| 【発明の名称】 |
ベーンシール |
| 【発明者】 |
【氏名】水谷 正彦
【氏名】水谷 環
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| 【要約】 |
【課題】シール面の精度が向上でき、優れた液漏れ防止効果が得られ、また円滑な摺動が行えるベーンシールを提供する。
【解決手段】このベーンシール３０は、エンジンのバルブタイミング調整装置におけるハウジング４とベーン部材１間の回転摺動部に設けられる。ベーンシール３０は、樹脂製のベーンシール本体３１の単独部品、またはこのベーンシール本体３１に板ばねを装着した組立部品とされる。ベーンシール本体３１は、シール面３０ａが、長手方向に垂直な断面において円弧状を成す。ベーンシール本体３１の反シール面側に、長手方向に延びる補強用リブ３４を有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハウジングとベーン部材間の回転摺動部に設けられて回転中心と平行な方向に延びるベーンシールにおいて、ベーンシール本体の摺接面となるシール面が、長手方向に垂直な断面において円弧状をなし、前記ベーンシール本体の反シール面側に、長手方向に延びる補強用リブを形成したことを特徴とするベーンシール。
【請求項２】 前記ベーンシール本体が合成樹脂製であって、シール面に所望の圧接力を付与する金属製の板ばねを反シール面側に装着した請求項１に記載のベーンシール。
【請求項３】 前記ベーンシール本体が、ガラス繊維１０〜５０％を含むポリアミド樹脂からなる請求項２に記載のベーンシール。
【請求項４】 前記ベーン部材に取付けられて前記ハウジングの内径面に摺接するベーンシールであって、前記シール面が、前記ハウジングの内径面の曲率半径より僅かに小さい円弧状に形成されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のベーンシール。
【請求項５】 前記ベーンシール本体が合成樹脂の射出成形品であって、反シール面側が開口した中空形状とされ、前記補強用リブは、長手方向に沿う両側の側壁の間に、これら側壁と平行に設けられ、この補強用リブと側壁との間に形成される中空部の底面に、ベーンシール本体の射出成形の突き出しピンを配置した請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のベーンシール。
【請求項６】 前記ベーンシールは、エンジンのバルブタイミング調整装置に用いられるものとした請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のベーンシール。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンのバルブタイミング調整装置等において、ハウジングとベーン部材間の回転摺動部に設けられるベーンシールに関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンのバルブタイミング調整装置は、自動車等のエンジンの吸気弁や排気弁の開閉のタイミングを、運転状況に応じて変更するための装置である。この種のバルブタイミング装置は、エンジンのクランクシャフトと、吸気弁や排気弁を駆動するカムシャフトとの間の駆動伝達系に設けられ、カムシャフトに結合されたベーンロータと、クランクシャフトから回転伝達されるシューハウジングとで構成される。ベーンロータは、ハウジング内に所定回転角度内で相対回転自在に収容され、ハウジングに対するベーンロータの位相差が、ハウジング内に供給される圧油により制御される。このようなバルブタイミング装置において、ハウジング内のベーンを収容した油圧室の油漏れを防ぐために、ハウジングおよびベーンに、樹脂製等のベーンシールが装着されている。また、このベーンシールを押し付けてシール効果を発揮させるように、板ばねやゴム等の弾性体が、シールの入る溝の中にシールと共に挿入される。
