(57)【要約】  背圧に対する耐久性を向上させることができるバルブステムシールを提供する。  バルブステムシール(1)の弾性体部(20)は、バルブステムに当接する環状のシールリップ(23)と、軸線(x)方向におけるシリンダ側にシールリップ(23)から離間して配設されている環状の背圧リップ(24)とを有している。補強環(10)のカム側の端部には軸線(x)に向かう環状のフランジ部(12)が形成されており、フランジ部(12)は、軸線(x)方向において弾性体部(20)のシールリップ(23)と背圧リップ(24)との間に位置している。弾性体部(20)における、フランジ部(12)の内周端部(13)と背圧リップ(24)の根元部(24a)との間の軸線(x)方向の間隔(L2)は、背圧リップ(24)の根元部(24a)と背圧リップ(24)の先端部(24b)との間の軸線(x)方向の間隔(L1)よりも大きくなっており、フランジ部(12)の内周端部(13)のシリンダ側のシリンダ側角部(13d)の断面における輪郭は曲線となっている。
2019022032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線周りに環状の補強環と、
前記補強環に取り付けられている弾性体から形成されている前記軸線周りに環状の弾性体部とを備え、
前記弾性体部は、バルブステムに当接する環状のシールリップと、前記軸線方向における他方の側に前記シールリップから離間して配設されている環状の背圧リップとを有しており、
前記補強環の前記軸線方向における一方の側の端部には前記軸線方向に向かう環状のフランジ部が形成されており、
前記フランジ部は、前記軸線方向において前記弾性体部の前記シールリップと前記背圧リップとの間に位置しており、
前記弾性体部における、前記フランジ部の内周側の端部と前記背圧リップの根元との間の前記軸線方向の間隔は、前記背圧リップの前記根元と前記背圧リップの先端との間の前記軸線方向の間隔よりも大きくなっており、
前記フランジ部の前記内周側の端部の前記軸線方向における他方の側の角部の前記軸線に沿う断面における輪郭は曲線であることを特徴とするバルブステムシール。
【請求項２】
前記フランジ部は、前記軸線に向かって前記軸線方向における一方の側に斜めに延びていることを特徴とする請求項１記載のバルブステムシール。
【請求項３】
前記フランジ部の内周側の端は、前記背圧リップの根元よりも内周側に位置していることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブステムシール。
【請求項４】
前記背圧リップは、前記軸線に向かって前記軸線方向における他方の側に斜めに延びていることを特徴とする請求項１記載のバルブステムシール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブステムシールに関し、特に、自動車の内燃機関におけるバルブにおいて用いられるバルブステムシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関において、カム側とシリンダ側との間を往復動するバルブのバルブステムとバルブガイドとの間の空間の密封を図るためにバルブステムシールが用いられている。バルブステムシールは、バルブガイドとバルブステム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、白煙発生等の不具合を防止するためこの潤滑油の供給量を制御してポートやシリンダへの潤滑油の流入の防止を図っている。【０００３】
バルブステムシールにおいて、シールリップはバルブステムに接触して上述のように潤滑油の供給量を制御し、背圧リップは、排気ガスに基づくシリンダ側からの圧力（以下、背圧という。）を受けてシールリップに加わる背圧を低減し、シールリップの背圧による変形を抑制して、シールリップによる潤滑油の供給量の安定化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４２３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように従来のバルブステムシールにおいては、背圧リップを設けることで背圧がシールリップに加わることを抑制している。しかしながら、近年、内燃機関の更なる低燃費化の要求により、エンジンの小型化及びターボチャージャの搭載等によって排気圧が増加する傾向にあり、このため背圧が高くなる傾向にあり、背圧リップはより高い背圧を繰り返し受けるようになってきている。背圧リップが繰り返しの高い背圧を受けると、特に背圧リップの付け根に繰り返しの高い応力が発生し、背圧リップの根元に亀裂が発生することが懸念される。【０００６】
