可変バルブタイミング機構のオイルシール

【課題】可変バルブタイミング機構へのオイルシールの組付を容易化し、作業効率を高めると共にバネの組付忘れを防止する。
【解決手段】バネ２０をシール部材１０と係合させて一体化している。具体的には、バネ２０の端部を湾曲させて係止部２２を形成し、この係止部２２をシール部材１０の係合溝１６に圧入することで、シール部材１０とバネ２０とを係合させている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変バルブタイミング機構のロータとハウジングとの間に設けられた複数の油圧室を液密的に区画するオイルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、図１９のような可変バルブタイミング機構１００が示されている。この可変バルブタイミング機構１００は、ロータ１１０と、ハウジング１２０と、これらの間に設けられるオイルシール１３０とを備える。図示例では、ロータ１１０に設けられた４個のベーン１１１の先端（外径端）に設けられた溝部と、ハウジング１２０に設けられた４個のティース１２１の先端（内径端）に設けられた溝部とに、それぞれオイルシール１３０が設けられる。
【０００３】
オイルシール１３０は、シール部材１３１とバネ１３２とで構成される。バネ１３２により、オイルシール１３０の底面がロータ１１０又はハウジング１２０に押し付けられる。これにより、ロータ１１０とハウジング１２０との間に形成される複数の油圧室が液密的に区画される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような可変バルブタイミング機構１００を組み立てる際には、オイルシール１３０のシール部材１３１及びバネ１３２を、ロータ１１０あるいはハウジング１２０の溝部に装着する必要がある。しかし、シール部材１３１やバネ１３２は通常小さな部材（長さ２〜３ｃｍ程度）である上、バネ１３２を圧縮しながらシール部材１３１をロータ１１０あるいはハウジング１２０の溝部に装着する必要があるため、組付作業に手間がかかる。また、組立作業中にバネ１３２を落とさないように慎重に組み付ける必要があるため、作業性がさらに悪くなる。さらに、シール部材１３１とバネ１３２とを別々に組み付けるため、バネ１３２の組付忘れが発生する恐れがある。
【０００６】
本発明の解決すべき課題は、可変バルブタイミング機構へのオイルシールの組付を容易化し、組付作業性を高めると共に、バネの組付忘れを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、可変バルブタイミング機構のロータとハウジングとの間に設けられた複数の油圧室を液密的に区画するオイルシールであって、焼結金属で細長形状に形成され、長手方向に延びる一側面が、長手方向と直交する方向の中央部を頂点とした曲面状であるシール部材と、シール部材の一側面と反対側の他側面に設けられ、シール部材と係合して一体化されたバネとを備えたオイルシールを提供する。
【０００８】
このように、本発明のオイルシールは、バネをシール部材と係合させて一体化している。これにより、一体化されたオイルシールをロータあるいはハウジングに設けられた溝部に装着できるため、可変バルブタイミング機構の組立作業が容易化されると共に、バネの組付忘れを防止できる。
【０００９】
例えば、シール部材に係合溝を設け、この係合溝にバネを係合させることにより、シール部材とバネとを一体化することができる。この場合、バネの端部を湾曲させて係止部を形成し、この係止部をシール部材の係合溝に圧入することでシール部材とバネとを係合させれば、バネの係止部を弾性変形させながらワンタッチでシール部材の係合溝に装着することができる。
【００１０】
シール部材の他側面に凹凸が設けられると、シール部材の一側面と他側面とが対向する方向における肉厚が場所によって異なる。この場合、焼結金属製のシール部材の圧縮成形工程において、シール部材の一側面と他側面とを上下から圧縮すると、シール部材の圧縮率が場所によって異なり、シール部材の密度にバラツキが生じる。そこで、シール部材の一側面と他側面とが対向する方向を圧縮方向と直交させ、圧縮成形金型のダイの成形孔で凹凸形状の他側面を成形すれば、圧縮方向におけるシール部材の肉厚を均一にすることができ、シール部材の密度を均一化できる。この場合、シール部材の他側面も圧縮成形金型のダイで成形されるが、この他側面を圧縮成形金型で曲面状に成形するとアンダーカットとなってダイから取り出すことができなくなる。従って、圧縮成形工程ではシール部材の他側面を平坦に成形し、サイジング金型のパンチで一側面と他側面を上下から圧迫して他側面を曲面状に成形すればよい。
