JP6442213B2

JP6442213B2 - 密封装置

Info

Publication number: JP6442213B2
Application number: JP2014200911A
Authority: JP
Inventors: 昌道稀代
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP2016070392A

Description

本発明は、シール技術に係る密封装置に関し、更に詳しくは、軸部材に摺動可能に密接するリップ部を有する密封装置に関する。本発明の密封装置は例えば、内燃機関の吸気弁や排気弁に使用されるバルブステムシールとして用いられる。

従来よりガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関においてバルブステムの潤滑及びエンジンオイルの消費量抑制などを目的として、バルブステムシールが使用されている。近年においては環境保護指向による省燃費要請が益々高まってきており、小さな燃焼室容積において必要な場合に大きなトルクが出せるよう、過給機（ターボチャージャー）等を設置するニーズが高まっている。過給機を使用して内燃機関を動作させた場合、バルブステムシールには過給機を設置しない場合と比べて高い吸気圧がかかり、燃料の燃焼により高い排気圧がかかる。

この種の従来技術としては、例えば図４（ａ）又は（ｂ）に示すバルブステムシール１０１，１０２がある。図４（ａ）に示すバルブステムシール１０１は、バルブステム１３１を挿通するバルブステムガイド１４１の外径側に嵌合される金属環１１１と、この金属環１１１に被着されたゴム状弾性体１２１とを有し、このゴム状弾性体１２１によって、バルブステム１３１の外径面に摺動可能に密接するリップ部１２２と、バルブステムガイド１４１の外径面に所定の嵌合代をもって嵌合する嵌合ゴム部１２５とが一体成形されている。また、図４（ｂ）に示すバルブステムシール１０２は、図４（ａ）のバルブステムシール１０１の構成から嵌合ゴム部１２５を省略したものであって、このため金属環１１１がバルブステムガイド１４１の外径面に直接嵌合する構成とされている。

しかしながら、図４（ａ）に示すバルブステムシール１０１では、ゴム状弾性体１２１よりなる嵌合ゴム部１２５がバルブステムガイド１４１の外径面に所定の嵌合代をもって嵌合するのみであるため、矢印ｘにて示すように図における下方から高圧がバルブステムシール１０１に作用した場合、バルブステムシール１０１がバルブステムガイド１４１から脱落するおそれがある（シール脱落の問題）。また図４（ｂ）に示すバルブステムシール１０２では、金属環１１１がバルブステムガイド１４１に強固に嵌合しているため、矢印ｘにて示すように図における下方から高圧が作用してもバルブステムシール１０２はバルブステムガイド１４１から脱落しにくいが、その反面、バルブステムシール１０２をバルブステムガイド１４１に装着するときに大きな荷重が必要で、この大きな荷重を加えるための専用設備が必要となることがある（シール装着作業性の問題）。

実公平４−３３３６７号公報

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、密封装置をガイド部材に装着しやすく、装着後、密封装置がガイド部材から脱落しにくく、しかも密封装置の金属環の端部に設ける返し部が塑性変形しにくい構造の密封装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１による密封装置は、筒状部の内径軸孔に軸部材を挿通するとともに、前記筒状部の外径部又は内径部に係合溝を設けたガイド部材に装着される密封装置であって、前記ガイド部材の外径側又は内径側に配置される金属環と、前記金属環に被着されたゴム状弾性体とを有し、前記ゴム状弾性体によって、前記軸部材の外径部に摺接するリップ部と、前記ガイド部材の外径部又は内径部に所定の嵌合代をもって圧嵌する嵌合ゴム部とが設けられている密封装置において、前記金属環の端部に返し部が設けられ、前記返し部は、前記金属環の円筒部の端部を径方向内方であってかつ軸方向一方へ向け斜めに鋭角的に折り返し形成したものであり、前記返し部は前記係合溝に係合し、前記金属環の円筒部と前記返し部との間に返し内面ゴム部が設けられていることを特徴とするものである。