このように、従来のバルブステムシールに対しては、背圧に対する耐久性を向上させることができる構造が求められていた。【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、背圧に対する耐久性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るバルブステムシールは、軸線周りに環状の補強環と、前記補強環に取り付けられている弾性体から形成されている前記軸線周りに環状の弾性体部とを備え、前記弾性体部は、バルブステムに当接する環状のシールリップと、前記軸線方向における他方の側に前記シールリップから離間して配設されている環状の背圧リップとを有しており、前記補強環の前記軸線方向における一方の側の端部には前記軸線方向に向かう環状のフランジ部が形成されており、前記フランジ部は、前記軸線方向において前記弾性体部の前記シールリップと前記背圧リップとの間に位置しており、前記弾性体部における、前記フランジ部の内周側の端部と前記背圧リップの根元との間の前記軸線方向の間隔は、前記背圧リップの前記根元と前記背圧リップの先端との間の前記軸線方向の間隔よりも大きくなっており、前記フランジ部の前記内周側の端部の前記軸線方向における他方の側の角部の前記軸線に沿う断面における輪郭は曲線であることを特徴とする。【０００９】
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいて、前記フランジ部は、前記軸線に向かって前記軸線方向における一方の側に斜めに延びている。【００１０】
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいて、前記フランジ部の内周側の端は、前記背圧リップの根元よりも内周側に位置している。【００１１】
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいて、前記背圧リップは、前記軸線に向かって前記軸線方向における他方の側に斜めに延びている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るバルブステムシールによれば、背圧に対する耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るバルブステムシールの概略構造を示すための軸線に沿う断面図である。
【図２】図１に示すバルブステムシールにおける背圧リップ及びフランジ部近傍を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るバルブステムシールの耐久性能試験に用いた試験装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１の概略構造を示すための軸線ｘに沿う断面における断面図である。本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１は、自動車の内燃機関の動弁系において使用され、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と、このバルブステムが挿通される一端がカム側に臨み他端がシリンダ側に臨むバルブガイドとの間の密封を図るものである。以下、説明の便宜上、軸線ｘ方向における一方の側（図面において符号Ａ側）をカム側、軸線ｘ方向における他方の側（図面において符号Ｂ側）をシリンダ側とする。また、軸線ｘに直交する方向（以下、径方向ともいう。）において、軸線ｘに向かう方向側を内周側とし（図１の矢印ａ方向側）、軸線ｘから遠ざかる方向側を外周側とする（図１の矢印ｂ方向側）。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係るバルブステムシール１は、軸線ｘ周りに環状の補強環１０と、補強環１０に取り付けられている弾性体から形成されている軸線ｘ周りに環状の弾性体部２０とを備えている。弾性体部２０は、バルブステムに当接する環状のシールリップ２３と、軸線ｘ方向における他方の側（シリンダ側Ｂ）にシールリップ２３から離間して配設されている環状の背圧リップ２４とを有している。補強環１０の軸線ｘ方向における一方の側（カム側Ａ）の端部には軸線ｘ方向に向かう環状のフランジ部１２が形成されており、フランジ部１２は、軸線ｘ方向において弾性体部２０のシールリップ２３と背圧リップ２４との間に位置している。
【００１７】
