(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動軸の外周面に対して摺動自在に接触して、反密封対象流体側へ漏れる密封対象流体の漏れ量を調整するシールリップと、該シールリップの反密封対象流体側に配置され、前記シールリップへ反密封対象流体側から圧力が加わることを防止すべく圧力を受ける、前記往復動軸の外周面に摺動自在な背圧リップと、を備えたバルブステムシールにおいて、前記シールリップ及び前記背圧リップと前記往復動軸との間の環状隙間に、該環状隙間に合わせた形状の樹脂製バックアップリングを備え、該樹脂製バックアップリングの内周面に、外径方向への深さが反密封対象流体側へ向かう程浅くなる、断面楔状の軸方向溝を設けたことを特徴とするバルブステムシール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールリップへ反密封対象流体側から圧力が加わるのを防止する背圧リップを備えたバルブステムシールに関し、たとえば、自動車・一般産業機械のエンジンの吸・排気機構のバルブステムなど、エンジン機構等の往復動軸の軸封部に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のバルブステムシールとしては、例えば図８に示すようなエンジン機構等の往復動軸の軸封部に用いられるものである。
【０００３】
バルブステムシール１００は、往復動軸としてのバルブステム１０１の外周面を摺動自在に接触するシールリップ１０２と、このシールリップ１０２へ反密封対象流体側（反油側Ａ）から背圧が加わるのを防止すべく背圧を受ける、バルブステム１０１の外周面に摺動自在な背圧リップ１０３と、を有する環状のシール本体１０４を備えたものである。
【０００４】
また、内径方向に延びる内向きフランジ部１０５Ａを有する補強環１０５を備えており、その補強環１０５の内向きフランジ部１０５Ａにシール本体１０４を取付けている。
【０００５】
そして、このバルブステムシール１００は、シール本体１０４の反油側Ａにバルブステム１０１が往復動自在に挿入される軸孔１０６Ａを有するガイド部材１０６の外周に、ゴム状弾性体１０７を介して補強環１０５を嵌合することで取付けられる。
【０００６】
シールリップ１０２は断面楔状で、その外周部にバルブステム１０１に対して緊迫力を付与するためのスプリング１０８を設けている。
【０００７】
そして、バルブステム１０１の外周面側にガイド部材１０６を設けていることから、そのバルブステム１０１とガイド部材１０６の軸孔１０６Ａの摺動部にて焼き付けを起こすことがある。その焼き付け防止のためには、シールリップ１０２によって密封対象流体側（油側Ｏ）の密封対象流体（油）を擦り抜けるように漏らして、摺動部へ適度に供給する必要がある。
【０００８】
そのため、摺動部へ適度の油を供給するように、シールリップ１０２の油側Ｏ面とバルブステム１０１の外周面との油面角やシールリップ１０２の反油側Ａ面とバルブステム１０１の外周面との反油面角、或いはスプリング１０８の緊迫力などを設定して、シールリップ１０２の油の漏れ量が調整（コントロール）されている。
【０００９】
また、最近のエンジンの高性能化等に伴い、反油側Ａから受ける背圧が高くなってきており、その背圧対策としてシール本体１０４に背圧リップ１０３を設けている。
【００１０】
即ち、背圧リップ１０３が背圧を遮断することによって、油の漏れ量をコントロールするシールリップ１０２に直接背圧が加わらないようにして、シールリップ１０２の油の漏れ量コントロールが不安定となることを防止している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。背圧リップ１０３に極度に高い背圧Ｐが加わると、図９（ａ）に示すように背圧リップ１０３が相手側のバルブステム１０１にベタ当たりしてしまう。
【００１２】
そして、さらにバルブステム１０１が往復動を続けると、背圧リップ１０３は潤滑不足となってしまって摺動抵抗が増加し、最終的には、図９（ｂ）に示すように背圧リップ１０３が破損する虞があった。
【００１３】
背圧リップ１０３が破損すると、シールリップ１０２が背圧の影響を受けることになり、シールリップ１０２の油の漏れ量コントロールが不安定となってしまい、バルブステム１０１とガイド部材１０６の軸孔１０６Ａの摺動部にて焼き付けが起こってしまう。
【００１４】
本発明は上記した従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、背圧リップの性能向上を図るバルブステムシールを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、上記構成の往復動用密封装置にあっては、往復動軸の外周面に対して摺動自在に接触して、反密封対象流体側へ漏れる密封対象流体の漏れ量を調整するシールリップと、該シールリップの反密封対象流体側に配置され、前記シールリップへ反密封対象流体側から圧力が加わることを防止すべく圧力を受ける、前記往復動軸の外周面に摺動自在な背圧リップと、を備えたバルブステムシールにおいて、前記シールリップ及び前記背圧リップと前記往復動軸との間の環状隙間に、該環状隙間に合わせた形状の樹脂製バックアップリングを備え、該樹脂製バックアップリングの内周面に、外径方向への深さが反密封対象流体側へ向かう程浅くなる、断面楔状の軸方向溝を設けたことを特徴とする。
