(57)【要約】  【課題】  シールリング２４のリング溝２７の側面への衝突を防止する。  【解決手段】  流体圧室の流体圧力により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において、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が、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へ連なる構成となっている。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を介装し、断面略矩形状をなすリング溝２７へ入り込むリング溝側の溝側部３２の軸方向寸法３３を、反リング溝側の反溝側部３４の軸方向寸法３５よりも短くする。  【選択図】  図１
2008275093.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、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、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のシール構造において、
上記回転体が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、断面略矩形に窪んだリング溝が形成され、
上記シールリングは、上記リング溝へ入り込むリング溝側の溝側部の軸方向寸法が、反リング溝側の反溝側部の軸方向寸法よりも短く設定されていることを特徴とするシール構造。
【請求項２】
上記溝側部のリング溝側の両コーナー部に、上記リング溝の断面略Ｌ字状をなす開口周縁部の形状に対応して、断面略Ｌ字状に窪んだダンピング部がそれぞれ形成され、このダンピング部とリング溝との間に流体溜まり部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
【請求項３】
２本の流体圧通路の環状通路の間に２つの上記シールリングが中間室を挟んで設けられてい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】
上記反溝側部は、その径方向寸法が対応する軸体と回転体との間の隙間寸法と略同一に設定されてい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】
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、断面略矩形に窪んだリング溝が形成され、
上記シールリングは、上記リング溝へ入り込むリング溝側の両コーナー部に、上記リング溝の断面略Ｌ字状をなす開口周縁部の形状に対応して、断面略Ｌ字状に窪んだダンピング部がそれぞれ形成されていることを特徴とするシール構造。
【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、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ている。
【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、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リング溝の側面に衝突することが繰り返されることになり、その衝突音（打音，異音）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あり、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、シールリングのリング溝の側面への衝突を有効に防止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、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、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、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。
【０００９】
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、上記シールリングは、上記リング溝へ入り込むリング溝側の溝側部の軸方向寸法が、反リング溝側の反溝側部の軸方向寸法よりも短く設定されている。つまり、上記溝側部のリング溝寄りの両コーナー部に、上記リング溝の断面略Ｌ字状をなす開口周縁部の形状に対応して、断面略Ｌ字状に窪んだダンピング部がそれぞれ形成されており、これらのダンピング部によって、溝側部が反溝側部に比して軸方向に薄肉化されたものとなっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シールリングの中でリング溝へ入り込むリング溝寄りの溝側部の軸方向寸法を、リング溝に入り込んでいない反リング溝側の反溝側部の軸方向寸法よりも短く設定しているために、上記溝側部の側面とリング溝の側面との間、つまりダンピング部とリング溝との間に、所定容積の流体溜まり部を形成することができる。従って、シールリングが一方の環状通路からの圧力により軸方向へ移動しようとする場合に、流体溜まり部内に実質的に封入される作動流体の流体圧が環状通路側からの圧力に対抗する、いわゆるダンピング効果が得られることとなり、シールリングとリング溝との衝突を有効に回避することができる。しかも、溝側部の軸方向寸法をリング溝の軸方向寸法よりも十分に小さく設定することができ、シールリングとリング溝との熱膨張差等による軸方向寸法の変化を十分に許容・吸収することができ、材料選択の自由度が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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３及び図４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３は全体構成を簡略的に示すものであり、本実施例の特徴的なシールリング２４の形状等については描かれていない。
【００１２】
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。
【００１３】
図４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。
【００１４】
図３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の外周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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、本実施例の２本のシールリング２４（２４Ａ，２４Ｂ）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が装着される断面略矩形状に窪んだ合計３つのリング溝２７（２７Ａ，２７Ｂ），２８が形成されている。