【００１１】
また、シール部材に係合突起を設け、この係合突起にバネを係合させることにより、シール部材とバネとを一体化することができる。
【００１２】
バネの一端をシール部材に係合した固定端とし、他端を自由端とすれば、オイルシールを可変バルブタイミング機構に組み付けるにあたり、バネを圧縮したときに、バネの他端を逃がすことができるため、装着が容易化される。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、オイルシールのシール部材とバネとを一体化することにより、可変バルブタイミング機構へのオイルシールの組付が容易化され、作業効率を高めると共にバネの組付忘れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るオイルシールの（ａ）側面図、（ｂ）平面図、（ｃ）正面図である。
【図２】図１（ａ）の拡大図である。
【図３】上記オイルシールを可変バルブタイミング機構に組み付けた状態を示す断面図である。
【図４】上記オイルシールのシール部材の成形工程を示す斜視図である。
【図５】圧粉体の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図である。
【図６】（ａ）は圧縮成形工程を示す金型の断面図であり、（ｂ）は（ａ）図のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図７】圧縮成形金型から圧粉体を取り出す様子を示す断面図である。
【図８】サイジング金型の断面図であり、図９のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図９】サイジング金型の断面図であり、図８のＺ−Ｚ線における断面図である。
【図１０】他の実施形態に係るオイルシールの側面図である。
【図１１】他の実施形態に係るオイルシールの側面図である。
【図１２】他の実施形態に係るオイルシールの側面拡大図である。
【図１３】他の実施形態に係るオイルシールの側面拡大図である。
【図１４】他の実施形態に係るオイルシールの側面拡大図である。
【図１５】図１２に示すオイルシールのシール部材の成形方法の一例を示す側面拡大図である。
【図１６】他の実施形態に係るオイルシールの側面図である。
【図１７】他の実施形態に係るオイルシールの側面図である。
【図１８】他の実施形態に係るオイルシールの（ａ）側面図、（ｂ）平面図である。
【図１９】従来の可変バルブタイミング機構の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
本発明の一実施形態にかかるオイルシール１は、例えば図１９に示すような可変バルブタイミング機構１００のロータ１１０とハウジング１２０との間に設けられる。本実施形態では、ロータ１１０のベーン１１１の先端の溝部に装着されるオイルシール１について説明する。
【００１７】
オイルシール１は、図１に示すように、焼結金属で形成されたシール部材１０と、シール部材１０と係合して一体化されたバネ２０とからなる。シール部材１０は、例えば銅や鉄、あるいは銅−鉄合金を主成分とした焼結金属で細長形状に形成される。シール部材１０は、長手方向に延びる一側面（以下、底面１１）と、底面１１の反対側に設けられた他側面（以下、天面１２）と、底面１１と天面１２との間に設けられ、長手方向に延びる一対の平坦な側面１３，１３と、シール部材１０の長手方向両端部に設けられ、長手方向と直交する方向に延びる一対の平坦な端面１４，１４とを備える。尚、以下の説明において、シール部材１０の長手方向と直交する方向のうち、底面１１と天面１２とが対向する方向（図１（ａ）の上下方向）を「上下方向」と言い、一対の側面１３，１３が対向する方向（図１（ｂ）の上下方向）を「幅方向」と言う。
【００１８】
シール部材１０の底面１１は、ハウジング１２０の内周面と当接するシール面として機能する。底面１１は、ハウジング１２０の内周面に倣った形状を成し、具体的には図１（ｃ）に誇張して示すように、幅中央部を頂点とした凸円筒面状に形成される。底面１１の曲面形状は、ハウジング１２０の内周面と同じかこれよりも僅かに大きい曲率（僅かに小さい曲率半径）に設定される。シール部材１０の天面１２は、凹凸を有する面であり、図示例では長手方向一端部に上方に突出した凸部１５が設けられる。
【００１９】