【００１６】
したがって、極度に高い背圧に対しても背圧リップが樹脂製バックアップリングで支持され、背圧リップの変形が防止される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るバルブステムシールを示す図１において、１はバルブステムシール全体を示しており、例えばこの第１実施形態では従来と同様、図３に示すようなエンジン機構等の往復動軸の軸封部に用いられる構成となっている。
【００２７】
バルブステムシール１は、往復動軸としてのバルブステム２を有し、そのバルブステム２が往復動自在に挿入される軸孔３を有するガイド部材４の外周に、補強環５を介して取付けられる。
【００２８】
このバルブステムシール１は、補強環５にバルブステム２の外周面に摺動自在に接触するシールリップ６と、このシールリップ６へ反密封対象流体側（反油側Ａ）から背圧が加わるのを防止すべく背圧を受ける、バルブステム２の外周面に摺動自在な背圧リップ７と、を有する環状のシール本体８を備えたものである。
【００２９】
補強環５は、ガイド部材４の外周に取付け可能な長さを有する、金属製のバルブステム２と同心の筒状部材で、その先端は内径方向（バルブステム２側）に延びる内向きフランジ部５１を有している。その内向きフランジ部５１に環状のシール本体８を一体的に焼き付け固定してある。
【００３０】
シール本体８は、ゴム状弾性体製で、補強環５の内向きフランジ部５１から軸方向密封対象流体側（油側Ｏ）に延びる断面楔状のシールリップ６と、内向きフランジ部５１から軸方向反油側Ａに延びる断面略板状の背圧リップ７と、を有している。
【００３１】
また、補強環５の内向きフランジ部５１の油側Ｏ端面にはシールリップ６の根元と連続してゴム状弾性体８１を、反油側Ａ端面には背圧リップ７の根元と連続してゴム状弾性体８２を、さらにこのゴム状弾性体８２と連続して補強環５の筒状部５２の内周面にもゴム状弾性体８３を一体的に焼き付け固定してある。
【００３２】
一方、ガイド部材４は、筒状部材で、その図中上側端面は平面で、その上部外周面は上側端面に向って縮径となるテーパ状となっており、このテーパ面より図中下側の外周面に補強環５はゴム状弾性体８３を介して嵌合される。
【００３３】
上記シールリップ６の外周部には、バルブステム２に対して緊迫力を付与するためのスプリング９を設けている。
【００３４】
そして、上記構成の密封装置１は、バルブステム２の外周面側に設けられているガイド部材４に取付けられているが、そのバルブステム２とガイド部材４の軸孔３との摺動部にて焼き付けを起こすことがある。その焼き付け防止のためには、シールリップ６によって密封対象流体である油側の油を擦り抜けるように漏らして、摺動部へ適度に供給する必要がある。  そのため、摺動部へ適度の油を供給するように、シールリップ６の油側Ｏ面とバルブステム２の外周面との油面角やシールリップ６の反油側Ａ面とバルブステム２の外周面との反油面角、或いはスプリング９の緊迫力などを設定して、シールリップ６の油の漏れ量が調整（コントロール）されている。
【００３５】
また、油の漏れ量をコントロールするシールリップ６に直接背圧が加わらないように、シールリップ６の反油側Ａで、バルブステム２とガイド部材４の軸孔３との間から背圧を受けて背圧を遮断する、バルブステム２の外周面に摺動自在な背圧リップ７を設けている。
【００３６】
一方、シールリップ６及び背圧リップ７とバルブステム２との間の環状隙間には、環状隙間に合わせた形状の樹脂製のバックアップリング１０が備えられている。
【００３７】
このバックアップリング１０は、図２（ａ）に拡大して示すように、背圧リップ７のバルブステム２に対する傾きと同様に傾けたテーパ面を反油側Ａ端面に有する環状隙間に合わせた筒形状である。
【００３８】
また、バックアップリング１０の内周面には、図２（ｂ）に示すように、軸方向に延びる軸方向溝１０Ａが複数設けられている。軸方向溝１０Ａは、外径方向への溝深さが反油側Ａへ向かう程浅くなる断面楔状の溝である。
【００３９】
この軸方向溝１０Ａには、シールリップ６によって漏れた油が流れ込み、バックアップリング１０とバルブステム２との間に油膜が形成される。
【００４０】
上記構成のバルブステムシール１にあっては、シールリップ６及び背圧リップ７とバルブステム２の外周面との間の環状隙間に、バックアップリング１０を設けたので、極度に高い背圧が加わった場合でも、背圧リップ７はバックアップリング１０に支持されて変形が防止されるので、背圧リップ７はベタ当たりすることがなく、破損し難くなる。
【００４１】
また、バックアップリング１０の内周面に設けられた断面楔状の軸方向溝１０Ａには、シールリップ６が漏らした油が流れ込み、バルブステム２との間に油膜が形成されて、バックアップリング１０の低摩擦化を図ることができる。
【００４２】