【０００３】図８および図９は、このようなベーンシールの一例を示す。このベーンシール５０は、シール面５０ａと反対側に溝状の中空部５５を有する中空形状とされ、長手方向の中央に、長手方向と直交する補強用のリブ５４が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように長手方向の中央にリブ５４を設けた場合、ベーンシール５０を射出成形等による樹脂成形品とする場合、「ひけ」と呼ばれる成形収縮が、厚肉となったリブ５４の付近で、他の部分よりも大きく生じる。このひけにより、シール面５０ａの中央部、つまりリブ５４を設けた部分が、微小に凹むことになって、平面度が低下する。そのため、ベーンシール５０によるオイル漏れ防止特性、特に初期のオイル漏れ防止特性を、十分に得ることが難しい。
【０００５】また、上記のようにベーンシール５０とその押し付け用の板ばね（図示せず）とをシール溝に組み込む構造であると、組込み工程において、ベーンシール５０と板ばねとをセットしながら組み込まなくてはならない。そのため、自動組立ができない。また、ベーンシールと板ばねとが別体であるため、板ばねの組み込み忘れ等の不良が発生する恐れがあり、不良が発生している場合でも、ベーンシール５０が組み込まれていれば、板ばねが組み込まれているか否かが目視で確認できない。そのため、最終アセンブリ過程で、機能的な評価を実施しなくては不良を発見することができず、検査に時間がかかる。さらに、従来、ベーンシール５０の射出成形時のゲートは、裏面に配置されているが、そのゲート跡（図示せず）がベーンシールの裏面にピン状に突出して残ることがある。そのため、ベーンシール５０の付勢用の板ばねが、撓みに伴ってベーンシール５０の裏面を摺動するときに、ゲート跡に引っ掛かり、円滑な撓みが阻害されることがある。このような板ばねの撓みの阻害は、ベーンシール５０をハウジング等に強く押しつけることになり、ベーン部材の円滑な回転が阻害されたり、ベーンシール５０の摩耗を早めたりする。
【０００６】この発明の目的は、シール面の精度が向上でき、優れた液漏れ防止性能が得られ、また円滑な摺動が行えるベーンシールを提供することである。この発明の他の目的は、シールの組付け作業を簡易化し、組付けの自動化を図り易くすることである。この発明のさらに他の目的は、ベーンシールの耐摩耗性の向上を図ることである。この発明のさらに他の目的は、円滑な摺接と共に、ベーンシールが傾いても液漏れ防止性が損なわれないようにすることである。この発明のさらに他の目的は、射出成形により生じるゲート跡が、シール付勢用の板ばねの円滑な摺動や撓みを阻害しないようにすることである。この発明のさらに他の目的は、エンジンのバルブタイミング調整装置におけるベーンシールにおいて、上記の各目的を達成することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明のベーンシールは、ハウジングとベーン部材間の回転摺動部に設けられて回転中心と平行な方向に延びるベーンシールにおいて、ベーンシール本体の摺接面となるシール面が、長手方向に垂直な断面において円弧状をなし、前記ベーンシール本体の反シール面側に、長手方向に延びる補強用リブを形成したことを特徴とする。このように、補強用リブを設けることで、ベーンシールの軽量化、材料の節減を図りながら、ベーンシールの強度や剛性を確保することができる。この補強用リブは、ベーンシール本体の長手方向に延びて設けたため、シール面が長手方向の一部で局部的に成形収縮を生じることがなく、シール面の平面度の精度が向上する。そのため、シール面による液漏れ防止特性、特に初期の液漏れ防止特性が向上する。また、シール面は、断面が円弧状に形成されているため、円滑な摺接が行われる。
【０００８】この発明において、前記ベーンシール本体が合成樹脂製であって、シール面に所望の圧接力を付与する金属製の板ばねを反シール面側に装着されたものとしても良い。このようにベーンシール本体に板ばねを一体に装着した場合、この板ばねでシール面にシール圧を付与することができる。そのため、ベーン部材とハウジング間の回転摺動部の確実な液漏れ防止が行える。また、このようにベーンシール本体に板ばねを一体に固着して一つの組立部品のベーンシールとしたため、ベーンシールと板ばねとを別々に組み込む必要がなく、一つのベーンシールを組み込むだけで済む。そのため、ベーンシールの組付け作業が簡素化され、ベーンシール組付けの自動化も容易となる。また、板ばねの組立不良が無くなる。