弾性体部２０における、フランジ部１２の内周側の端部（内周端部１３）と背圧リップ２４の根元（根元部２４ａ）との間の軸線ｘ方向の間隔（基部長さＬ２）は、背圧リップ２４の根元部２４ａと背圧リップ２４の先端（先端部２４ｂ）との間の軸線ｘ方向の間隔（背圧リップ長さＬ１）よりも大きくなっている（Ｌ１＜Ｌ２）。また、フランジ部１２の内周端部１３の軸線方ｘ向における他方の側（シリンダ側Ｂ）の角部（シリンダ側角部１３ｄ）の軸線ｘに沿う断面における輪郭は曲線となっている。
【００１８】
バルブステムシール１は、使用状態において、バルブガイド５１のカム側（Ａ側）の端部に嵌着され、バルブステムシール１及びバルブガイド５１にはバルブステム５２が挿通される。バルブステムシール１は、バルブガイド５１とバルブステム５２との間へのカム側からの潤滑油の供給量を制御しつつ、カム側とシリンダ側（Ｂ側）との間において、バルブガイド５１とバルブステム５２との間の隙間の密封を図る。
【００１９】
以下、バルブステムシール１の構成について具体的に説明する。
【００２０】
弾性体部２０の弾性体は、例えば、フッ素ゴムやアクリルゴム等のゴム材である。補強環１０は、例えば、金属製であり、プレス加工や鍛造によって製造されており、弾性体部２０は成形型を用いて架橋（加硫）成形によって成形される。この架橋成形の際に、補強環１０は成形型の中に配置されており、弾性体部２０が架橋接着により補強環１０に接着され、弾性体部２０が補強環１０と一体的に成形される。
【００２１】
補強環１０は、図１に示すように、軸線ｘに沿う断面の形状（以下、断面形状ともいう。）が略Ｌ字状の形状を呈しており、上述のフランジ部１２に加え、軸線ｘ方向に延びる円筒状又は略円筒状の部分である円筒部１１を有している。フランジ部１２は、円筒部１１のカム側の端部から内周側に向かって延びる中空環状の部分であり、軸線ｘに向かって軸線ｘ方向における一方の側（カム側）に斜めに延びている。
【００２２】
図２にフランジ部１２の内周端部１３を拡大して示すように、フランジ部１２は、内周側に面する筒状又は円筒状の面である内周端１３ａと、カム側で内周端１３ａに接続する環状の面であるカム側面１３ｂと、シリンダ側で内周端１３ａに接続する環状の面であるシリンダ側面１３ｃとを有している。カム側面１３ｂ及びシリンダ側面１３ｃは、例えばテーパー面又は円錐台面である。内周端１３ａとシリンダ側面１３ｃとは、環状の曲面である上述のシリンダ側角部１３ｄを介して接続されており、フランジ部１２の内周端部１３のシリンダ側の端部は、滑らかな曲面状になっている。フランジ部１２の内周端部１３は、シリンダ側角部１３ｄと、シリンダ側角部１３ｄに軸線ｘ方向において背向するカム側面１３ｂの部分とを含む部分であり、または、シリンダ側角部１３ｄと、カム側面１３ｂ及びシリンダ側面１３ｃのシリンダ側角部１３ｄ側の一部分とを含む部分である。
【００２３】
弾性体部２０は、シール部２１と、嵌合部２２とを一体に有している。シール部２１は、軸線ｘ方向に延びる環状の部分であり、使用状態において挿通されるバルブステム５２に当接するシールリップ２３と、軸線ｘ方向においてシリンダ側にシールリップ２３から離間して配設されている環状の背圧リップ２４と、軸線ｘ方向においてシールリップ２３と背圧リップ２４との間に配設されている環状の突起２５とを有している。
【００２４】
具体的には、図１に示すように、シールリップ２３は、シール部２１のカム側の端部又は端部近傍に形成されており、内周側に突出する、軸線ｘ周りに環状の部分である。シールリップ２３は、内周側に向かって凸の楔形状の断面形状を有している。
【００２５】
背圧リップ２４は、図１，２に示すように、シール部２１のシリンダ側の端部に形成されている、シリンダ側に延びる環状のリップである。より具体的には、背圧リップ２４は、軸線ｘに向かってシリンダ側に斜めに延びている、軸線ｘを中心又は略中心とする円錐筒状のリップである。背圧リップ２４は、使用状態においてバルブステム５２に当接する。
【００２６】
突起２５は、シールリップ２３よりもシリンダ側において内周側に突出する円弧状に延びる部分であり、シール部２１には、複数の突起２５が軸線ｘ周りに等角度間隔で設けられている。例えば、シール部２１には、４つの突起２５が形成されている。突起２５は、シールリップ２３のバルブステム５２への追従性を向上させるための部分であり、使用状態において、バルブステム５２の変位に対応してバルブステム５２にシールリップ２３を追従させるための部分である。
【００２７】