上記発明によれば、密封装置をガイド部材に装着するとき、返し部が弾性変形するため、密封装置をガイド部材に装着しやすく、装着後、返し部が係合溝に係合するため、密封装置がガイド部材から脱落しにくい。また、金属環の円筒部と返し部との間に返し内面ゴム部が設けられているため、この返し内面ゴム部が返し部と共に弾性変形し、返し部の弾性変形に対するバックアップ作用を発揮する。したがって返し部に塑性変形を生じにくくなる。また、装着後に返し内面ゴム部が係合溝の内面に接触する場合には、この返し内面ゴム部によって金属環の筒状部及びガイド部材間をシールすることもできる。

本発明の請求項２による密封装置は、上記した請求項１に記載の密封装置において、前記ガイド部材の端部から外径部又は内径部にかけてテーパ部が形成されていることを特徴とするものである。

上記発明によれば、密封装置をガイド部材に装着するとき返し部がテーパ部に沿ってガイドされるため、位置決めが容易になる。したがって装着作業性を向上することができる。

本発明の請求項３による密封装置は、上記した請求項１又は２に記載の密封装置において、前記ゴム状弾性体は、前記リップ部、前記嵌合ゴム部及び前記返し内面ゴム部からなって一体に形成されていることを特徴とするものである。

上記発明によれば、リップ部、嵌合ゴム部及び返し内面ゴム部が一体であるため、これらをまとめて成形型で成形することができる。したがって成形型にスプルーやゲートなどを複数設定する必要がないため、密封装置に返し内面ゴム部を設けることにしても成形型の構造が複雑化することを抑制することができる。

本発明によれば上記構成により、密封装置をガイド部材に装着しやすく、装着後、密封装置がガイド部材から脱落しにくく、しかも密封装置の金属環の端部に設ける返し部が塑性変形しにくい構造の密封装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る密封装置（バルブステムシール）の半裁断面図である。同密封装置（バルブステムシール）の装着後の状態を示す半裁断面図である。同密封装置（バルブステムシール）の装着手順を示す説明図である。従来例に係る密封装置（バルブステムシール）の半裁断面図である。参考例に係る密封装置（バルブステムシール）の半裁断面図である。

次に本発明をバルブステムシールとして適用した場合における実施例を図面にしたがって説明するが、説明の便宜上、先ず、対応する参考例を説明し、それから実施例を説明する。

参考例・・・
図５は、参考例に係るバルブステムシール１０３を示し、このバルブステムシール１０３では、バルブステム１３１を挿通するバルブステムガイド１４１の外径側に装着される金属環１１１の一端（図における上端）にゴム状弾性体製のリップ部１２２が設けられるとともに金属環１１１の他端（図における下端）に返し部１１２が設けられている。この返し部１１２は、金属環１１１の端部を図示するように９０度以上の角度範囲に亙って内径側へ折り曲げることにより金属環１１１に一体形成されたものであって、この返し部１１２が、バルブステムガイド１４１の外径面に設けた係合溝１４２に係合する構成とされている。

したがってこの参考例では、矢印ｘにて示すように図における下方から高圧がバルブステムシール１０３に作用した場合、返し部１１２がバルブステムガイド１４１の外径面に設けた係合溝１４２に係合するため、金属環１１１延いてはバルブステムシール１０３全体がバルブステムガイド１４１から脱落するのを防止することができる。

しかしながらこの参考例では、金属環１１１をバルブステムガイド１４１の外径側に装着する際、返し部１１２がこれのみ単独で変形するため、返し部１１２が塑性変形してそのバネ性が低下してしまうことがある（返し部塑性変形の問題）。

実施例・・・
そこで本発明の実施例では、バルブステムシール１が以下のように構成されている。

図１は、本発明の実施例に係るバルブステムシール１の半裁断面を示しており、図２はバルブステムシール１をバルブステムガイド４１に装着した状態、図３はバルブステムシール１の装着手順を示している。各図においては、上側が図示しないカムが位置するカム室側Ａ、下側が図示しない吸排気ポートが位置するポート側（背圧側）Ｂである。