【０００９】この発明において、前記ベーンシール本体は、ガラス繊維１０〜５０％を含むポリアミド樹脂からなるものであっても良い。このように強化材となるガラス繊維入りとすることにより、耐摩耗性が向上する。この耐摩耗性の向上効果は、ガラス繊維の含有量が少ないと実効が低く、１０％以上含むことで、効果的に得られる。５０％を超えると、樹脂の流動性が低下し、所望の寸法精度が得られない。
【００１０】この発明の前記各構成のものにおいて、ベーンシールが、ベーン部材に取付けられてハウジングの内径面に摺接するものである場合に、前記シール面が、前記ハウジングの内径面の曲率半径より僅かに小さい円弧状に形成されているものとしても良い。このように、シール面が、ハウジング内径面の曲率半径より僅かに小さい円弧状であると、円滑な摺接が得られ、またベーンシールが傾いてもシール性が損なわれない。
【００１１】この発明の前記各構成のものにおいて、ベーンシール本体が合成樹脂の射出成形品であって、反シール面側が開口した中空形状とされ、前記補強用リブは、長手方向に沿う両側の側壁の間に、これら側壁と平行に設けられ、この補強用リブと側壁との間に形成される中空部の底面に、ベーンシール本体の射出成形の突き出しピンが配置されたものとしても良い。ベーンシールの付勢用の板ばねが、撓みに伴ってリブ上を摺動する際に、その板ばね摺接箇所に突き出しピン跡が突出していると引っ掛かりが生じるが、このように中空部の底面に突き出しピンを配置することで、板ばねが突き出しピン跡に干渉することが回避される。そのため、突き出しピン跡が突出していても、板ばねの摺動ないし撓みに影響を及ぼさない。
【００１２】この発明の前記各構成のベーンシールは、エンジンのバルブタイミング調整装置に用いられるものであっても良い。エンジンのバルブタイミング調整装置は、ベーンシールに液漏れ防止性能や、耐摩耗性、組立性等の各機能が厳しく要求されるが、この発明のベーンシールによると、このような厳しい各種要求を満足させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、この実施形態にかかるベーンシールを用いたエンジンのバルブタイミング調整装置の一例を示す。このエンジンのバルブタイミング調整装置は、ベーン部材１と、このベーン部材１を所定角度範囲内で相対回転可能に収容する液圧室３を形成したハウジング４と、このハウジング４と別体に形成されかつこのハウジング４に結合された回転伝達部材５とを備える。これらベーン部材１とハウジング４との各回転摺動部にはベーンシール３０が各々設けられる。これらベーンシール３０は、金属製の板ばね３２で付勢される。板ばね３２は、ベーンシール３０の樹脂製のベーンシール本体３１に一体に装着されたものであっても良い。各液圧室３に対しては、オイル等の作動液を給排してベーン部材１のハウジング４に対する位相差を調整するための液路２１，２２が設けられる。また、ベーン部材１とハウジング４との間には、相対回転をロックする回転ロック機構１５が設けられている。
【００１４】ベーン部材１は、ボス部１ａの外周に複数（図示の例では４枚）のベーン１ｂを設けたベーンロータからなり、カムシャフト６の先端にボルト等の結合具７で固定状態に結合されている。カムシャフト６は、自動車エンジンの吸気弁および排気弁（図示せず）の両方またはいずれか一方を開閉駆動するものである。
【００１５】回転伝達部材５は、エンジンのクランクシャフト（図示せず）からギヤ列等の伝達機構（図示せず）を介して回転伝達されるリング状の部材であり、外周にギヤ部５ａを有している。回転伝達部材５は、鉄系等の金属製とされている。回転伝達部材５は、カムシャフト６の先端の嵌合軸部６ａに回転自在に嵌合し、嵌合軸部６ａに隣接して設けられた鍔部６ｂに片方の幅面が係合している。回転伝達部材５およびハウジング４は、図１（Ａ）の矢印Ｘ方向から見て時計方向に回転する。この回転方向を進角方向ａとする。
