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JP6628205B2 - バルブステムシール - Google Patents

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JP6628205B2 JP2015141632A JP2015141632A JP6628205B2 JP 6628205 B2 JP6628205 B2 JP 6628205B2 JP 2015141632 A JP2015141632 A JP 2015141632A JP 2015141632 A JP2015141632 A JP 2015141632A JP 6628205 B2 JP6628205 B2 JP 6628205B2
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Description

本発明は、バルブステムシールに関し、特に、自動車の内燃機関において用いられるバルブステムシールに関する。
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、白煙発生等の不具合を防止するためにこの潤滑油の供給量を制御してポートやシリンダへの流入の防止を図っている。図4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4に示すように、従来のバルブステムシール100は、金属製の補強環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を備えている。バルブステムシール100は、補強環101がバルブガイド111の端部に圧入されて、バルブガイド111に金属嵌合により嵌着され、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(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−19852号公報
上述のように従来のバルブステムシール100では、金属製の補強環101をバルブガイド111に嵌着させ、金属嵌合による強固なバルブガイド111への取り付けが行われており、近年の内燃機関の更なる低燃費化の要求によるエンジンの小型化やターボチャージャの搭載等に基づく高い背圧を受けてもバルブステムシール100がバルブガイド111から抜けてしまうことの防止が図られている。しかしながら、補強環101をバルブガイド111に金属嵌合させるためには補強環101へ大きな荷重を加えることが必要であり、従来のバルブステムシール100はバルブガイド111に取り付けにくいものであった。また、従来のバルブステムシール100は、バルブガイド111からの取り外しが困難であり、メンテナンス等で取り外す際にバルブガイド111を傷つけてしまうおそれがあった。
このため、従来のバルブステムシールにおいては、バルブガイドへの金属嵌合を採用しつつ、バルブガイドへの取り付けが容易であり、また、メンテナンス等のためにバルブガイドからの取り外しが容易な構造が求められていた。
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、バルブガイドへの取り付けを容易にすると共に、バルブガイドからの取り外しを容易にすることができるバルブステムシールを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係るバルブステムシールは、軸線を中心とする環状の補強環部と、該補強環部から延びるバルブガイドに係合可能な係合部とを備える金属製の金属環と、前記補強環部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、前記バルブステムに当接するシールリップと、該シールリップより前記金属環の前記係合部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とを有し、前記金属環の前記係合部は、前記補強環部から前記軸線方向に沿って漸次前記軸線から離れて延びる複数の爪部を有し、前記爪部は、前記軸線方向に延びるように変形可能であり、前記爪部の各々は、前記軸線に向かって突出する前記バルブガイドに係合可能に形成された係合突起を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいては、前記金属環において、前記係合部は前記補強環部の前記軸線方向における一端から延びており、前記補強環部は、該補強環の外側面において前記一端に形成された環状溝を有する。
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいて、前記係合部の前記複数の爪部は、前記補強環から前記軸線方向に延びる環状の部分を前記軸線に沿って切断することにより形成されている。
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいて、前記爪部の前記係合突起は、前記バルブガイドの一端側に形成されている溝に係合可能である。
