(57)【要約】【課題】弾性体を介したバルブステムシールのバルブガイドへの嵌合を維持しつつ、バルブステムシールのバルブガイドからの抜けを抑制することができる密封構造を提供する。【解決手段】密封構造１は、バルブガイド１０と、バルブステムシール２０とを備えている。バルブガイド１０はカム側の端部１２において端面１２ａにシリンダ側に凹む環状凹部１４を備えている。バルブステムシール２０は補強環３０と補強環３０に取り付けられている弾性体部４０とを備え、弾性体部４０のシール部４１は、シール基部４３と、シールリップ４４と、背圧リップ４５と、バルブガイド当接リップ４６とを一体に有している。背圧リップ４５はバルブガイド１０の環状凹部１４内に進入し、バルブステムに当接する。バルブガイド当接リップ４６は、バルブガイド１０の環状凹部１４の環状側面１５に当接している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関において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、該バルブステムが挿通される一端がカム側に臨み他端が前記シリンダ側に臨むバルブガイドとの間の密封を図る密封構造であって、
バルブガイドと、
前記バルブガイドに該バルブガイドの一端において嵌着されるバルブステムシールとを備え、
前記バルブステムシールは、軸線を中心とする環状の補強環と、該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を中心とする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シールリップ、該シールリップより前記バルブガイド側に配設されている前記バルブステムに当接する背圧リップ、及び前記バルブガイドに当接するバルブガイド当接リップを備えるシール部と、前記補強環と前記バルブガイドとの間で押圧される嵌合部とを備え、
前記バルブガイドは、前記一端に、該一端から他端方向に延びる環状の側面を形成する前記他端方向に凹む環状の環状凹部を備え、
前記背圧リップは、少なくとも一部が前記環状凹部内に収容され、
前記バルブガイド当接リップは、前記環状凹部の前記環状の側面に当接することを特徴とする密封構造。
【請求項２】
前記背圧リップと前記バルブガイド当接リップとの間に、前記バルブガイドの前記他端方向に開放する環状の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の密封構造。
【請求項３】
前記環状の溝部は、前記軸線に直交する方向の幅が前記カム側に向かって狭まっていく形状を有していることを特徴とする請求項２記載の密封構造。
【請求項４】
前記シール部は、環状のシール基部を備え、前記シールリップは、前記シール基部から前記カム側に延びており、前記背圧リップは、前記シール基部の前記バルブガイド側から前記軸線に向かって延びており、前記バルブガイド当接リップは、前記シール基部の前記バルブガイド側から前記環状凹部の前記環状の側面に向かって延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の密封構造。
【請求項５】
前記補強環は、前記軸線方向に延びる円筒状の円筒部と、該円筒部の一端から前記軸線に向かって延びる中空円盤状のフランジ部とを備え、該フランジ部の前記軸線側の端部が、前記シール部において前記シール基部の部位に位置していることを特徴とする請求項４記載の密封構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封構造に関し、特に、内燃機関におけるバルブガイドとバルブステムシールとによる密封構造に関する。
【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、この潤滑油のポートやシリンダへの流入の防止を図っている。図３は、従来のバルブステムシールを取り付け状態において示す断面図である。図３に示すように、従来のバルブステムシール１００は、補強環１０１と、補強環１０１に一体的に形成され弾性体から成る弾性体部１０２とを備え、弾性体部１０２は、バルブステム１１０に対してバルブステム１１０が摺動自在に接触するシールリップ１０３と、シールリップ１０３よりシリンダ側に配設された背圧リップ１０４とを備えている。バルブステムシール１００は、弾性体部１０２の嵌合部１０５がバルブガイド１１１と補強環１０１との間で圧縮されて、バルブガイド１１１に嵌着され、シールリップ１０３がバルブステム１１０に接触して上述のように潤滑油の供給量を制御する。