軸方向溝１０Ａは断面楔状に設けられているので、バルブステム２の往復動によって、軸方向溝１０Ａに流れ込んだ油は、一部を除き、油側Ｏにかき出される。
【００４３】
これにより、かき出されなかった一部の背圧リップ７摺動面を良好に潤滑する量の油を背圧リップ７へ供給することができ、背圧リップ７の潤滑を安定して行い、背圧リップ７の低摩擦化を図ることができる。
【００４４】
以上のように、背圧リップ７の性能が向上でき、バルブステム２の摺動時に背圧リップ７が挙動することがなく、背圧リップ７で背圧が受け止められるので、シールリップ６は安定となり、ガイド部材４とバルブステム２との摺動部の焼き付け防止機能である油の漏れ量コントロールの安定化を図ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、バックアップリング１０は連続的に繋がった形状をしていたが、装着時に組み込み変形し易いように、一部切断した形状であってもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、ゴム状弾性体８３を介して補強環５を嵌合するゴム嵌合を例にとって説明したが、ガイド部材４に直接嵌合するいわゆる金属嵌合であっても同様に適用することができる。
【００４７】
さらに、ガイド部材４に嵌合するタイプのものでなく、その他の部材に取付けられるタイプのものであっても良い。
【００４８】
（第１参考例）図４には、第１参考例が示されている。上記第１実施形態では、バックアップリング１０を設けて背圧リップ７のベタ当たりを防止していたが、本参考例では、従来の背圧リップ７が破損する要因となっている補強環５の内向きフランジ部５３の内径端部に応力集中が起こらなくし、かつ背圧リップ７を強化したものである。
【００４９】
本参考例では、特徴部分だけを説明し、その他の構成および作用については第１実施形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５０】
補強環５の内向きフランジ部５３は、従来のものに比べて背圧リップ７の根元近傍まで曲げ延ばされている。
【００５１】
上記構成のバルブステムシール１にあっては、内向きフランジ部５３が背圧リップ７の根元近傍まで曲げ延びているので、内向きフランジ部５３の内径端部の位置が従来と異なり、従来の内径端部位置で起こる応力集中を回避させて、応力集中を緩和することができる。また、内向きフランジ部５３が背圧リップ７の根元近傍にまで達して、背圧リップ７の剛性も上がるので、背圧リップ７は破損し難くなる。
【００５２】
以上のように、背圧リップ７の耐破損性を向上することができ、背圧リップ７で極度に高い背圧も受け止められるので、シールリップ６は安定となり、ガイド部材４とバルブステム２との摺動部の焼き付け防止機能である油の漏れ量コントロールの安定化を図ることができる。
【００５３】
（第２参考例）図５には、第２参考例が示されている。上記第１参考例では、補強環５の内向きフランジ部５１の内径端部に応力集中が起こらなくすると共に背圧リップ７を強化したが、本参考例では、背圧リップ１１自身をフッ素樹脂弾性体で設けて背圧リップ１１を強化させるものである。
【００５４】
本参考例では、特徴部分だけを説明し、その他の構成および作用については第１実施形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５５】
背圧リップ１１は、シールリップ６が設けられたシール本体８とは別にフッ素樹脂弾性体で設けられている。また背圧リップ１１は、シール本体８に貼りつけ固定されている。
【００５６】
ここで、背圧リップ１１のシール本体８への固定は、貼りつけ固定だけに限られず、背圧リップ７の根元をゴム状弾性体で覆って焼付け固定するなどしてもよい。
【００５７】
上記構成のバルブステムシール１にあっては、フッ素樹脂弾性体で設けられた背圧リップ１１が従来のゴム状弾性体製のものよりも剛性が上がるため背圧リップ１１は破損し難くなり、また、硬質であるため耐摩耗性も向上する。
【００５８】
以上のように、背圧リップ１１の耐破損性、耐摩耗性が向上でき、背圧リップ１１で極度に高い背圧も受け止められるので、シールリップ６は安定となり、ガイド部材４とバルブステム２との摺動部の焼き付け防止機能である油の漏れ量コントロールの安定化を図ることができる。
【００５９】
（第３参考例）図６には、第３参考例が示されている。上記第１実施形態では、バックアップリング１０を設けて背圧リップ７のベタ当たりを防止していたが、本参考例では、背圧リップ７の摺動面に複数の環状突起１２を設け、環状突起１２間に油膜を形成させて背圧リップ７の摺動面の潤滑状態を維持させるものである。
【００６０】
本参考例では、特徴部分だけを説明し、その他の構成および作用については第１実施形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６１】
図６はバルブステムシール１単体を示しており、背圧リップ７の摺動面には、複数並列された環状突起１２が設けられている。この環状突起１２間には、シールリップ６から漏れた油によって、油膜が形成される。
【００６２】
