(57)【要約】  【課題】  シールリング２４のリング溝２７の側面への衝突による衝撃を吸収・緩和する。  【解決手段】  回転体１５を略円柱状の軸体１７の外周に同心状に配置し、流体圧室へ作動流体を供給する２本の流体圧通路のそれぞれを、軸体１７の内部通路から軸体１７と回転体１５との間に形成される環状通路１１Ｂ，１２Ｂへ連なる構成とする。軸体１７と回転体１５の間に、２つの環状通路１１Ｂ，１２Ｂを仕切るシールリング２４を、軸体１７の外周面に形成された断面矩形のリング溝２７に装着する。シールリング２４とリング溝２７との衝突による衝撃を緩和する衝撃緩和部３０として、リング溝２７の開口周縁部に溝側傾斜面３１を形成するとともに、シールリング２４に、溝側傾斜面３１に摺接可能なリング側傾斜面３２を形成することにより、実質的な衝突速度を小さくして、衝突時の衝撃を緩和する。  【選択図】  図１
2008275092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の流体圧通路によりそれぞれ作動流体が供給される２つの流体圧室の流体圧に応じて作動する流体圧機器のシール構造において、
略円柱状の軸体の外周に回転体が同心状に配置され、
上記２本の流体圧通路のそれぞれが、軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路へと連なるものであり、
上記軸体と回転体の間に上記２本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装されるとともに、上記軸体の外周面又は回転体の内周面に、上記シールリングが装着される断面略矩形に窪んだリング溝が形成され、
上記軸体又は回転体とシールリングの摺接部位に、上記シールリングの側面とリング溝の側面との衝突による衝撃を緩和するための衝撃緩和部を設けたことを特徴とするシール構造。
【請求項２】
上記流体圧機器が、回転体とその外側に同心状に配置された外側回転体との相対回転位置を変化させることで、内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関のバルブタイミング変更装置であることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
【請求項３】
上記２本の流体圧通路の環状通路の間に設けられる上記シールリングが一本であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシール構造。
【請求項４】
上記衝撃緩和部が、上記リング溝の開口周縁部に形成され、このリング溝の側面に対して傾斜する溝側傾斜面と、上記シールリングに形成され、このシールリングの側面に対して傾斜し、上記溝側傾斜面に摺接可能なリング側傾斜面と、を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシール構造。
【請求項５】
上記溝側傾斜面及びリング側傾斜面のそれぞれが、断面直線状の傾斜面をなしていることを特徴とする請求項４に記載のシール構造。
【請求項６】
上記シールリングは、リング溝へ入り込む溝側部と、この溝側部よりも軸方向寸法の長い反リング溝側の反溝側部と、を有し、
上記リング側傾斜面が溝側部と反溝側部との間に形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のシール構造。
【請求項７】
上記衝撃緩和部が、上記リング溝の底面に対向する回転体の内周面又は軸体の外周面に形成され、内側へ窪んだ湾曲面をなす溝側湾曲面と、上記シールリングの反リング溝側の周面に形成され、上記溝側湾曲面に摺接可能な湾曲面をなすリング側湾曲面と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシール構造。
【請求項８】
上記溝側湾曲面は、軸方向両側へ向かうに従って曲率が大きくなることを特徴とする請求項７に記載のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関の油圧駆動式のバルブタイミング変更装置のような２つの流体圧室の流体圧に応じて作動する流体圧機器のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１や特許文献２に記載されているように、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変化させるバルブタイミング変更装置は、２本の流体圧通路によりそれぞれ作動流体としての作動油が供給される２つの流体圧室の流体圧に応じて、同心状に配置された回転体とその外側の外側回転体との相対回転位置を変化させることで、バルブタイミングを変化させるようになっている。