本発明の一態様に係るバルブステムシールにおいて、前記弾性体部は、前記軸線方向において前記背面リップよりも前記係合部側に延びる環状の突起である位置決め突起を有しており、該位置決め突起が前記バルブガイドに当接した状態において、前記係合部が前記バルブガイドに係合可能な位置に位置決めされる。
本発明に係るバルブステムシールによれば、バルブガイドへの取り付けを容易にすると共に、バルブガイドからの取り外しを容易にすることができる。
本発明の実施の形態に係るバルブステムシールの概略構造を示すための軸線に沿う断面図である。 図1に示すバルブステムシールの側面図である。 バルブガイドに取り付けられた状態における本発明の実施の形態に係るバルブステムシールの軸線に沿う断面図である。 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。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール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バルブステムシール1は、自動車の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)。
図1に示すように、本実施の形態に係るバルブステムシール1は、軸線xを中心とする環状の金属製の金属環10と、金属環10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20とを備えている。バルブステムシール1は、使用状態において、バルブガイド51のカム側Aの端部に嵌着され、バルブステム52が挿通される。バルブステムシール1は、バルブガイド51とバルブステム52との間へのカム側Aからの潤滑油の供給量を制御しつつ、カム側Aとシリンダ側Bとの間において、バルブガイド51とバルブステム52との間の隙間の密封を図る。
バルブガイド51は、軸線x方向に延びる円筒状の形状を呈しており、バルブステム52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53を有している。ガイド孔53は、バルブガイド51のカム側Aの端部であるカム側端部54とシリンダ側Bの端部である図示しないシリンダ側端部との間に延びている。また、バルブガイド51のカム側端部54側(一端側)における外周面には、環状の溝である係合溝55が形成されている。係合溝55は、例えば、バルブガイド51のカム側端部54側において、カム側Aの部分がシリンダ側Bの部分よりも外周側に向けて突出して形成されている。
弾性体部20の弾性体は、例えば、フッ素ゴム等のゴム材から形成されている。金属環10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20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、金属環10は成形型の中に配置されており、弾性体部20が架橋接着により金属環10に接着され、弾性体部20が金属環10と一体的に成形される。
金属環10は、軸線xを中心とする環状の補強環部11と、補強環部11から延びるバルブガイド51に係合可能な係合部12とを備えている。補強環部11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部分である円筒部11aと、円筒部11aのカム側Aの端部から軸線xに向かって延びる中空円盤状の部分であるフランジ部11bとを有している。円筒部11aは、バルブガイド51のカム側端部54側の部分を内部に収容可能になっており、円筒部11aの内径は、円筒部11aに収容されるバルブガイド51のカム側端部54側の部分の外径と同じであってもよく、異なって(小さい又は大きい)いてもよい。但し、バルブガイド51を容易に円筒部11a内に挿入でき、円筒部11a内から抜き取れる嵌め合いが好ましい。
係合部12は、図1,2に示すように、補強環部11の円筒部11aのシリンダ側Bの端部から延びており、補強環部11から軸線x方向に沿って漸次軸線xから離れて延びる複数の爪部13を有している。爪部13は、後述するように、軸線x方向に延びるように変形可能になっている。爪部13の各々は、軸線xに向かって突出するバルブガイド51に係合可能に形成された係合突起14を有している。
爪部13は、例えば、補強環部11のシリンダ側Bの端部から軸線x方向及び外周方向に延びる板状の部分であり、バルブガイド51のカム側端部54側の外周面に密着可能な形状を有している。具体的には、係合部12の爪部13は、補強環部11から軸線x方向に延びる環状の部分を軸線xに沿って切断することにより形成されている。より具体的には、爪部13は、補強環部11の円筒部11aがシリンダ側の端部から軸線x方向に延長されて形成された軸線xを中心とする円筒状の部分が軸線xに平行に切断されることにより形成されている。これにより、爪部13を容易に形成することができる。本実施の形態においては、係合部12は8つの爪部13を有しており、爪部13は、金属環10の円筒部11aがシリンダ側の端部から軸線x方向に延長された軸線xを中心とする円筒状の部分が軸線xに平行に周方向に等間隔で切断(八等分)されることにより形成されている。各爪部13は、同一の形状を有している。