また、背圧リップ１０４は、ポート圧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１０３に加わる背圧を抑制し、シールリップ１０３の背圧による変形を抑制して、シールリップ１０３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】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４５６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように従来のバルブステムシール１００においては、背圧リップ１０４を設けることでシールリップ１０３に加わる背圧を抑制している。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、ターボチャージャの搭載等によってポート圧が増加する傾向にあり、背圧が高くなる傾向にある。このため、従来のバルブステムシール１００は、高い背圧を受けて、バルブガイド１１１から抜けてしまう場合がある。
【０００５】
これに対して、バルブステムシール１００のように弾性体である嵌合部１０５を介してではなく、金属製の部材を介して、バルブステムシールをバルブガイドに嵌合させる構造が考えられている。しかしながら、金属製の部材を介する嵌合とする場合、バルブステムシールをバルブガイドに嵌合させる際に必要な組付け力が大きく、大きな組付け力を発生する組付け設備が必要となる。
【０００６】
このため、従来から、弾性体を介したバルブステムシールのバルブガイドへの嵌合を維持しつつ、バルブステムシールのバルブガイドからの抜けを抑制することができる、バルブステムとバルブガイドとの間の密封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、弾性体を介したバルブステムシールのバルブガイドへの嵌合を維持しつつ、バルブステムシールのバルブガイドからの抜けを抑制することができる密封構造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、本発明に係る密封構造は、内燃機関において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、該バルブステムが挿通される一端がカム側に臨み他端が前記シリンダ側に臨むバルブガイドとの間の密封を図る密封構造であって、バルブガイドと、前記バルブガイドに該バルブガイドの一端において嵌着されるバルブステムシールとを備え、前記バルブステムシールは、軸線を中心とする環状の補強環と、該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を中心とする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シールリップ、該シールリップより前記バルブガイド側に配設されている前記バルブステムに当接する背圧リップ、及び前記バルブガイドに当接するバルブガイド当接リップを備えるシール部と、前記補強環と前記バルブガイドとの間で押圧される嵌合部とを備え、前記バルブガイドは、前記一端に、該一端から他端方向に延びる環状の側面を形成する前記他端方向に凹む環状の環状凹部を備え、前記背圧リップは、少なくとも一部が前記環状凹部内に収容され、前記バルブガイド当接リップは、前記環状凹部の前記環状の側面に当接することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る密封構造において、前記背圧リップと前記バルブガイド当接リップとの間に、前記バルブガイドの前記他端方向に開放する環状の溝部が形成されている。
【００１０】
本発明の一態様に係る密封構造において、前記環状の溝部は、前記軸線に直交する方向の幅が前記カム側に向かって狭まっていく形状を有している。
【００１１】
本発明の一態様に係る密封構造において、前記シール部は、環状のシール基部を備え、前記シールリップは、前記シール基部から前記カム側に延びており、前記背圧リップは、前記シール基部の前記バルブガイド側から前記軸線に向かって延びており、前記バルブガイド当接リップは、前記シール基部の前記バルブガイド側から前記環状凹部の前記環状の側面に向かって延びている。
【００１２】
本発明の一態様に係る密封構造において、前記補強環は、前記軸線方向に延びる円筒状の円筒部と、該円筒部の一端から前記軸線に向かって延びる中空円盤状のフランジ部とを備え、該フランジ部の前記軸線側の端部が、前記シール部において前記シール基部の部位に位置している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る密封構造によれば、弾性体を介したバルブステムシールのバルブガイドへの嵌合を維持しつつ、バルブステムシールのバルブガイドからの抜けを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る密封構造の概略構造を示すための軸線に沿う断面図である。
【図２】内燃機関において使用されている状態における本発明の実施の形態に係る密封構造の軸線に沿う断面図である。