【０００３】
上記回転体は、例えば内燃機関のフロントカバーに一体的に形成される略円柱状の軸体（スパイダとも呼ぶ）の外周に同心状に配置され、上記２本の流体圧通路のそれぞれが、軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路を経て回転体の内部通路へと連なるものとなっている。軸体と回転体の間には、上記２本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装される。このシールリングは、上記軸体の外周面に凹設されたリング溝に装着される。
【特許文献１】特開２００１−５９５７４号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の運転中、回転体（又は外側回転体）にはカムシャフト側より燃焼圧やバルブスプリング反力等に起因する交番荷重が作用するために、特に２つの流体圧室内の圧力を保持しているような場合に、２つの流体圧室やその流体圧通路内の圧力が交番荷重の影響を受けて交番的に変動することになる。このため、特に２本の流体圧通路の環状通路の間に配置されるシールリングでは、２つの環状通路から交番的に作用する圧力の影響によって、リング溝内を軸方向に移動してシールリングの側面とリング溝の側面との衝突が繰り返されることになり、その衝突音（打音，異音）や振動の発生や、衝突によるシールリングの摩耗が懸念される。
【０００５】
このようなシールリングのリング溝内での軸方向の移動を防止するために、シールリングとリング溝との隙間を小さなものとすると、リング溝が形成される軸体とシールリングとの熱膨張差による隙間の変動を許容・吸収することができず、シールリング等の材料選択の自由度が小さくなる。
【０００６】
また、上記の特許文献１では、２本の流体圧通路の環状通路の間に２本のシールリングを中間室を挟んで設けており、この場合、シールリングとリング溝との衝突の防止には効果があるものの、未だ十分とはいえず、また、部品点数の増加による構造の複雑化やコストの増加といった問題が新たに派生し、更なる改善が望まれていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、シールリングの側面とリング溝の側面との衝突による衝撃を有効に緩和し得る新規なシール構造を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のシール構造は、２本の流体圧通路によりそれぞれ作動流体が供給される２つの流体圧室の流体圧に応じて作動する流体圧機器に適用される。このような流体圧機器として特に好ましくは、回転体とその外側に同心状に配置された外側回転体との相対回転位置を変化させることで、内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを変化させる内燃機関のバルブタイミング変更装置である。上記回転体は略円柱状の軸体の外周に同心状に配置され、上記２本の流体圧通路のそれぞれが、上記軸体の内部通路から軸体と回転体との間に形成される環状通路へと連なるものである。上記軸体と回転体の間に上記２本の流体圧通路の環状通路を仕切るシールリングが介装されるとともに、上記軸体の外周面又は回転体の内周面に、断面略矩形に窪んだリング溝が形成されている。そして、上記軸体又は回転体とシールリングの摺接部位に、上記シールリングの側面とリング溝の側面との衝突による衝撃を緩和するための衝撃緩和部を設けたことを特徴としている。
【０００９】
第１の発明における衝撃緩和部は、上記リング溝の開口周縁部に形成され、このリング溝の側面に対して傾斜する溝側傾斜面と、上記シールリングに形成され、このシールリングの側面に対して傾斜し、上記溝側傾斜面に摺接可能なリング側傾斜面と、を有するものである。
【００１０】