また、係合突起14は、爪部13のシリンダ側Bの自由端部側に形成されており、爪部13の内周側の面である内周面13aから内周側に突出しており、内周面13aにおいて周方向に延びている。係合突起14は、後述するように、使用状態において、バルブガイド51のカム側端部54側に形成されている係合溝55に係合可能となっている。
なお、本実施の形態に係るバルブステムシール1は図2に示すように、8つの爪部13を有しているが、爪部13の個数は、8つに限るものではなく、4つ或いは6つ等であってもよい。また、各爪部13の周方向の幅は互いに等しくはなく、夫々異なる幅を有していても良い。さらに、使用状態において、互いに隣り合う爪部13同士の間に隙間が形成されるように係合部12において爪部13が形成されていてもよい。
また、爪部13は、図1に示すように、係合突起14を超えてシリンダ側Bに延びており、係合突起14よりもシリンダ側Bの部分において、係合突起14よりも外周側に凹む段差部15が形成されている。この段差部15により、後述するように使用状態において、爪部13の自由端側の一部とバルブガイド51の外周面との間に空間が形成される。
金属環10における補強環部11の外周側の面には、環状の溝である環状溝16が形成されている。環状溝16は、補強環部11の円筒部11aの爪部13が接続しているシリンダ側Bの端部に形成されており、金属環10において環状溝16が形成されている部分は、金属環10における他の部分よりも薄肉になっている。本実施の形態においては、環状溝16は円筒部11aの全周に亘って形成されているが、環状溝16は、爪部13に対応して形成されていればよい。つまり、環状溝16は、各爪部13に対応して周方向に延びるように形成されていればよく、各爪部13の周方向の幅の少なくとも一部に亘って形成されていればよい。
弾性体部20は、シール部21と、位置決め突起22とを一体に有しており、軸線xを中心とする環状の形状をなしている。シール部21は、軸線x方向に延びる環状のシール基部23と、後述するように挿通されるバルブステム52に当接するシールリップ24と、シールリップ24より金属環10の係合部12側(シリンダ側B)に配設されているバルブステム52に当接する背圧リップ25とを一体に有している。
具体的には、図1に示すように、シールリップ24は、シール基部23からカム側Aに向かって延びており、カム側Aの端部において内周側には、軸線xを中心とする環状のリップ先端部24aが形成されている。リップ先端部24a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。使用状態において、シールリップ24はリップ先端部24aにおいてバルブステム52に当接する。
シールリップ24の外周側には、リップ先端部24aに対向してガータスプリング26が嵌着されており、ガータスプリング26は、シールリップ24を軸線xに向かう方向に付勢して、リップ先端部24aがバルブステム52の変位に対して追随するようにリップ先端部24aにバルブステムに対する緊迫力を与えている。
背圧リップ25は、図1に示すように、シール基部23のシリンダ側B側にシールリップ24から離間して配設されており、シール基部23のシリンダ側Bから軸線xに向かって延びる環状のリップである。より具体的には、背圧リップ25は、シール基部23のシリンダ側Bの端部から、内周方向且つシリンダ側Bに向かう方向に延びる軸線xを中心とする円錐筒状のリップである。使用状態において、背圧リップ25はバルブステム52に当接する。
位置決め突起22は、図1に示すように、軸線xを中心とする環状の突起であり、背圧リップ25よりも外周側においてシール基部23からシリンダ側Bに向かって延びている。位置決め突起22は、バルブステムシール1をバルブガイド51に取り付ける際に、カム側端部54(カム側の表面)においてバルブガイド51に当接し、位置決め突起22がバルブガイド51に当接した際に、金属環10の係合部12がバルブガイド51に係合可能に位置決めされる。
また、弾性体部20は、図1に示すように、軸線x方向においてシールリップ24と背圧リップ25との間に配設されている環状の突起27を有している。突起27は、シールリップ24のシール基部23側に配設されており、シールリップ24の内周側の表面から軸線xに向かって突出している環状の突起である。突起27は、使用状態において、バルブステム52の偏心を抑制するために、バルブステム52を支持するための部分であり、バルブステム52に当接する。突起27には、突起27の内周側の部分(先端部分)の一部が切り欠かれて形成された部分である切欠き部27aが少なくとも1つ形成されている。なお、突起27は、使用状態において、軸線x方向に挿通されたバルブステム52(偏心していない状態におけるバルブステム52)に当接せず、バルブステム52が所定の範囲以上軸線xから偏心する際に、バルブステム52に当接するように形成されていてもよい。
突起27は、上述のように少なくとも1つの切欠き部27aを有しており、本実施の形態においては、4つの切欠き部27aを有している。4つの切欠き部27aは、突起27において、周方向に等角度間隔で形成されている。突起27は、上述のように、使用状態においてバルブステム52を支持するが、切欠き部27aが形成されているため突起27のバルブステム52との当接面が減少されており、突起27のバルブステム52に対する摺動抵抗の低減が図られている。