【図３】従来のバルブステムシールを取り付け状態において示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る密封構造の概略構造を示すための軸線に沿う断面図である。本発明の実施の形態に係る密封構造は、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、図面において符号Ａ側をカム側、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に向かう方向を内周側とし（図１の矢印ａの方向）、軸線ｘから遠ざかる方向を外周側とする（図１の矢印ｂの方向）。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る密封構造１は、バルブガイド１０と、バルブステムシール２０とを備えている。後述するように、密封構造１は使用状態において、バルブステムシール２０がバルブガイド１０のカム側の一端に嵌着される。図１においては、バルブステムシール２０がバルブガイド１０の一端に嵌着されている状態における密封構造１を示している。
【００１８】
バルブガイド１０は、軸線ｘ方向に延びる円筒状の形状を呈しており、後述するようにバルブのバルブステムが軸線ｘ方向において往復運動可能に挿通される、軸線ｘ方向に延びる貫通孔であるガイド孔１１を有している。ガイド孔１１は、バルブガイド１０のカム側の端部である端部１２（一端）とバルブガイド１０のシリンダ側の端部である端部１３（他端）との間に延びており、ガイド孔１１の内径は、バルブステムの外径よりも大きくなっている。また、バルブガイド１０は、バルブステムシール２０が取り付けられるカム側の端部１２においてバルブステムシール２０に面する面である端面１２ａに、シリンダ側の端部１３方向に凹む環状の凹部である環状凹部１４を備えている。
【００１９】
環状凹部１４は、端部１２の端面１２ａからシリンダ側の端部１３の方向に延びる環状の側面である環状側面１５を備え、また、環状側面１５のシリンダ側（端部１３側）の端部から軸線ｘに向かって延びる面である底面１６を備えている。具体的には、環状側面１５は、図１に示すように、軸線ｘを中心とする円筒状の面であり、また、底面１６は、径方向に延びる円盤状の面であり、ガイド孔１１に接続している。このように、バルブガイド１０のカム側の端部１２には、ガイド孔１１を覆うように環状凹部１４が形成されており、端部１２側において、ガイド孔１１は、環状凹部１４の底面１６まで延びている。
【００２０】
バルブステムシール２０は、軸線ｘを中心とする環状の金属製の補強環３０と、補強環３０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を中心とする環状の弾性体部４０とを備えている。弾性体部４０の弾性体は、例えば、フッ素ゴム等のゴム材である。補強環３０は、例えばプレス加工や鍛造によって製造されており、弾性体部４０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３０は成形型の中に配置されており、弾性体部４０が架橋接着により補強環３０に接着され、弾性体部４０が補強環３０と一体的に成形される。
【００２１】
補強環３０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、軸線ｘ方向に延びる円筒状の円筒部３１と、円筒部３１のカム側の端部から軸線ｘに向かって延びる中空円盤状のフランジ部３２とを備えている。
【００２２】
弾性体部４０は、シール部４１と、嵌合部４２とを一体に有している。シール部４１は、軸線ｘ方向に延びる環状のシール基部４３と、後述するように挿通されるバルブステムに当接するシールリップ４４と、シールリップ４４よりバルブガイド１０側（シリンダ側）に配設されているバルブステムに当接する背圧リップ４５と、バルブガイド１０に当接するバルブガイド当接リップ４６とを一体に有している。
【００２３】
具体的には、図１に示すように、シールリップ４４は、シール基部４３からカム側に向かって延びており、内周側のカム側の端部には、軸線ｘを中心とする環状のリップ先端部４４ａが形成されている。リップ先端部４４ａは、軸線ｘに向かって突出しており、断面形状が内周側に向かって凸の楔形状の部分である。後述するように、使用状態において、シールリップ４４はリップ先端部４４ａにおいてバルブステムに当接する。
【００２４】
シールリップ４４の外周側には、リップ先端部４４ａに対向してガータスプリング４７が嵌着されており、ガータスプリング４７は、シールリップ４４を軸線ｘに向かう方向に付勢して、リップ先端部４４ａがバルブステムの変位に対して追随するようにリップ先端部４４ａにバルブステムに対する緊迫力を与えている。
【００２５】
背圧リップ４５は、図１に示すように、シール基部４３のシリンダ側から軸線ｘに向かって延びるリップであり、より具体的には、シール基部４３のシリンダ側の端部である端部４３ａの内周側から、内周方向且つシリンダ側に向かう方向に延びる軸線ｘを中心とする環状のリップである。背圧リップ４５は、バルブガイド１０の環状凹部１４内に進入しており、少なくとも一部が環状凹部１４内に収容されている。また、後述するように、使用状態において、背圧リップ４５はバルブステムに当接する。