【００１６】ハウジング４は、周壁部となるハウジング本体４ａと、側壁部となる一対の側壁材４ｂ，４ｃとでなる。両側壁材４ｂ，４ｃは、各々中央孔を有する円板状の部材であり、外径部がハウジング本体４ａの両側面に重ねられ、ハウジング本体４ａに結合具８で結合されている。結合具８は、ハウジング４と回転伝達部材５とを結合する手段を兼ねていて、ハウジング本体４ａと、両側壁材４ｂ，４ｃと、回転伝達部材５との４者を、一体に固定状態に結合する。結合具８は、ボルトからなり、ハウジング４にその各構成部材４ａ〜４ｃにわたって設けられたボルト挿通孔９に挿通されて、先端が回転部材５のねじ孔に螺合している。ボルト挿通孔９は、後に説明するハウジング４の各シュー１０に設けられている。ハウジング４の外径は、回転伝達部材５の外径よりも大きくても小さくても良いが、この例では回転伝達部材５の外径と略等しく形成されている。ハウジング４の回転伝達部材５側の側壁材４ｃは、内径面がカムシャフト６の嵌合軸部６ａに回転自在に嵌合している。また、この側壁材４ｃのハウジング外側の側面は、中心部側が突出する段付き面に形成されていて、回転伝達部材５の段付き面とされた側面と嵌合し合っている。
【００１７】ハウジング４は、その周壁となるハウジング本体４ａの内周に、複数のシュー１０が形成されたシューハウジングからなり、隣合うシュー１０間で形成された扇状の空間部が、各ベーン１ｂを収容する前記の液圧室３となる。この液圧室３内でベーン１ｂが回転可能な角度が、ハウジング４に対してベーン部材１の相対回転が可能な所定角度範囲である。ハウジング４の両側壁となる側壁材４ｂ，４ｃの内径は、シュー１０の先端位置よりも小径とされていて、ベーン部材１のボス部１ａの両側面はハウジング側壁材４ｂ，４ｃの内面に接触し、各液圧室３は閉鎖空間となっている。各液圧室３はベーン１ｂで仕切られていて、ベーン１ｂよりも進み角方向ａの後方の液圧室部分が遅角液圧室３ａであり、前方向の液圧室部分が進角液圧室３ｂである。
【００１８】ハウジング４の周壁部であるハウジング本体４ａは、耐熱性合成樹脂製、または軽量合金等の金属製とされている。側壁材４ｂ，４ｃの材質は、軽量合金等の金属製であっても良く、またハウジング本体４ａと同じく耐熱性合成樹脂製としても良い。ベーン部材１の材質も、耐熱性合成樹脂製、または軽量合金等の金属製とされている。
【００１９】ハウジング４の各シュー１０の先端面は円筒面状に形成され、ベーン部材１のボス部１ａの外径面に相対回転可能な程度の微小隙間を介して対面する。このシュー１０の先端面には、軸方向に延びるシール溝１２が形成され、ベーン部材１のボス部１ａの外径面に密接するベーンシール３０が嵌合している。シール溝１２は例えば矩形断面の溝とされている。ベーン部材１の各ベーン１ｂの先端面は円筒面状に形成され、ハウジング４の内径面に相対回転可能な程度の微小隙間を介して対面する。また、各ベーン１ｂの先端面には、軸方向に延びるシール溝１３が設けられ、ハウジング４の内径面に密接するベーンシール３０が嵌合している。シール溝１３は、例えば矩形断面の溝とされている。
【００２０】ハウジング４の各シュー１０に設けたベーンシール３０と、ベーン部材１の各ベーン１ｂに設けたベーンシール３０とは、全く同じものであっても良く、また寸法が異なっていて、同様な材質、形状のものであっても良い。
【００２１】図２（Ａ），（Ｂ）は、各々ベーンシール３０を表側から見た斜視図および裏向けて示す斜視図であり、図３（Ａ），（Ｂ）は各々ベーンシールの正面図および底面図である。これらの図に示すように、ベーンシール３０は、合成樹脂製の単独部品のベーンシール本体３１で形成されていて、シール面３０ａは、断面円弧状に形成されている。ベーンシール３０のうち、ベーン部材１側に取付けられるものは、円弧状とされたシール面３０ａの曲率半径が、ハウジング４の内径面の曲率半径より僅かに小さく設定されている。シール面３０ａは、図２の例では段部３６を介して周囲部よりも突出しているが、この段部３６は、図４の例のように無くしても良い。