金属環10は、図1に示すように、補強環部11のフランジ部11bの内周側の端部(端部11c)が弾性体部20に接着されて弾性体部20に取り付けられている。具体的には、補強環部11のフランジ部11bの内周側の端部11cは、シール部21のシール基部23の部位に外周側から埋設された状態で接着されている。また、金属環10は、係合部12がシール基部23よりも背圧リップ25や位置決め突起22側に位置するように、弾性体部20に取り付けられている。このように、位置決め突起22及び背圧リップ25は、金属環10の補強環部11のフランジ部11bよりもシリンダ側Bに位置するようになっている。
次いで、上述の構成を有するバルブステムシール1のバルブガイド51への取り付け方法並びに取り外し方法について説明する。
図1,2に示すように、バルブステムシール1をバルブガイド51に取り付ける前の状態において、金属環10の係合部12の爪部13は、補強環部11から軸線x方向に沿って漸次軸線xから離れて延びており、補強環部11から外周側に広がっている。この状態において、バルブステムシール1をバルブガイド51のカム側端部54に嵌着させると、つまり、金属環10の円筒部11a内にバルブガイド51のカム側端部54側を挿入していくと、弾性体部20の位置決め突起22がバルブガイド51のカム側端部54に当接する。位置決め突起22がバルブガイド51のカム側端部54に当接することにより、後述するように、係合部12がバルブガイド51に係合可能な位置に位置決めされる。
上述のようにバルブステムシール1が位置決めされた状態において、図1に仮想線で示すように、係合部12の各爪部13のシリンダ側Bの端部を外周側から内周側に押圧し、爪部13の延び方向が軸線x方向となるように爪部13を付け根から変形させると、爪部13がバルブガイド51に係合される。具体的には、図3に示すように、爪部13に形成された係合突起14がバルブガイド51のカム側端部54側に形成されている係合溝55に係合し、爪部13がカム側A方向に移動不能になる。このように。爪部13における係合突起14がバルブガイド51の係合溝55に係合することで、金属環10がバルブガイド51に取り付けられてカム側A方向に移動不能となり、バルブステムシール1がバルブガイド51に取り付けられる。バルブガイド51の係合溝55は、カム側Aの部分がシリンダ側Bの部分よりも外周方向に突出して形成された溝であり、爪部13の係合突起14が係合溝55に係合すると、係合突起14と係合溝55とは軸線x方向(互いに離間する方向)において係止される。このため、爪部13が係合突起14においてバルブガイド51の係合溝55に係合することにより、バルブステムシール1が強固にバルブガイド51に取り付けられる。
ここで、金属環10の補強環部11において、係合部12の各爪部13の付け根には、上述したように、環状の環状溝16が形成されており、補強環部11の爪部13の付け根は他の部分よりも径方向の幅が薄くなっている。このため、係合部12をバルブガイド51に係合させる際の爪部13の上記変形(折り曲げ)が、環状溝16に沿って容易になされるようになっている。バルブステムシール1の取り付けには、例えば、圧入治具が使用され、爪部13が折り曲げられる。
図3に示すように、バルブステムシール1がバルブガイド51に取り付けられた状態において、弾性体部20の位置決め突起22は、バルブガイド51のカム側端部54に当接している。これにより、金属環10とバルブガイド51との係合部分から進入する潤滑液が位置決め突起22を越えてガイド孔53方向に浸入することを抑制することができる。また、バルブステムシール1は、位置決め突起22がバルブガイド51のカム側端部54に当接して押圧されることにより、爪部13がバルブガイド51の係合溝55に係合可能となる位置に位置決めされるようになっていてもよい。この場合、バルブステムシール1がバルブガイド51に取り付けられた状態において、位置決め突起22は、バルブガイド51のカム側端部54と金属環10との間で押圧された状態でカム側端部54に当接している。このため、位置決め突起22の当接部における密封性能を向上させることができる。また、爪部13の係合突起14とバルブガイド51の係合溝55との間の係合を強固にすることができる。
また、バルブステムシール1のメンテナンスや交換等のために、バルブステムシール1をバルブガイド51から取り外す際には、爪部13を図1,2に示すような取り付け前(変形前)の広がった状態に戻す。具体的には、係合部12の爪部13のシリンダ側Bの端部を外周側に押圧して、爪部13のシリンダ側Bの端部が外周側に広がった状態にする。これにより、各爪部13の係合突起14とバルブガイド51の係合溝55との間の係合が解除され、係合部12とバルブガイド51とが係合状態から解放される。係合部12とバルブガイド55との間の係合状態が解除されることにより、金属環10をバルブガイド51からカム側Aに移動させることができるようになり、バルブステムシール1はバルブガイド51から取り外し可能になる。
金属環10の補強環部11において、係合部12の爪部13の付け根には、環状溝16が形成されており、補強環部11は環状溝16の部分において他の部分よりも径方向の幅が薄くなっている。このため、爪部13は、環状溝16を起点として折り曲げ易くなっており、爪部13とバルブガイド51との間の係合を解除し易くなっている。