第２の発明における衝撃緩和部は、上記リング溝の底面に対向する回転体の内周面又は軸体の外周面に形成され、内側へ窪んだ湾曲面をなす溝側湾曲面と、上記シールリングの反リング溝側の周面に形成され、上記溝側湾曲面に摺接可能な湾曲面をなすリング側湾曲面と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸体又は回転体とシールリングの摺接部位に設けられた衝撃緩和部によって、シールリングの側面とリング溝の側面との衝突による衝撃を緩和することにより、上記衝突に起因する衝突音や振動、更にはシールリングの摩耗を抑制することができる。このために、２本の流体圧通路の環状通路の間に設けられるシールリングを一本化することが可能となり、環状通路の間にシールリングを２本以上設ける場合に比して、部品点数の削減により構造が簡素化されるとともにコストを抑制することができる。しかも、シールリングのリング溝内での軸方向の移動を防止するためにシールリングとリング溝との隙間を過度に小さくする必要がなく、シールリング等の材料選択の自由度を十分に確保することができる。
【００１２】
特に、第１の発明においては、互いに摺接可能な溝側傾斜面とリング側傾斜面と、を設けることによって、シールリングとリング溝との衝突速度を実質的に低く抑制することで、衝突時の衝撃を緩和することができる。また、第２の発明においては、溝側湾曲面とリング側湾曲面との摺接部位に作用するフリクションによって、シールリングとリング溝との衝突を低減・回避しつつ、衝突時の衝撃を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図５及び図６は、本発明に係るシール構造が適用される流体圧機器として、内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブタイミングを変化させる油圧駆動式のバルブタイミング変更装置１０を簡略的に示している。なお、このようなバルブタイミング変更装置１０自体は上記の特開２００１−５９５７４号公報や特開２００４−１４３９７１号公報等に記載されているように公知であるので、ここでは簡単な説明にとどめる。また、図５や図６は、後述する実施例の特徴的なシール構造について描いたものではなく、あくまで全体構成を簡略的に示すものである。
【００１４】
このバルブタイミング変更装置１０は、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから吸・排気弁を開閉させるカム２を備えたカムシャフト１への動力伝達経路に設けられ、２本の第１流体圧通路１１及び第２流体圧通路１２を介してそれぞれ作動流体（作動油）が供給される２つの第１流体圧室１３と第２流体圧室１４との流体圧に応じて、同心状に配置された内側回転体（回転体）１５と、その外側の外側回転体１６と、の相対回転位置を変化させることで、カムシャフト１の回転位相を遅角・進角させて、バルブタイミングを変化させるものである。外側回転体１６は、チェーンやベルトを介してクランクシャフトから回転動力が伝達されるスプロケットやプーリと一体的に回転し、内側回転体１５は、カムシャフト１に固定されて、このカムシャフト１と一体的に回転する。
【００１５】
図６に示すように、内側回転体１５には軸部１５Ａより径方向外方へ突出する複数（この例では４つ）のベーン１５Ｂが設けられ、各ベーン１５Ｂにより、外側回転体１６内に形成される凹部１６Ａが上記の第１，第２流体圧室１３，１４に液密に区画される。これら第１，第２流体圧室１３，１４の流体圧に応じてベーン１５Ｂが凹部１６Ａ内を回転移動することによって、内側回転体１５と外側回転体１６の相対回転位置が変化することとなる。
【００１６】
図５に示すように、内側回転体１５の円筒状の軸部１５Ａは、円柱状の軸体（スパイダとも呼ぶ）１７の外側に同心状に配置されている。この軸体１７は、この実施例では内燃機関のシリンダヘッド等に固定されるフロントカバー３に一体的に形成されている。この軸体１７を利用して２本の流体圧通路１１，１２が形成されている。つまり、各流体圧通路１１，１２は、軸体１７の内部に形成された内部通路１１Ａ，１２Ａから、軸体１７の外周面と内側回転体１５の軸部１５Ａの内周面との間に形成される環状通路１１Ｂ，１２Ｂを経て、内側回転体１５の内部に形成される内部通路１１Ｃ，１２Ｃへと連なるものとなっている。このように内側回転体１５の内部を軸方向に延在する軸体１７を利用して２本の流体圧通路１１，１２を形成することにより、これら流体圧通路１１，１２の短縮化や構造の簡素化が図られている。
【００１７】