シール部材１０には、係合溝１６が形成される。本実施形態では、シール部材１０の端面に係合溝１６が形成され、具体的には、天面１２の長手方向一端部に設けられた凸部１５の長手方向他端側（図１（ａ）の右側）の端面１５ａに、幅方向に延びる係合溝１６が形成される。図２に拡大して示すように、係合溝１６の上側の内壁１６ａは凸部１５の端面１５ａにつながり、これらの接続部は直角を成している。係合溝１６の下側の内壁１６ｂは天面１２と滑らかに連続している。
【００２０】
バネ２０は、金属で細長板状に形成される。バネ２０は、シール部材１０の天面１２に設けられ、長手方向中央部が上向きに凸を成した曲面状を成す。バネ２０の頂部２１は、少なくとも凸部１５の上面１５ｂよりも上方に配される。
【００２１】
バネ２０は、シール部材１０と係合して一体化されている。本実施形態では、バネ２０の長手方向一端部に係止部２２が形成され、この係止部２２がシール部材１０の係合溝１６に係合することにより、シール部材１０とバネ２０とが一体化される。詳しくは、図２に拡大して示すように、バネ２０の一端部を湾曲させて略円弧状の係止部２２を形成し、この係止部２２を係合溝１６の内周に圧入する。これにより、ワンタッチでバネ２０をシール部材１０に装着することができる。すなわち、装着前のバネ２０の係止部２２は、シール部材１０の係合溝１６よりもやや大きめに形成されている。この係止部２２を係合溝１６に挿入すると、係止部２２が係合溝１６の内壁１６ａ，１６ｂで圧縮されながら係合溝１６の奥部に押し込まれる。これにより、係合溝１６の上下の内壁１６ａ，１６ｂに係止部２２が弾性力で押し付けられた状態でバネ２０がシール部材１０に装着され、両者が一体化される。バネ２０の他端部２３は、シール部材１０に固定されていない自由端であり、下向きに凸を成すように湾曲している。
【００２２】
上記構成のオイルシール１を可変バルブタイミング機構１００に組み込むと、図３に示すように、バネ２０の頂部２１がロータ１１０に形成された溝部に押し付けられる（組付前のバネ２０を点線で示す）。このとき、バネ２０の他端部２３（自由端）がシール部材１０の天面１２に当接しながら長手方向外側に移動し、バネ２０が弾性的に変形する。このバネ２０の弾性力により、シール部材１０の底面１１がハウジング１２０に押し付けられる。
【００２３】
次に、シール部材１０の製造方法の一例を説明する。シール部材１０は、図４に示すように、金属粉末を圧縮成形して圧粉体３０を成形する圧縮成形工程、圧粉体３０を焼結して焼結体４０を得る焼結工程、及び、焼結体４０を所定寸法にサイジングするサイジング工程を経て製造される。
【００２４】
圧縮成形工程で成形される圧粉体３０は、図５に示すように、底面３１が平坦面となっている。この他、圧粉体３０は、天面３２（凸部３５及び係合溝３６を含む）と、側面３３と、端面３４とを有するが、これらの面の形状は、焼結工程やサイジング工程による若干の寸法変化を除き、図１に示すシール部材１０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
圧縮成形工程では、図６（ａ）に示すように、ダイ５１の成形孔５１ａ及び下パンチ５２の成形面５２ａで形成されたキャビティに金属粉末を充填し、上パンチ５３を降下させて金属粉末を圧縮することにより、圧粉体３０が成形される。この金型では、上パンチ５３及び下パンチ５２で圧粉体３０の一対の平坦な側面３３，３３が圧縮成形され、これと同時に、ダイ５１の成形孔５１ａで圧粉体３０の底面３１、天面３２（凸部３５及び係合溝３６を含む）、及び一対の端面３４,３４が成形される（図６（ｂ）参照）。ダイ５１の成形孔５１ａの内面（成形面）は全て圧縮方向と平行であり、このため圧粉体３０の外周（底面３１、天面３２、及び端面３４）は平行に成形される。
【００２６】
このように、圧粉体３０の一対の平坦な側面３３，３３を上パンチ５３及び下パンチ５２で圧縮して成形することで、圧粉体３０の圧縮方向の肉厚を一定にすることができる。このため、圧粉体３０の圧縮率が全域で一定となり、密度を均一にすることができる。これにより、圧粉体３０に局部的な低密度部（すなわち脆弱部）が形成されることがないため、焼結工程への移送時等に圧粉体３０が損傷する事態を防止できる。
【００２７】
その後、図７に示すように、上パンチ５３及び下パンチ５２を圧粉体３０と共に上昇させ、ダイ５１の成形孔５１ａから圧粉体３０を排出する。このとき、ダイ５１の成形孔５１ａ、及び成形孔５１ａで成形された圧粉体３０の外周面（底面３１等）が、何れも圧縮方向（すなわち型抜き方向）と平行であるため、ダイ５１と圧粉体３０とが型抜き方向で係合することはない。その後、下パンチ５２の上に載置された圧粉体３０を水平方向に払い出すことにより、圧粉体３０を簡単に離型することができる。このとき、下パンチ５２の平坦な成形面５２ａで圧粉体３０の平坦な側面３３が成形されているため、これらの面が水平方向で係合することはない。