ここで、上述のように、爪部13のシリンダ側Bの端部には、係合突起14よりも外周側に凹む段差部15が形成されており、図3に示すように、バルブステムシール1がバルブガイド51に取り付けられた状態において、爪部13のシリンダ側Bの端部とバルブガイド51の外周面との間には空間が形成されている。このため、バルブステムシール1をバルブガイド51から取り外すために上述のように各爪部13を外周側に広げる際に、爪部13の段差部15を介して、爪部13を外周側へ押す力を爪部13に加えやすくなっている。
このように、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール1によれば、金属環10において環状溝16を起点として爪部13を容易に折り曲げることができる。このため、爪部13を容易にバルブガイド51の係合溝55に係合させることができ、また、爪部13とバルブガイド51の係合溝55との係合を容易に解除することができ、バルブステムシール1は、容易にバルブガイド51に取り付けることができ、また、容易にバルブガイド51から取り外すことができる。このため、バルブステムシール1の交換やメンテナンス時等においてバルブステムシール1をバルブガイド51から取り外す際に、バルブガイド51やバルブステム52が損傷することを抑制することができる。また、爪部13の係合突起14とバルブガイド51の係合溝55との軸線x方向における係合により、軸線x方向における力に対して強固にバルブステムシール1をバルブガイド51に取り付けることができる。このため、バルブステムシール1を、高い背圧を受けてもバルブガイド51から外れにくくすることができる。
このように、本発明の実施の形態に係るバルブステムシール1によれば、バルブガイド51への取り付けを容易にすると共に、バルブガイド51からの取り外しを容易にすることができる。
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バルブステムシール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。
1,100 バルブステムシール
10 金属環
11 補強環部
11a 円筒部
11b フランジ部
11c 端部
12 係合部
13 爪部
13a 内周面
14 係合突起
15 段差部
16 環状溝
20,102 弾性体部
21 シール部
22 位置決め突起
23 シール基部
24,103 シールリップ
24a リップ先端部
25 背圧リップ
26 ガータスプリング
27 突起
27a 切欠き部
51,111 バルブガイド
52,110 バルブステム
53 ガイド孔
54 カム側端部
55 係合溝
101 補強環
x 軸線

Claims (5)

  1. 軸線を中心とする環状の補強環部と、該補強環部から延びるバルブガイドに係合可能な係合部とを備える金属製の金属環と、
    前記補強環部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と、該シールリップより前記金属環の前記係合部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とを有し、
    前記金属環において、前記係合部は、前記補強環部の前記軸線方向における一端から延びており、前記補強環部から前記軸線方向に沿って漸次前記軸線から離れて延びる複数の爪部を有し、前記補強環部は、該補強環部の外側面において前記一端に形成された環状溝を有し、
    前記爪部は、前記環状溝を起点として前記軸線方向に延びるように変形可能であり、前記爪部の各々は、前記軸線に向かって突出する前記バルブガイドに係合可能に形成された係合突起を有することを特徴とするバルブステムシール。
  2. 前記爪部は、前記係合突起よりも自由端側の部分において、前記係合突起よりも外周側に凹む段差部を有することを特徴とする請求項1記載のバルブステムシール。
  3. 前記係合部の前記複数の爪部は、前記補強環から前記軸線方向に延びる環状の部分を前記軸線に沿って切断することにより形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のハブステムシール。
  4. 前記爪部の前記係合突起は、前記バルブガイドの一端側に形成されている溝に係合可能であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のバルブステムシール。
  5. 前記弾性体部は、前記軸線方向において前記背圧リップよりも前記係合部側に延びる環状の突起である位置決め突起を有しており、該位置決め突起が前記バルブガイドに当接した状態において、前記係合部が前記バルブガイドに係合可能な位置に位置決めされることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のバルブステムシール。
JP2015141632A 2015-07-15 2015-07-15 バルブステムシール Active JP6628205B2 (ja)

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