流体圧制御弁１８は、３位置切換型であり、両流体圧通路１１，１２を、オイルポンプ１９からの供給通路２０とオイルパン２１への排出通路２２にそれぞれ選択的に連通させるか、あるいは図示するように両流体圧通路１１，１２を遮断して両流体圧室１３，１４内の流体圧を保持する。この流体圧制御弁１８の動作は制御部２３により機関運転状態に応じて制御される。
【００１８】
そして、軸体１７の外周面と内側回転体１５の軸部１５Ａの内周面との間には、２本の流体圧通路１１，１２の環状通路１１Ｂ，１２Ｂを液密に仕切る・区画する一本のシールリング２４が介装されるとともに、一方の第１環状通路１１Ｂと大気に開放する大気開放部２６とを仕切る補助シールリング２５が介装されている。また、軸体１７の外周面には、各シールリング２４，２５が装着される断面矩形状に窪んだリング溝２７，２８がそれぞれ形成されている。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施例に係る両環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間に設けられるシールリング２４の断面形状を示している。同図に示すように、この実施例では環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間に一本のシールリング２４が、軸体１７の外周面に凹設された断面矩形状のリング溝２７に装着されている。そして、軸体１７とシールリング２４の摺接部位に、シールリング２４の側面とリング溝２７の側面との衝突による衝撃を緩和するための衝撃緩和部３０が設けられている。
【００２０】
この衝撃緩和部３０は、この第１実施例では、リング溝２７の両側の開口周縁部に形成され、このリング溝２７の側面に対して傾斜する一対の溝側傾斜面３１と、シールリング２４に形成され、このシールリング２４の側面に対して傾斜し、上記溝側傾斜面３１にそれぞれ摺接可能な一対のリング側傾斜面３２と、により構成されている。これら溝側傾斜面３１及びリング側傾斜面３２のそれぞれが、断面直線状の傾斜面をなしている。
【００２１】
溝側傾斜面３１はリング溝２７の両側の開口周縁部を斜めに切り欠いた面取り形状に形成されている。また、シールリング２４は、リング溝２７へ入り込む断面矩形状の溝側部３３と、この溝側部３３よりも軸方向寸法の長い断面矩形状の反リング溝側の反溝側部３４と、を有し、これら溝側部３３と反溝側部３４との間にリング側傾斜面３２が形成されている。すなわち、溝側部３３の側面と反溝側部３４の側面とを傾斜するリング側傾斜面３２により繋いだ構成となっている。
【００２２】
このように衝撃緩和部３０を形成した本実施例では、シールリング２４の側面とリング溝２７の側面との衝突による衝撃を有効に低減・緩和することができ、これによって、上記衝突に起因する衝突音や振動、更にはシールリングの摩耗を抑制することができる。このように衝突時の衝撃緩和のメカニズムについて、図２及び図３（Ｂ）に示す断面矩形状の比較例のシールリング２４’を参照して説明する。なお、図３は互いに対向するシールリング２４，２４’の側面とリング溝２７の側面とを拡大して示すもので、図３（Ａ）は衝撃緩和部３０が形成された本実施例を示している。
【００２３】
図３を参照して、シールリング２４，２４’が左側の環状通路１１Ｂより圧力を受けて右方向（符号Ｖａ参照）へ移動し、その右側の側面がリング溝２７の側面に衝突する場合、本実施例のように衝撃緩和部３０を設けた構成では、環状通路１１Ｂ，１２Ｂからの圧力によるシールリングの移動方向（図３の符号Ｖａの方向・軸方向）に対して、その溝側傾斜面３１とリング側傾斜面３２とが傾斜することとなる。従って、本実施例では、仮に比較例と同じ速度Ｖａでシールリング２４，２４’が移動したとしても、その実質的な衝突速度Ｖｂ、つまりは衝突面に直交する方向の速度成分Ｖｂを比較例の速度Ｖａに比して小さくすることができ、この衝突による衝撃を緩和・吸収することができるのである。
【００２４】
このために、図１にも示すように２本の流体圧通路１１，１２の環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間に設けられるシールリング２４を一本化することが可能となり、環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間にシールリングを２本以上設ける場合に比して、部品点数の削減による構造の簡素化やコスト低減化を図ることができる。しかも、シールリング２４のリング溝２７内での軸方向の移動を防止するためにシールリング２４とリング溝２７との隙間を過度に小さくする必要がなく、シールリング等の材料選択の自由度を十分に確保することができる。