【００１７】
図１は、両環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間に設けられる２本のシールリング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の間に中間室４１を挟んで２本のシールリング２４（２４Ａ，２４Ｂ）が軸方向に並設されている。各シールリング２４には、リング溝２７へ入り込むこととなるリング溝２７寄りの両コーナー部に、断面略矩形状をなすリング溝２７の断面略Ｌ字状の開口周縁部の形状に対応して、断面略Ｌ字状に窪んだダンピング部３０がそれぞれ形成されている。つまり、各ダンピング部３０は、シールリング２４の軸方向側面よりリング内方へ略直角に折曲し、シールリング２４の内・外周面と同心状の円筒面をなす周面３０Ａと、シールリング２４の内周面より略直角に折曲してシールリング２４の軸方向側面と平行な平面をなす側面３０Ｂと、により構成されている。なお、反リング溝寄りのコーナー部にはこのようなダンピング部は形成されていない。従って、各シールリング２４のリング溝側の溝側部３２の軸方向寸法３３が、反リング溝側の反溝側部３４の軸方向寸法３５よりも短くなっている。つまり、溝側部３２が反溝側部３４よりも軸方向（図１の左右方向）に薄肉化され、この溝側部３２の側面が上記ダンピング部３０の側面３０Ｂを構成し、反溝側部３４の外周面が上記ダンピング部３０の周面３０Ａを構成している。また、反溝側部３４の軸方向寸法３５は、リング溝２７の軸方向寸法３６と同等またはそれ以上に設定されている。
【００１８】
反溝側部３４の径方向寸法３７，３８、つまり反溝側部３４の内周面から外周面３０Ａまでの寸法３７，３８は、対応する軸体１７と回転体１５との隙間寸法３９，４０と略同一、より詳しくは後述する極小通路４３に相当する分だけ僅かに小さい寸法に設定されている。なお、この実施例では、２つのシールリング２４間に形成される中間室４１の容積を大きく確保して、中間室４１内に封入される流体圧によるシールリング２４のリング溝２７への所期の衝突低減作用が得られるように、この中間室４１における隙間寸法３９が、その両側の環状通路１１Ｂ，１２Ｂにおける隙間寸法４０よりも大きく設定されており、これに対応して、反溝側部３４における中間室４１寄りの径方向寸法３７が環状通路１１Ｂ，１２Ｂ寄りの径方向寸法３８よりも大きく設定されている。この結果、各シールリング２４は内周側と外周側で非対称の断面形状をなしており、また、両シールリング２４Ａ，２４Ｂが中間室４１を挟んで略対称な断面形状をなしている。
【００１９】
図２を参照して、（Ａ）は断面略矩形状をなす比較例のシールリング２４’を、（Ｂ）は本実施例のシールリング２４を示している。いま、上述した交番荷重等に起因して図の左側の第１環状通路１１Ｂ側内に封入される作動流体の圧力Ｆ１がシールリング２４’へ作用すると、比較例のものでは、シールリング２４’が右方へ移動して、その右側の側面がリング溝２７の右側の内側面へ強く衝突してしまう。
【００２０】
これに対して本実施例では、溝側部３２の軸方向寸法３３が反溝側部３４及びリング溝２７の軸方向寸法３５，３６よりも短く設定されているために、シールリング２４における溝側部３２とシール溝２７との間に、ダンピング部３０の周面３０Ａ及び側面３０Ｂと、シール溝２７の底面及び側面と、によって断面略矩形状に囲われた空間である流体溜まり部４２が形成されている。ここで、上述したように反溝側部３４の径方向寸法３７，３８が対応する軸体１７と回転体１５との隙間寸法３９，４０と略同一又は僅かに小さいものとされているので、この流体溜まり部４２と環状通路１１Ｂ，１２Ｂ又は中間室４１とを連通する部分が極めて小さな通路断面積のオリフィス状の極小通路４３となり、流体溜まり部４２内に良好に作動流体が封入される形となる。従って、上記の比較例と同様に、図の左側の第１環状通路１１Ｂ側より強い圧力Ｆ１を受けて、シールリング２４が右方へ移動しようとすると、右側の流体溜まり部４２に実質的に封入された作動流体の流体圧が上記の圧力Ｆ１に対抗するものとなり、いわゆるダンピング効果を得るれることとなり、かつ、上記の圧力Ｆ１によりシールリング２４が右方へ移動するほど、つまりダンピング部３０の側面３０Ｂが対向するリング溝２７の側面に近づくほど、上記の極小通路４３が長くなり、その通流抵抗が増大するので、シールリング２４とリング溝２７との衝突を有効に回避することができる。
【００２１】
しかも、溝側部３２の軸方向寸法３３がリング溝２７の軸方向寸法３６よりも十分に小さく設定されているために、シールリング２４とリング溝２７との熱膨張差等による軸方向寸法の変化を余裕をもって許容・吸収することができ、材料選択の自由度が高い。
【００２２】
また、本実施例のように、２つの環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間に、２つのシールリング２４Ａ，２４Ｂを中間室４１を挟んで２箇所に設けた場合、上記の特開２００１−５９５７４号公報のものと同様、交番荷重に起因するシールリング２４とリング溝２７との衝突をより確実に低減・回避することができる。
【００２３】
しかしながら、本発明では上述した流体溜まり部４２におけるダンピング効果によりシールリング２４とリング溝２７との衝突を低減・回避することができることから、例えば２つの環状通路１１Ｂ，１２Ｂの間にオイルリング２４を１つだけ配置するような構成とすることも可能であり（図２（Ｂ）参照）、この場合、上述した実施例に比して、部品点数が少なく、構成の簡素化やコスト削減等のメリットが得られる。
【００２４】
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、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】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例に係るシール構造が適用された図３の要部を拡大して示す断面図。
【図２】比較例（Ａ）及び本実施例（Ｂ）のシール構造を示す断面図。
【図３】本実施例のシール構造が適用される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４】図３のバルブタイミング変更装置を示す断面図。
【符号の説明】
【００２６】
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，２４Ｂ）…シールリング
２７（２７Ａ，２７Ｂ）…リング溝
３０…ダンピング部
３２…溝側部
３４…反溝側部
４１…中間室
４２…流体溜まり部
【図１】
2008275093.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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