形成された油膜は、背圧リップ７の摺動面を潤滑させるので、潤滑不足によって起こる背圧リップ７の破損が防止される。
【００６３】
上記構成のバルブステムシール１にあっては、背圧リップ７の摺動面に設けられた複数の環状突起１２によって、背圧リップ７はベタ当たりすることがなく、背圧リップ７の破損が防止される。
【００６４】
また、背圧リップ７の摺動面の環状突起１２間に油膜が形成されるので、背圧リップ７は、バルブステム２に対する潤滑状態を維持でき、潤滑不足によって破損せず、背圧リップ７の低摩擦化を図ることができる。
【００６５】
以上のように、背圧リップ７の性能が向上でき、バルブステム２の摺動時に背圧リップ７が挙動することがなく、背圧リップ７で背圧が受け止められるので、シールリップ６は安定となり、ガイド部材４とバルブステム２との摺動部の焼き付け防止機能である油の漏れ量コントロールの安定化を図ることができる。
【００６６】
（第４参考例）図７には、第４参考例が示されている。上記第１実施形態では、バックアップリング１０を設けて背圧リップ７のベタ当たりを防止していたが、本参考例では、背圧リップ１３に潤滑剤としてのグリースの溜め部１４を設け、背圧リップ１３の摺動面の潤滑状態を維持させるものである。
【００６７】
本参考例では、特徴部分だけを説明し、その他の構成および作用については第１実施形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６８】
図７はバルブステムシール１単体を示しており、背圧リップ１３の油側Ｏ面にグリースの溜め部１４を設けている。また背圧リップ１３の形状は、溜め部１４による背圧リップ１３の剛性の悪化を防止するため、厚肉となっている。
【００６９】
上記構成のバルブステムシール１にあっては、背圧リップ１３の油側Ｏ面の溜め部１４にグリースが溜められており、バルブステム２の往復動に対する背圧リップ１３の追従、或いは極度に高い背圧の発生によって、背圧リップ１３に所定以上の応力がかかり、溜め部１４が圧縮される。
【００７０】
すると、圧縮された溜め部１４のグリースが背圧リップ１３の摺動面に送り出されるので、送り出されたグリースによって背圧リップ１３の潤滑状態が維持される。
【００７１】
以上のように、背圧リップ１３が潤滑維持でき、背圧リップ１３の破損が防止されるので、シールリップ６は安定となり、ガイド部材４とバルブステム２との摺動部の焼き付け防止機能である油の漏れ量コントロールの安定化を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、シールリップ及び背圧リップと往復動軸との間の環状隙間に、環状隙間に合わせた形状の樹脂製バックアップリングを備えたことで、極度に高い背圧に対しても背圧リップが樹脂製バックアップリングで支持され、背圧リップの変形が防止される。
【００７３】
また、樹脂製バックアップリングの内周面に、外径方向への深さが反密封対象流体側へ向かう程浅くなる、断面楔状の軸方向溝を設けたことで、往復動軸の往復動によって軸方向溝内の密封対象流体を密封対象流体側へかき出して、背圧リップ摺動面を潤滑するのに好適な量の密封対象流体だけを背圧リップへ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るバルブステムシールの半断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１の領域Ｂのバックアップリングを示す拡大図であり、図２（ｂ）は同図（ａ）のバックアップリングの一部斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るバルブステムシールの取付け状態を示す半断面図である。
【図４】第１参考例に係るバルブステムシールの半断面図である。
【図５】第２参考例に係るバルブステムシールの半断面図である。
【図６】第３参考例に係るバルブステムシールの半断面図である。
【図７】第４参考例に係るバルブステムシールの半断面図である。
【図８】従来のバルブステムシールの取付け状態を示す半断面図である。
【図９】図９（ａ）は従来の背圧リップベタ当たり状態を示す半断面図であり、図９（ｂ）は背圧リップ破損状態を示す半断面図である。
【符号の説明】
１ バルブステムシール
２ バルブステム（往復動軸）
３ 軸孔
４ ガイド部材
５ 補強環
５１，５３ 内向きフランジ部
５２ 筒状部
６ シールリップ
７，１１，１３ 背圧リップ
８ シール本体
８１，８２，８３ ゴム状弾性体
９ スプリング
１０ バックアップリング
１０Ａ 軸方向溝
１２ 環状突起
１４ 溜め部
【図１】
0004253924.tif 000002
【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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【図７】
0004253924.tif 000008
【図８】
0004253924.tif 000009
【図９】
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