【００２５】
図４は、本発明の第２実施例に係る衝撃緩和部４０が適用されたシール構造を示す断面図である。なお、上記第１実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００２６】
この第２実施例の衝撃緩和部４０は、リング溝２７の底面に対向する回転体１５の内周面に形成され、内側へ窪んだ湾曲面をなす溝側湾曲面４１と、シールリング２４Ａの反リング溝側の外周面に形成され、上記の溝側湾曲面４１に摺接可能な湾曲面をなすリング側湾曲面４２と、により構成されている。溝側湾曲面４１は、軸方向両側へ向かうに従って曲率が大きくなっており、つまり軸方向両側部４１Ａが軸方向中央部４１Ｂよりも曲率半径が小さなものとなっている。
【００２７】
例えばシールリング２４Ａの左側の環状通路１１Ｂ内の圧力が高くなると、シールリング２４Ａは、その内周面に作用する圧力によってリング側湾曲面４２が溝側湾曲面４１に押し付けられながら、環状通路１１Ｂに面する左側の側面に作用する圧力によって他方の環状通路１１Ｂへ向かう軸方向、つまり図の右側へ移動することとなり、この際、上記リング側湾曲面４２と溝側湾曲面４１との間に作用する摺動摩擦抵抗つまりフリクションによって、その移動エネルギーを吸収して、シールリング２４Ａの移動速度を低減し、リング溝２７の側面への衝突を低減・防止できるとともに、この衝突時の衝撃を低減・緩和することができる。
【００２８】
特に本実施例では、溝側湾曲面４１が内側へ窪んだ湾曲面をなし、かつ、軸方向両側へ向かうに従って曲率半径が大きくなるように設定されているために、シールリング２４Ａの側面がリング溝２７の側面に近づくほど、上記シールリング２４Ａが溝側湾曲面４１上に乗り挙げられていき、かつ、上記のフリクションが大きくなっていくために、上記の衝突・衝撃をより有効に低減することができる。このことから、上記の第１実施例と同様、シールリング２４Ａの一本化が可能となり、かつ、材料選択の自由度を十分に確保することが可能となる。
【００２９】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、衝突時の衝撃をより確実に低減するために、第１実施例の衝撃緩和部３０と第２実施例の衝撃緩和部４０とを併用しても良い。また、上記第１，第２実施例では２つの環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間に設けられるシールリングを一本化していたが、上記特開２００１−５９５７４号公報と同様、２つの環状通路の間に、２本以上のシールリングを中間室を挟んで設けるようにしても良い。この場合、上記実施例に比して部品点数が多くなるものの、シールリングとリング溝との衝突を更に確実に低減・回避することができる。更に、上記実施例ではリング溝２７を軸体１７の外周面に形成しているが、回転体１５の内周面に形成しても良い。また、本発明のシール構造は上記実施例のバルブタイミング変更装置１０に限られず、流体圧通路の内部通路が形成された軸体と回転体とを備えた様々な流体圧機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例に係るシール構造を示す断面図。
【図２】比較例に係るシール構造を示す断面図。
【図３】上記第１実施例（Ａ）及び比較例（Ｂ）のシール構造を示す断面図。
【図４】本発明の第２実施例に係るシール構造を示す断面図。
【図５】上記シール構造が適用される流体圧機器としての内燃機関のバルブタイミング変更装置を簡略的に示す断面対応図。
【図６】図５のバルブタイミング変更装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…バルブタイミング変更装置（流体圧機器）
１１，１２…流体圧通路
１１Ａ，１２Ａ…内部通路
１１Ｂ，１２Ｂ…環状通路
１３，１４…流体圧室
１５…内側回転体（回転体）
１６…外側回転体
１７…軸体
２４，２４Ａ…シールリング
２７…リング溝
３０…衝撃緩和部
３１…溝側傾斜面
３２…リング側傾斜面
３３…溝側部
３４…反溝側部
４０…衝撃緩和部
４１…溝側湾曲面
４２…リング側湾曲面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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