【００２６】
バルブガイド当接リップ４６は、図１に示すように、シール基部４３のシリンダ側から軸線ｘから遠ざかる方向に延びるリップである。より具体的には、バルブガイド当接リップ４６は、背圧リップ４５に外周側において隣接しており、シール基部４３のシリンダ側の端部４３ａの外周側から延びている軸線ｘを中心とする円錐筒状の突出部である。また、バルブガイド当接リップ４６は、外周方向且つシリンダ側に向かう方向に延びている。バルブガイド当接リップ４６は、バルブガイド１０の環状凹部１４内に進入し、環状凹部１４の環状側面１５に当接している。
【００２７】
上述のように、背圧リップ４５及びバルブガイド当接リップ４６は、シール基部４３のシリンダ側の端部４３ａからシリンダ側に向かう方向に延びており、径方向において互いに反対の方向に延びている。このため、図１に示すように、背圧リップ４５とバルブガイド当接リップ４６との間には、カム側に向かって凹むと共にシリンダ側に開放する環状の溝である環状溝部４８が形成されている。
【００２８】
図１に示すように、シール部４１において、補強環３０のフランジ部３２の内周側の端部（端部３２ａ）は、シール基部４３の部位に位置するようになっている。つまり、背圧リップ４５及びバルブガイド当接リップ４６は、補強環３０のフランジ部３２よりもシリンダ側に位置している。
【００２９】
弾性体部４０において、嵌合部４２は、バルブステムシール２０がバルブガイド１０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３０の円筒部３１を内側から覆っている。バルブガイド１０の端部１２が、嵌合部４２及び円筒部３１の内側に圧入されると、嵌合部４２は、図１に示すように、補強環３０の円筒部３１とバルブガイド１０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２０がバルブガイド１０に嵌着されて固定される。嵌合部４２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４２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４２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。
【００３０】
また、弾性体部４０は、図１に示すように、補強環３０のフランジ部３２を覆うカバー部４９を備え、カバー部４９は、弾性体部４０において、シール部４１と嵌合部４２とを接続している。シール部４１、嵌合部４２、及びカバー部４９は、上述のように、同一の弾性体によって一体に形成されている。本実施の形態においては、カバー部４９は、フランジ部３２のカム側を覆うカム側カバー部４９ａと、フランジ部３２のシリンダ側を覆うシリンダ側カバー部４９ｂとを有している。シリンダ側カバー部４９ｂは、バルブステムシール２０がバルブガイド１０に嵌着された際に、シリンダ側カバー部４９ｂのシリンダ側に面する面がバルブガイド１０の端面１２ａに当接し、バルブガイド１０に対するバルブステムシール２０の位置決めがなされるように、少なくとも一部において軸線ｘ方向の厚さが設定されていてもよい。
【００３１】
次いで、上述の構成を有する密封構造１の作用について説明する。密封構造１は、上述のように内燃機関の動弁系において用いられる。図２は、内燃機関において使用されている状態における本発明の実施の形態に係る密封構造１の軸線ｘに沿う断面図である。
【００３２】
図２に示すように、密封構造１の使用状態において、バルブのバルブステム６０がシリンダ側からバルブガイド１０のガイド孔１１に挿通され、バルブステムシール２０に挿通されている。バルブステム６０は、図示しないカムによって軸線ｘ方向に往復駆動される。バルブステムシール２０において、シールリップ４４のリップ先端部４４ａは、バルブステム６０の外周側の面である外周面６１にバルブステム６０が摺動可能に当接しており、また、背圧リップ４５は、バルブステム６０の外周面６１にバルブステム６０が摺動可能に当接している。また、バルブガイド１０のガイド孔１１とバルブステム６０の外周面６１との間には環状の空間である空間ｇが形成されており、バルブステム６０がバルブガイド１０のガイド孔１１を摺動可能となっている。
【００３３】
バルブステムシール２０のシールリップ４４は、リップ先端部４４ａがバルブステム６０の外周面６１に当接して、潤滑油が供給されるカム側から空間ｇの密封を図るが、リップ先端部４４ａは、所定量の潤滑油がリップ先端部４４ａから漏れ出て、この漏れ出た潤滑油が空間ｇに供給されるようになっている。リップ先端部４４ａからの潤滑油の所定の漏れ量は、空間ｇに油膜が形成され、バルブステム６０がバルブガイド１０のガイド孔１１に対して円滑に摺動可能になるような潤滑油の量である。シールリップ４４は、このような適量の潤滑油がリップ先端部４４ａとバルブステム６０の外周面６１との間から漏れ出して空間ｇに供給されるように漏れ量が調整されている。