【００２２】ベーンシール本体３１は、反シール面側が開口した中空形状とされている。すなわち、ベーンシール本体３１は、シール面３０ａの成形部となる天井壁３１ｂと、その長手方向に沿う両側の側壁３１ｃ，３１ｃと、両端の端部壁３１ａ，３１ａとを有し、両側の側壁３１ｃ，３１ｃの間に、補強リブ用３４が設けられている。補強用リブ３４は、天井壁３１ｂから続いて設けられたものであって、ベーンシール本体３１の長手方向に沿って延び、両端が端部壁３１ａに続いている。したがって、補強用リブ３４とその両側の側壁３１ｃ，３１ｃとの間に溝状の中空部３５が形成されている。両側の側壁３１ｃ，３１ｃと補強用リブ３４の底面は、略、互いに同一の平面または円筒面上に位置している。端部壁３１ａ，３１ａは、側壁３１ｃおよび補強用リブ３４の底面よりも突出しており、その突出部分は座用の突部となっている。ベーンシール本体３１は、射出成形品であって、その射出成形のゲート３６は、端部壁３１ａの底面に配置されている。
【００２３】ベーンシール本体３１の材質例を説明すると、例えば、ガラス繊維３０％を含むポリアミド樹脂とされている。このように強化材となるガラス繊維入りとすることにより、ベーンシール本体３１の耐摩耗性が向上する。この耐摩耗性の向上効果は、ガラス繊維の含有量が少ないと実効が低く、１０％以上含むことで、効果的に得られる。また、５０％以上を超えると樹脂の流動性が低下し、所望の寸法精度が得られない。ベーンシール本体３１の合成樹脂としては、この他に、ポリアミド（ＰＡ６６，ＰＡ６，ＰＡ１２）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、またはポリイミド（ＰＩ）等のうちの任意の樹脂を用いても良く、これらの樹脂に、ガラス繊維（ＧＦ）、炭素繊維（ＣＦ）、チタン酸カリウムのうちのいずれかを混合させたものとしても良い。
【００２４】図３（Ａ）に示すように、板ばね３２は、例えば、ベーンシール３０の長手方向に沿って延びるものであって、長手方向の中央部がベーンシール３０を押し付けるように弓形に湾曲したものとされる。
【００２５】この構成のベーンシール３０によると、補強用リブ３４を設けたため、ベーンシール３０を中空形状として、軽量化、材料の節減を図りながら、ベーンシール３０の強度や剛性を確保することができる。この補強用リブ３４は、ベーンシール本体３１の長手方向に延びて設けたため、シール面３０ａが長手方向の一部で局部的に成形収縮を生じることがなく、シール面３０ａの精度が向上する。そのため、シール面３０ａによる液漏れ防止特性、特に初期の液漏れ防止特性が向上する。また、シール面３０ａは、断面を円弧状に形成したため、円滑な摺接が行われる。特に、ベーン部材１に取付けられてハウジング４の内径面に摺接する方のベーンシール３０は、シール面３０ａが、ハウジング４の内径面の曲率半径より僅かに小さい円弧状に形成されているため、円滑な摺接が得られるうえ、ベーンシール３０が傾いてもシール性が損なわれない。
【００２６】ベーンシール本体３１は、射出成形品とする場合に、その中空部３５の底面に突き出しピン３６を配置したため、板ばね３２が突き出しピン跡に干渉することが回避される。そのため、突き出しピン跡が突出していても、板ばね３２の摺動ないし撓みに影響を及ぼさない。
【００２７】なお、前記実施形態では、ベーンシール３０は、ベーンシール本体３１の単独部品で形成されるものとしたが、ベーンシール３０は、例えば図５や、図６（Ａ），（Ｂ）、図７に各種の例を各々示すように、金属製の板ばね３２を反シール面側に装着したものであっても良い。板ばね３２の形状、および板ばね３２のシール本体３１に対する取付構造は、任意の構成が採用できる。