【００２８】
焼結工程では、圧粉成形工程から移送された圧粉体３０を所定の温度で焼結することにより、圧粉体３０の金属粉末同士を結合し、焼結体４０が得られる。焼結体４０は、圧粉体３０とほぼ同一形状であるため、詳細な説明は省略する。この焼結工程における加熱により圧粉体３０に寸法変化が生じるが、上記のように圧粉体３０の密度が均一であるため、焼結時の変形量が均一となり、圧粉体３０を焼結して焼結体４０を形成する際の寸法精度の低下（特に形状変化）を抑えることができる。
【００２９】
サイジング工程では、圧縮成形工程における圧粉体３０の圧縮方向とは異なる方向で、焼結体４０を圧縮する。具体的には、図８に示すように、ダイ６１の成形孔６１ａの内周に配した焼結体４０（点線で示す）の底面４１及び天面４２を、上パンチ６２及び下パンチ６３で上下から圧縮する。下パンチ６３の成形面６３ａの形状は、幅方向中央部をへこませた凹曲面状を成しており、この成形面６３ａを焼結体４０に押し付けることで、シール部材１０の凸曲面状の底面１１が成形される。
【００３０】
このとき、図９に示すように、シール部材１０の係合溝１６の長手方向領域は、上下パンチ６２，６３による圧縮力が係合溝１６の空間で吸収されるため、この領域の底面１１（図９の黒塗り部Ａ）は上下パンチ６２，６３で直接的には圧縮されない。しかし、この工程では、シール部材１０の全周（側面１３，１３及び端面１４，１４）をダイ６１で拘束した状態で、底面１１の非圧縮領域Ａの長手方向両側を上下パンチ６２，６３で直接圧縮しているため（図９の矢印参照）、底面１１の非圧縮領域Ａも他の領域とほぼ同様に下パンチ６３の成形面６３ａで成形される。以上により、図１に示すシール部材１０が形成される。
【００３１】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３２】
例えば、図１０に示す実施形態では、シール部材１０の天面１２の長手方向一端部付近を凹ませて、係合溝１６を形成している。この係合溝１６にバネ２０の一端部に設けた略円弧状の係止部２２を圧入して、係合溝１６の対向する内壁に係止部２２を弾性的に押し付けることにより、シール部材１０とバネ２０とが係合して一体化される。
【００３３】
図１１に示す実施形態では、シール部材１０に係合突起１７を設け、この係合突起１７にバネ２０を係合させている。具体的には、シール部材１０の一方の端面１４に係合溝１６を形成すると共に、係合溝１６の上側に長手方向に突出した係合突起１７が形成される。バネ２０の一端部に設けた係止部２２はＳ字形状に屈曲され、端部側の屈曲部２２ａが係合溝１６に圧入されると共に、中央側の屈曲部２２ｂが係合突起１７を上下から挟む。これにより、シール部材１０とバネ２０とを係合して一体化される。
【００３４】
この場合、シール部材１０のサイジング工程において、シール部材１０の底面１１のうち、係合突起１７の長手方向領域（図１１の黒塗り部Ａ）は上下パンチで直接圧縮されない。しかし、本実施形態では、係合突起１７の先端面１７ａがシール部材１０の端面１４よりも長手方向中央側に位置しているため、底面１１の非圧縮領域Ａの長手方向両側は上下パンチで直接圧縮される。従って、上記の実施形態と同様に、シール部材１０の全周がダイで拘束された状態で、底面１１の非圧縮領域Ａの両側が上下パンチで直接圧縮されるため、底面１１の非圧縮領域Ａも他の領域とほぼ同様に下パンチで成形される。
【００３５】
図１２〜１４に示す実施形態では、係合溝１６あるいは係合突起１７をアンダーカット形状とすることで、シール部材１０とバネ２０との抜け止め効果を高めている。具体的に、図１２のシール部材１０は、凸部１５に形成された係合溝１６の溝幅（すなわち対向する内壁１６ａ，１６ｂの上下方向間隔）を、奥側へ向けて徐々に広げている。図１３のシール部材１０は、天面１２に形成された係合溝１６の溝幅（すなわち対向する内壁１６ｃ，１６ｄの長手方向間隔）を、奥側へ向けて徐々に広げている。図１４のシール部材１０は、係合溝１６の上側の内壁１６ｅ（すなわち、係合突起１７の下側の側面）を、奥側へ向けて上方に傾斜させている。これにより、係合溝１６の溝幅が奥側へ向けて広がると共に、係合突起１７の上下方向幅が先端側へ向けて広がる。これらの場合、バネ２０の係止部２２とアンダーカット形状の係止溝１６あるいは係合突起１７との係合により両者を一体化することができるため、必ずしもバネ２０を係止溝１６や係合突起１７に圧入する必要はない。もちろん、バネ２０を係止溝１６や係合突起１７に圧入すれば、両者の結合力が高まるため、より好ましい。