弾性体部２０において、嵌合部２２は、バルブステムシール１がバルブガイド５１に嵌着されて固定されるために機能する部分であり、補強環１０の円筒部１１を内側から覆っている。嵌合部２２は、背圧リップ２４の外周側の根元部２４ａからシリンダ側に延びている。嵌合部２２は、バルブガイド５１のカム側の端部が嵌合部２２の内側に圧入されると、図１に示すように、補強環１０の円筒部１１とバルブガイド５１の外周面との間で圧縮されて径方向の力である嵌合力を所定の大きさ発生する。この嵌合力により、バルブステムシール１がバルブガイド５１に嵌着されて固定される。嵌合部２２の径方向の厚さは、この所定の嵌合力が発生するように所定の厚さに設定されている。嵌合部２２は、軸線ｘ方向の一部の範囲において周面が上記所定の厚さに設定されていてもよく、また、嵌合部２２は、軸線ｘ方向の全ての範囲において周面が上記所定の厚さに設定されていてもよい。
【００２８】
また、バルブステムシール１は、ガータスプリング２６を有しており、ガータスプリング２６は、シール部２１の外周側に、シールリップ２３に背向して嵌着されている。ガータスプリング２６は、シールリップ２３を軸線ｘに向かう方向に押して、シールリップ２３がバルブステム５２の変位に対して追随するようにシールリップ２３に内周側に向かう緊迫力を与えている。
【００２９】
図１に示すように、シール部２１において、補強環１０のフランジ部１２は、シールリップ２３と背圧リップ２４との間に位置しており、背圧リップ２４の根元部２４ａからカム側に離れたところに位置している。具体的には、図２に拡大して示すように、シール部２１において、フランジ部１２の内周端部１３と背圧リップ２４の根元部２４ａとの間の軸線ｘ方向の間隔（基部長さＬ２）は、背圧リップ２４の根元部２４ａと背圧リップ２４の先端部２４ｂとの間の軸線ｘ方向の間隔（背圧リップ長さＬ１）よりも大きくなっている（Ｌ２＞Ｌ１）。弾性体部２０は補強環１０に一体的に形成されており、シール部２１はフランジ部１２に密着又は接触している。このため、基部長さＬ２は、フランジ部１２の内周端部１３に接する弾性体部２０の部分と背圧リップ２４の根元部２４ａとの間の弾性体部２０の軸線ｘ方向における長さでもある。基部長さＬ２のフランジ部１２の内周端部１３側の基点は、例えば、内周端１３ａの延長線とシリンダ側面１３ｃの延長線との交点や、シリンダ側角部１３ｄ上の点、シリンダ側面１３ｃとシリンダ側角部１３ｄとの接続点、内周端１３ａとシリンダ側角部１３ｄとの接続点である。基部長さＬ２のフランジ部１２の内周端部１３側の基点は、他の点であってもよい。
【００３０】
また、図２に示すように、フランジ部１２の内周端１３ａは、背圧リップ２４の根元部２４ａよりも内周側に位置している。つまり、軸線ｘからフランジ部１２の内周端１３ａまでの長さ（フランジ部内径Ｒ２）は、軸線ｘから背圧リップ２４の根元部２４ａまでの長さ（背圧リップ根元径Ｒ１）よりも短くなっている（Ｒ２＜Ｒ１）。上述の基部長さＬ２と同様に、フランジ部内径Ｒ２は、フランジ部１２の内周端１３ａに接する弾性体部２０の部分と軸線ｘとの間の弾性体部２０の長さでもある。
【００３１】
バルブステムシール１は、上述の構成を有しており、このため、使用状態において背圧リップ２４が繰り返しの背圧に対して高い耐久性を有している。具体的には、弾性体部２０の基部長さＬ２は、背圧リップ長さＬ１よりも長くなっており、このため、背圧リップ２４の変形に対する、弾性体部２０の背圧リップ２４の根元部２４ａに接続する部分の強度を高くすることができる。弾性体部２０の基部長さＬ２が長くなっているため、背圧リップ２４の変形によって発生する高い応力が背圧リップ２４の根元部２４ａからフランジ部１２の部分まで接続することを防止でき、背圧リップ２４の根元部２４ａからの破断の発生を防止することができる。
【００３２】
また、フランジ部１２のシリンダ側角部１３ｄは曲面となっており、このシリンダ側角部１３ｄに接する弾性体部２０の部分（フランジ角部対応部２１ａ）も曲面となっている。このため、背圧リップ２４の変形によりシール部２１のフランジ角部対応部２１ａに発生する応力を分散させることができ、応力集中が起こることを防ぐことができる。このため、背圧リップ２４の変形により、シール部２１のフランジ角部対応部２１ａに亀裂等の損傷が発生することを防止することができる。
【００３３】
また、フランジ部１２の内周端１３ａは背圧リップ２４の根元部２４ａよりも内周側に位置しており、フランジ部内径Ｒ２＜背圧リップ根元径Ｒ１となっている。このため、フランジ部１２は軸線ｘ方向においてカム側から背圧リップ２４の根元部２４ａを覆うように位置している。これにより、フランジ部１２によって、背圧リップ２４の根元部２４ａとシール部２１の外周側の部分である肩部２１ｂとの間の力の伝達経路が遮断され、背圧リップ２４の根元部２４ａとシール部２１の肩部２１ｂとの間で応力が連接することがなく、背圧リップ２４の破断を防止することができる。
【００３４】
また、フランジ部１２は、円筒部１１からカム側に斜めに延びており、フランジ部１２と背圧リップ２４との間の領域を大きくすることができ、シール部２１の背圧リップ２４の変形に対する強度を高めることができる。