【００２８】図５および図６（Ａ），（Ｂ）のいずれの例のベーンシール３０も、ベーンシール本体３１を射出成形するときに、金型内に板ばね３２を挿入し、板ばね３２をベーンシール本体３１と一体成形したものである。図５のベーンシール３０、および図６（Ａ）のベーンシール３０は、いずれもベーンシール本体３１に対して板ばね３２の一端のみを一体成形で固着し、成形後に板ばね３２を湾曲状態に曲げて弾性を持たせたものである。このうち図５の例は、板ばね３２としてベーンシール本体３１の全長に近い長さのものを用い、ベーンシール本体３１の一端に固着している。図６（Ａ）の例は、板ばね３２としてベーンシール本体３１の略半分程度の長さのものを用い、ベーンシール本体３１の両端に各々基端を固着して先端をベーンシール本体３１の中央側へ曲げてある。図６（Ｂ）の例は、予め湾曲状態に曲げられた板ばね３２が両端でベーンシール本体３１に固着されたものである。
【００２９】板ばね３２のベーンシール本体３１への固定構造は、この他に、例えば図７に一例を示すように、ベーンシール本体３１に設けた突起３３に、板ばね３２に設けた孔３４を嵌合させ、嵌合後に突起３３を熱等により潰して抜け止めしても良い。
【００３０】なお、この発明のベーンシールを装着したバルブタイミング装置は、例えば、ベーン部材と、このベーン部材を所定角度範囲内で相対回転可能に収容する液圧室を形成したハウジングと、前記液圧室に作動液を給排して前記ベーンの前記ハウジングに対する位相差を調整するための液路とを備え、エンジンのクランクシャフトと、エンジンの吸気弁および排気弁の両方またはいずれか一方を駆動するカムシャフトとの間に設けられて、前記両シャフトのいずれか一方のシャフトと共に前記ハウジングが回転し、他方のシャフトと共に前記ベーン部材が回転するものであり、前記ハウジングとベーン部材間の回転摺動部にベーンシールが設けられる。
【００３１】
【発明の効果】この発明のベーンシールは、ベーンシール本体の摺接面となるシール面が、長手方向に垂直な断面において円弧状をなし、前記ベーンシール本体の反シール面側に、長手方向に延びる補強用リブを形成したものであるため、シール面の平面度の精度が向上し、優れた液漏れ防止効果が得られ、また円滑な摺動が行える。前記ベーンシール本体が合成樹脂製であって、シール面に所望の圧接力を付与する金属製の板ばねを反シール面側に装着した場合は、シールの組付け作業が簡易であり、組付けの自動化が図り易い。ベーンシール本体がガラス繊維１０〜５０％を含むポリアミド樹脂からなる場合は、耐摩耗性が向上する。このベーンシールが、ベーン部材に取付けられてハウジングの内径面に摺接するものである場合に、前記シール面が、ハウジングの内径面の曲率半径より僅かに小さい円弧状に形成されているときは、円滑な摺接が行え、またベーンシールが傾いても液漏れ防止性が損なわれない。ベーンシール本体が合成樹脂の射出成形品であって、その中空部の底面に、ベーンシール本体の射出成形の突き出しピンを配置した場合は、射出成形により生じる突き出しピン跡が、シール付勢用の板ばねの円滑な摺動や撓みを阻害しない。また、この発明のベーンシールは、エンジンのバルブタイミング調整装置に用いられても、その液漏れ防止性能や、耐摩耗性、組立性等の各種の厳しい要求を満足させることができる |
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０２６９２
【氏名又は名称】エヌティエヌ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２７日（１９９９．８．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６７９３
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 雅士 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５７０２（Ｐ２００１−６５７０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４０９５４ |
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