【００３６】
上記のようなアンダーカット形状の係合溝１６及び係合突起１７は、例えば、シール部材１０の圧縮成形工程あるいはサイジング工程において成形することができる。この場合、例えば図６（ｂ）に示すダイ５１の成形孔５１ａの形状を変更すれば、圧縮成形工程においてアンダーカット形状の係合溝１６や係合突起を成形することができる。あるいは、アンダーカット形状の係合溝１６及び係合突起１７は、サイジング工程で成形することもできる。この場合、図１５に示すように、圧縮成形工程では係合溝３６をアンダーカットのないストレートな形状に成形すると共に、凸部３５の上面３５ｂを長手方向中央側へ向けて斜め上方に傾斜させる。その後のサイジング工程で、傾斜した凸部３５の上面３５ｂを上パンチで圧縮して平坦に成形することにより、係合溝１６の上側の内壁１６ａを押し下げてアンダーカット形状とすることができる（図１５の点線参照）。
【００３７】
図１６に示す実施形態は、シール部材１０の天面１２の長手方向両端部に凸部１５，１８を設けている。一方の凸部１５には、図１に示す実施形態と同様に係合溝１６が設けられる。他方の凸部１８は、バネ２０の他端部２３と当接していない。また、可変バルブタイミング機構１００に装着した状態でも、他方の凸部１８とバネ２０の他端部２３とは当接しない。
【００３８】
図１７に示す実施形態は、シール部材１０の天面１２の長手方向両端部に凸部１９，１９が設けられ、この凸部１９，１９の間にバネ２０が装着されている。バネ２０は上向きに凸の円弧状を成し、両端部が凸部１９，１９に係合している。図示例では、凸部１９，１９の長手方向内側の端面１９ａ，１９ａが、上方へ向けて互いに接近する側に傾斜している。この傾斜した端面１９ａ，１９ａとバネ２０の両端部とが係合することで、シール部材１０とバネ２０とが一体化されている。
【００３９】
図１８に示す実施形態は、図１に示すシール部材１０の天面１２の幅方向両端部に、長手方向に延びる凸部１２ａ，１２ａを設け、この凸部１２ａ，１２ａの間にバネ２０の他端部２３を配している。これにより、バネ２０の他端部２３の幅方向移動がシール部材１０の凸部１２ａ，１２ａにより規制されるため、バネ２０のシール部材１０からの脱落をより一層確実に防止することができる。
【００４０】
以上の実施形態では、本発明に係るオイルシール１がロータ１１０側に形成された溝部に配される場合を示したが、これに限らず、ハウジング側に形成された溝部に配するオイルシールに本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１オイルシール
１０シール部材
１１底面（一側面）
１２天面（他側面）
１３側面
１４端面
１５凸部
１６係合溝
１７係合突起
２０バネ
２１頂部
２２係止部
２３他端部
３０圧粉体
４０焼結体
５１ダイ
５２下パンチ
５３上パンチ
６１ダイ
６２上パンチ
６３下パンチ
１００可変バルブタイミング機構
１１０ロータ
１１１ベーン
１２０ハウジング
１２１ティース
Ａ非圧縮領域

【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変バルブタイミング機構のロータとハウジングとの間に設けられた複数の油圧室を液密的に区画するオイルシールであって、
焼結金属で細長形状に形成され、長手方向に延びる一側面が、長手方向と直交する方向の中央部を頂点とした曲面状であるシール部材と、シール部材の前記一側面と反対側の他側面に設けられ、シール部材に係合して一体化されたバネとを備えたオイルシール。
【請求項２】
シール部材に係合溝を設け、この係合溝にバネを係合させた請求項１記載のオイルシール。
【請求項３】
バネの端部を湾曲させて係止部を形成し、この係止部をシール部材の係合溝に圧入することでシール部材とバネとを係合させた請求項２記載のオイルシール。
【請求項４】
シール部材の他側面に凹凸が設けられ、この他側面が圧縮成形金型のダイで成形された請求項１〜３の何れかに記載のオイルシール。
【請求項５】
圧縮成形金型のダイでシール部材の一側面が平坦に成形され、サイジング金型のパンチでシール部材の一側面が曲面状に成形された請求項４記載のオイルシール。
【請求項６】
シール部材に係合突起を設け、この係合突起にバネを係合させた請求項１〜５の何れかに記載のオイルシール。
【請求項７】
バネの一端がシール部材に係合した固定端であり、他端が自由端である請求項１〜６の何れかに記載のオイルシール。

【図１】