに、分散させることができる。これによって、バルブスプリングによるスプリングリテーナの回動摩耗が抑制されるので、スプリングリテーナの耐久性が向上する。

特に、補強環の下端にフランジ状のスプリングリテーナが一体的に設けられているバルブステムシールでは、バルブステムの往復動作に伴ってバルブスプリングの微小回転による作用が双方向に働くことから、スプリングリテーナのバルブスプリングとの接触面が摩耗し易かった。このため、本実施形態のバルブステムシールでは、スプリングリテーナの表面側に所定の段差を有する凹部を連続的に設けて凹凸面とすることによって、バルブスプリングとの接触面に油膜を確実に保持し易くなる。これによって、バルブスプリングの双方向への微小な回転・振動によるスプリングリテーナの摩耗を抑制できるようになる。

また、本実施形態のバルブステムシールは、補強環の製造工程でブラスト加工や切削等によって比較的容易に所定の段差を有する凹凸面を形成できる。このように、本実施形態では、スプリングリテーナの接触面に凹凸面をブラスト加工や切削等によって容易に油膜を保持可能な構成とすることによって、スプリングリテーナの耐久性を確実に向上させられる。例えば、自動車エンジンや一般産業機械に備わるバルブ装置に、本実施形態のバルブステムシールやその製造方法を適用することによって、スプリングリテーナの摩耗を抑制して耐久性を高められるので、極めて大きな工業的価値を有する。

なお、上記のようにバルブステムシールの各実施形態について詳細に説明したが、多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、バルブステムシールの構成、動作も各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ シリンダヘッド
２０ バルブステム
３０ バルブステムガイド
３１ 挿通孔
４０ バルブスプリング
１００ バルブステムシール
１１０、２１０、３１０ 補強環
１１１、２１１、３１１ 本体
１１２ 内向きフランジ
１１３、２１３、３１３ 外向きフランジ（スプリングリテーナ）
１１３ａ 窪み（凹部）
１２０ シールリップ
１２０Ａ シール部
１２０Ｂ 嵌合部
１２１ メインリップ
１２２ 背圧リップ
１２３ 補助リップ
１２４ 環状凹部
１２５ シール突起
１３０ ガータスプリング
２１３ａ、３１３ａ 溝（凹部）

Claims (4)

1. バルブステムを挿通するバルブステムガイドの外周側に設けられる補強環と、
   前記補強環の一端側に固定され、前記バルブステムの外周面に対して密接する弾性体から形成されているシールリップと、
   前記補強環の他端から外側に向けてフランジ状に展開され、前記バルブステムガイドの外周側に設けられるバルブスプリングを支持し、かつ、前記バルブスプリングとの接触面に所定の段差を有する凹部が設けられているスプリングリテーナと、を備えることを特徴とするバルブステムシール。
2. 前記凹部は、前記接触面の全面に分散された複数の窪みであ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. 前記凹部は、前記補強環の軸心側から放射状に形成されている溝であ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。
4. 前記凹部は、前記補強環の軸心方向に対して周回する円周上に形成されている溝であ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。

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