【００３４】
また、背圧リップ４５は内周側の部分において、バルブステム６０の外周面６１に当接しており、シリンダ側からの背圧がシールリップ４４に掛かることを抑制している。これにより、シールリップ４４が背圧を受けて変形することが抑制され、シールリップ４４による潤滑油の供給量（漏れ量）の安定化が図られている。
【００３５】
また、バルブガイド当接リップ４６は外周側の部分において、バルブガイド１０の環状凹部１４の環状側面１５に当接している。このため、バルブステムシール２０は、環状凹部１４の形成する空間において背圧リップ４５及びバルブガイド当接リップ４６のみが背圧を受けることになり、従来のように、弾性体部４０のシリンダ側カバー部４９ｂにおいても背圧を受けることはない。このため、バルブステムシール２０が背圧を受ける受圧面積を小さくすることができ、バルブステムシール２０が背圧によって受けるバルブステムシール２０をカム側方向に付勢する力を低減することができる。これにより、背圧によるバルブガイド１０からのバルブステムシール２０の抜けを抑制することができる。
【００３６】
また、バルブガイド当接リップ４６は外周側の部分において、バルブガイド１０の環状凹部１４の環状側面１５に当接しているため、当接によるバルブガイド当接リップ４６への反力は、内周側に向かう。このように、バルブガイド当接リップ４６の当接による反力は、バルブステムシール２０をバルブガイド１０から抜く方向に付勢する軸線ｘ方向に発生しない。このため、バルブガイド当接リップ４６は、バルブステムシール２０をバルブガイド１０から抜く方向に付勢する力を発生させることなく背圧の受圧面積を小さくすることができる。
【００３７】
また、図２に示すように、背圧リップ４５とバルブガイド当接リップ４６との間には、環状凹部１４の形成する空間に開放された環状の溝部である環状溝部４８が形成されている。このため、背圧が背圧リップ４５及びバルブガイド当接リップ４６に加わると、環状溝部４８において背圧が、背圧リップ４５をその当接するバルブステム６０に向かって付勢し、バルブガイド当接リップ４６をその当接するバルブガイド１０の環状凹部１４の環状側面１５に向かって付勢する。このため、背圧が掛かっている状態において、背圧リップ４５がバルブステム６０に当接する力、及びバルブガイド当接リップ４６がバルブガイド１０の環状凹部１４の環状側面１５に当接する力を増大させることができる。これにより、背圧が背圧リップ４５とバルブステム６０との間を抜けることの抑制を更に図ることができ、シールリップ４４による潤滑油の供給量の安定化を更に図ることができる。また、背圧がバルブガイド当接リップ４６と環状凹部１４の環状側面１５との間を抜けることの抑制を図ることができ、バルブガイド１０からのバルブステムシール２０の抜けの防止を更に図ることができる。
【００３８】
環状溝部４８の形状は、図１，２に示すように、カム側に向かって径方向の幅が狭まっていく形状が好ましい。環状溝部４８の側面（側面４８ａ，４８ｂ）は、直線状の傾斜面であっても、曲面状の傾斜面であってもよい。
【００３９】
このように、本発明の実施の形態に係る密封構造１によれば、弾性体を介したバルブステムシール２０のバルブガイド１０への嵌合を維持しつつ、バルブステムシール２０のバルブガイド１０からの抜けを抑制することができる。
【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密封構造１に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許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  密封構造
１０，１１１  バルブガイド
１１  ガイド孔
１２，１３  端部
１２ａ  端面
１４  環状凹部
１５  環状側面
１６  底面
２０，１００  バルブステムシール
３０，１０１  補強環
３１  円筒部
３２  フランジ部
３２ａ  端部
４０，１０２  弾性体部
４１  シール部
４２，１０５  嵌合部
４３  シール基部
４３ａ  端部
４４，１０３  シールリップ
４４ａ  リップ先端部
４５，１０４  背圧リップ
４６  バルブガイド当接リップ
４７  ガータスプリング
４８  環状溝部
４８ａ，４８ｂ  側面
４９  カバー部
４９ａ  カム側カバー部
４９ｂ  シリンダ側カバー部
６０，１１０  バルブステム
６１  外周面
ｇ  空間
ｘ  軸線
【図１】
2016223558.tif 000003
【図２】
2016223558.tif 000004
【図３】
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