図２に示すように、バルブステムシール１を装着するバルブステムガイド４１は、バルブステム３１を軸方向（図における上下方向）に往復動可能に挿通する内径軸孔を備える筒状部４２を有し、この筒状部４２の外径側にバルブステムシール１の金属環１１が嵌合される。筒状部４２の外径面には環状の係合溝４３が設けられ、また筒状部４２の軸方向一方（カム室側）の端面から外径面にかけては、軸方向一方から軸方向他方（ポート側）へかけて外径寸法が徐々に拡大する向きの環状のテーパ部４４が設けられている。

図１及び図２に示すように、バルブステムシール１は、バルブステムガイド４１の外径側に嵌合される金属環１１と、この金属環１１に被着（加硫接着）されたゴム状弾性体２１とを有し、このゴム状弾性体２１によって、バルブステム３１の外径面に摺動可能に密接するシールリップ２３及び背圧リップ２４よりなるリップ部２２と、バルブステムガイド４１の外径面に所定の嵌合代をもって嵌合する嵌合ゴム部２５とが一体に成形されている。

金属環１１は、その円筒部１２の軸方向一方の端部に径方向内方へ向けてフランジ部１３を一体成形したもので、円筒部１２の内径面に嵌合ゴム部２５が被着されるとともにフランジ部１３の内径部にシールリップ２３および背圧リップ２４が保持されている。シールリップ２３には締め代調整用のガータスプリング２６が嵌着されている。背圧リップ２４はシールリップ２３の軸方向他方の側に配置され、そのリップ端を軸方向他方であってかつ径方向内方へ向け斜めに形成され、その外径面を背圧に対する受圧面とされている。

また、金属環１１の円筒部１２における軸方向他方の端部に、返し部１４が一体成形されている。この返し部１４は、金属環１１の円筒部１２の端部を径方向内方であってかつ軸方向一方へ向け斜めに鋭角的に折り返し形成したものであって、環状に形成され、装着時にその先端部１４ａをもって係合溝４３の内面に係合する。返し部１４の厚さは、円筒部１２の厚さよりも薄く（小さく）形成されている。

また、この返し部１４の内面側（外径側）であって返し部１４と円筒部１２との間に、返し内面ゴム部２７が設けられている。この返し内面ゴム部２７は、環状に成形され、返し部１４及び円筒部１２間の空間をすべて埋め尽くすように充填され、円筒部１２の内径面に被着され又は円筒部１２の内径面及び返し部１４の内面（外径面）の双方に対し被着されている。また、この返し内面ゴム部２７は、上記ゴム状弾性体２１によってその一部として成形され、よって上記リップ部２２及び嵌合ゴム部２５に対し一体に成形されている。装着前において、返し部１４の内径寸法と嵌合ゴム部２５の内径寸法は同等又は略同等に設定されている。また同様に装着前において、返し部１４の内径寸法及び嵌合ゴム部２５の内径寸法はそれぞれバルブステムガイド４１の外径寸法と同等又は略同等に設定されている。

上記構成のバルブステムシール１は、以下のようにしてバルブステムガイド４１に装着される。

すなわち先ず、図３（ａ）に示すように、バルブステムシール１の金属環１１の返し部１４の外面（内径面）はゴムが被着されずに表面露出しているので、金属環１１をバルブステムガイド４１に対し同軸上に保ちながら、返し部１４の外面をバルブステムガイド４１のテーパ部４４に接触させる。次いで図３（ｂ）に示すように、バルブステムシール１に対し軸方向一方から荷重（嵌合荷重）を加えて返し部１４を返し内面ゴム部２７とともに弾性変形させ（返し部１４はその先端部１４ａの径寸法が拡大するように弾性変形する）、金属環１１を嵌合ゴム部２５を圧縮変形させつつバルブステムガイド４１の外径側へ圧入する。図３（ｃ）に示すように、返し部１４は係合溝４３に至ると弾性復帰するので、係合溝４３に係合し、これをもって装着作業が完了する。