【００３５】
このように、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１によれば、背圧リップ２４の変形に対する強度を高めることができ、背圧に対する耐久性を向上させることができる。
【００３６】
次いで、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１の耐久性能試験について説明する。本発明者は、上記本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１を作製し（試験例１）、バルブステムシール１に対して耐久性能試験を行った。この評価試験には、図３に示す試験装置６０を用いた。
【００３７】
図３に示すように、試験装置６０は対称構造となっており、ポンプ６３によって内部の油圧を調整可能に形成された油室６２を形成する基体６１に対して対称に一対の保持部６４が形成されている。保持部６４は、筐体６５と、筐体６５に固定されたブッシュ６６及びダミーガイド６７とを有している。筐体６５は基体６１に取り付けられており、筐体６５の内部は基体６１の油室６２に連通している。ブッシュ６６及びダミーガイド６７には、軸６８が軸の延び方向に往復移動可能に挿入されており、ダミーガイド６７は、バルブステムシール１が使用状態と同様に取り付け可能になっている。また、筐体６５は、ダミーガイド６７に取り付けられたバルブステムシール１が外れることがないようにバルブステムシール１をカム側から押さえるようになっている。また、ポンプ６３によって加圧された油が、ブッシュ６６及びダミーガイド６７と軸６８との間を介して、ダミーガイド６７に取り付けられたバルブステムシール１内に入り、背圧リップ２４を押圧するようになっている。油室６２内の油圧及び背圧リップ２４に加わる油圧はポンプ６３によって一定に保つことができる。軸６８は、バルブステムシール１が適用されるバルブステムと同じ径となっている。
【００３８】
耐久性能試験は、上述の試験装置６０の一方のダミーガイド６７に試験例１を取り付け、他方のダミーガイド６７に油圧保持用のダミーシールを取り付け、軸６８を往復動させることにより行った。また、背圧リップ２４に加わる油圧を１．５ＭＰＡと０との間で周期的に変動させた。試験例１の周辺温度は１２５℃一定とした。軸６８をダミーシール側に移動させると同時に、試験例１の背圧リップ２４に加わる油圧を１．５ＭＰＡとし、軸６８を試験例１側に移動させると同時に、試験例１の背圧リップ２４に加わる油圧を０に戻した。このように、試験装置６０によって４サイクルエンジンでの使用状態を再現し、試験例１の耐久性を評価した。また、従来のバルブステムシール（比較例１）に対しても、同様に試験装置６０を用いて耐久性能試験を行った。
【００３９】
試験例１においては、２，０００，０００回軸６８を往復動させても破損は発生しなかった。一方、比較例１においては、４２，０００回軸６８を往復動させて比較例１を観察すると、背圧リップの根元からカム側に延びる破損が確認された。このように、耐久性能試験からも、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール１は耐久性を向上させることができることが分かった。
【００４０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に係るバルブステムシール１に限定されるものではなく、本発明の概念及び請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００４１】
１…バルブステムシール、１０…補強環、１１…円筒部、１２…フランジ部、１３…内周端部、１３ａ…内周端、１３ｂ…カム側面、１３ｃ…シリンダ側面、１３ｄ…シリンダ側角部、２０…弾性体部、２１…シール部、２１ａ…フランジ角部対応部、２１ｂ…肩部、２２…嵌合部、２３…シールリップ、２４…背圧リップ、２４ａ…根元部、２４ｂ…先端部、２５…突起、２６…ガータスプリング、５１…バルブガイド、５２…バルブステム、６０…試験装置、６１…基体、６２…油室、６３…ポンプ、６４…保持部、６５…筐体、６６…ブッシュ、６７…ダミーガイド、６８…軸、Ｌ１…背圧リップ長さ、Ｌ２…基部長さ、Ｒ１…背圧リップ根元径、Ｒ２…フランジ部内径、ｘ…軸線
【図１】
2019022032.tif 000003
【図２】
2019022032.tif 000004
【図３】
2019022032.tif 000005
【国際調査報告】
2019022032.tif 000006
2019022032.tif 000007