上記構成のバルブステムシール１においては、金属環１１をバルブステムガイド４１に装着するとき、返し部１４が弾性変形するため、金属環１１をバルブステムガイド４１に装着しやすく、また返し部１４が係合溝４３に対し係合するため、金属環１１がバルブステムガイド４１から脱落しにくい。また、金属環１１の円筒部１２と返し部１４との間に返し内面ゴム部２７が設けられているため、この返し内面ゴム部２７が返し部１４と共に弾性変形し、返し部１４の弾性変形に対するバックアップ作用を発揮する。したがって返し部１４に塑性変形を生じにくくなる。また、この返し内面ゴム部２７が係合溝４３の内面に接触することにより、金属環１１の円筒部１２及びバルブステムガイド４１間をシールすることができる。

また、返し部１４の厚さが円筒部１２の厚さより薄く形成されているため、返し部１４が薄い分容易に弾性変形する。したがってバルブステムシール１を装着するときの嵌合荷重を小さく設定することができ、装着作業性を向上することができる。但し、返し部１４の厚さはこれに限定されず、例えば円筒部１２と同じ厚さにしてもよい。

また、バルブステムガイド４１の軸方向一方の端面から外径面にかけてテーパ部４４が形成されているため、バルブステムシール１をバルブステムガイド４１に装着するとき返し部１４がテーパ部４４に沿ってガイドされるため、位置決めが容易になる。したがって装着作業性を向上することができる。

また、返し内面ゴム部２７がゴム状弾性体２１の一部としてリップ部２２及び嵌合ゴム部２５と一体に成形されているため、リップ部２２、嵌合ゴム部２５及び返し内面ゴム部２７をまとめて成形型で成形することができる。したがって成形型にスプルーやゲートなどを複数設定する必要がないため、バルブステムシール１に返し内面ゴム部２７を設けることにしても成形型の構造が複雑化することを抑制することができる。

尚、上記実施例では、密封装置をバルブステムシール１とし、ガイド部材であるバルブステムガイド４１に対し金属環１１をその外径側に嵌合する形態としたが、これとは反対に、ガイド部材に対し金属環１１をその内径側に嵌合する形態としても良い。

この形態においては、返し部１４が、金属環１１の円筒部１２の端部を径方向外方であってかつ軸方向一方へ向け斜めに鋭角的に折り返し形成したものとされ、装着時にその先端部１４ａが、ガイド部材の内径面に設けた係合溝４３に係合するものとされる。

以上詳述した本発明は、上記実施例の記載内容に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、実施例では金属環１１の返し部１４は環状とされているが、円周上にスリットを入れても良く、複数の返し部を円周上に並設するようにしても良い。また、返し部１４の先端部１４ａは断面矩形状とされているが、面取りをしても良いし断面円弧状としても良い。また、係合溝４３の底面及び側面のなす角度は略９０度とされているが、返し部１４が更に係合し易いように、９０度未満の角度としても良い。

１バルブステムシール
１１金属環
１２円筒部
１３フランジ部
１４返し部
１４ａ先端部
２１ゴム状弾性体
２２リップ部
２３シールリップ
２４背圧リップ
２５嵌合ゴム部
２６ガータスプリング
２７返し内面ゴム部
３１バルブステム
４１バルブステムガイド
４２筒状部
４３係合溝
４４テーパ部

Claims

筒状部の内径軸孔に軸部材を挿通するとともに、前記筒状部の外径部又は内径部に係合溝を設けたガイド部材に装着される密封装置であって、
前記ガイド部材の外径側又は内径側に配置される金属環と、前記金属環に被着されたゴム状弾性体とを有し、
前記ゴム状弾性体によって、前記軸部材の外径部に摺接するリップ部と、前記ガイド部材の外径部又は内径部に所定の嵌合代をもって圧嵌する嵌合ゴム部とが設けられている密封装置において、
前記金属環の端部に返し部が設けられ、
前記返し部は、前記金属環の円筒部の端部を径方向内方であってかつ軸方向一方へ向け斜めに鋭角的に折り返し形成したものであり、
前記返し部は前記係合溝に係合し、
前記金属環の円筒部と前記返し部との間に返し内面ゴム部が設けられていることを特徴とする、密封装置。
前記ガイド部材の端部から外径部又は内径部にかけてテーパ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。
前記ゴム状弾性体は、前記リップ部、前記嵌合ゴム部及び前記返し内面ゴム部からなって一体に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の密封装置。