JP2010096101A - 締結構造及びこれを備える流体フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】第１部材及び第２部材の緩めトルクの低下を抑制することができる締結構造を提供する。
【解決手段】本締結構造は、その内周側に係合部（雌ネジ部１０）が設けられた筒状部を有する第１部材（ケース２）と、前記第１部材との相対回転により前記係合部と係合する被係合部（雄ネジ部８）を有する第２部材（キャップ３）と、前記第１部材の前記筒状部の内周側と前記第２部材との間に設けられるシール部材（Ｏリング９）と、を備え、前記第２部材及び前記シール部材の間の摩擦力は、前記第１部材及び前記シール部材の間の摩擦力より大きい。前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さが、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さより大きいことが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、締結構造及びこれを備える流体フィルタに関し、さらに詳しくは、第１部材及び第２部材の緩めトルクの低下を抑制することができる締結構造及びこれを備える流体フィルタに関する。

従来の流体フィルタとして、その内周側に雌ネジが形成された筒状のケースと、このケースとの相対回転により雌ネジと螺合する雄ネジがその外周側に形成された筒状のキャップと、これらケース及びキャップの間に収容される濾過エレメントと、を備え、このケースの内周側とキャップの外周側との間にＯリングを介装してなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１８０３８７号公報

しかし、上記従来の流体フィルタでは、ケース及びキャップを相対回転させて螺合又は螺合解除する際のケース及びキャップに対するＯリングの動摩擦力が適切に制御されていなかったため、ケース及びキャップを相対回転させる際に、主にキャップに対してＯリングの滑りが生じてしまうことがある。その場合、ケース及びキャップの回転中心に対してシール部材の求心側で比較的小さなモーメント力が生じることとなり、ケース及びキャップの緩めトルクが目標値より低下してしまう。特に、上記ケース及びキャップとして、熱膨張率の異なるケース及びキャップを採用する場合には、緩めトルクの低下が顕著なものとなってしまう。
なお、上述の問題は、流体フィルタの締結構造の他に、例えば、流体タンクのタンク本体及びキャップの締結構造などにおいても発生する可能性がある。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、第１部材及び第２部材の緩めトルクの低下を抑制することができる締結構造及びこれを備える流体フィルタを提供することを目的とする。

本発明は、以下の通りである。
１．その内周側に係合部が設けられた筒状部を有する第１部材と、
前記第１部材との相対回転により前記係合部と係合する被係合部を有する第２部材と、
前記第１部材の前記筒状部の内周側と前記第２部材との間に設けられるシール部材と、を備え、
前記第２部材及び前記シール部材の間の摩擦力は、前記第１部材及び前記シール部材の間の摩擦力より大きいことを特徴とする締結構造。
２．前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さは、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さより大きい上記１．記載の締結構造。
３．前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さは、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さの３倍以上である上記２．記載の締結構造。
４．前記シール部材は、前記第２部材との接触面積が前記第１部材との接触面積より大きい上記１．乃至３．のいずれか一項に記載の締結構造。
５．前記第１部材及び前記第２部材の熱膨張率は異なっている上記１．乃至４．のいずれか一項に記載の締結構造。
６．上記１．乃至５．のいずれか一項に記載の締結構造を備える流体フィルタであって、
前記第１部材としての筒状のケースと、
前記ケースに着脱自在に装着され且つドレン穴が形成された前記第２部材としてのキャップと、
前記ケース及び前記キャップの間に収容される濾過エレメントと、を備えることを特徴とする流体フィルタ。

本発明の締結構造によると、第２部材及びシール部材の間の摩擦力が、第１部材及びシール部材の間の摩擦力より大きいので、第１部材及び第２部材を相対回転させて係合部及び被係合部を係合又は係合解除する際に、主に第１部材に対してシール部材の滑りが生じる。その結果、第１部材及び第２部材の回転中心に対してシール部材の遠心側で比較的大きなモーメント力が生じることとなり、第１部材及び第２部材の緩めトルクの低下を抑制することができる。
また、前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さが、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さより大きい場合は、簡易な表面粗さの調整によって、第１及び第２部材の緩めトルクの低下を抑制できる。
また、前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さが、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さの３倍以上である場合は、第１及び第２部材の緩めトルクの低下をより確実に抑制できる。
また、前記シール部材が、前記第２部材との接触面積が前記第１部材との接触面積より大きい場合は、特定構成のシール部材を用いることによって、第１及び第２部材の緩めトルクの低下を抑制できる。
さらに、前記第１部材及び前記第２部材の熱膨張率が異なっている場合は、本締結構造をより多くの用途に適用することができる。

本発明の流体フィルタによると、上記締結構造を備えるので、キャップ及びシール部材の間の摩擦力が、ケース及びシール部材の間の摩擦力より大きいため、ケース及びキャップを相対回転させて係合部及び被係合部を係合又は係合解除する際に、主にケースに対してシール部材の滑りが生じる。その結果、ケース及びキャップの回転中心に対してシール部材の遠心側で比較的大きなモーメント力が生じることとなり、ケース及びキャップの緩めトルクの低下を抑制することができる。

１．締結構造
本実施形態１．に係る締結構造は、以下に述べる第１部材、第２部材及びシール部材を備える。
なお、上記締結構造の用途としては、例えば、オイルフィルタ、燃料フィルタ等の流体フィルタ、オイルタンク、燃料タンク等の流体タンク等を挙げることができる。具体的には、流体フィルタのケース及びキャップの締結構造、流体フィルタのキャップ及びドレンボルトの締結構造、流体タンクのタンク本体及びキャップの締結構造等を挙げることができる。

上記「第１部材」は、その内周側に係合部が設けられた筒状部を有する限り、その構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。この第１部材の材質としては、例えば、アルミニウム合金等の金属材、ポリアミド樹脂等の樹脂材、セラミックス等を挙げることができる。また、この第１部材は、例えば、所定箇所に筒状部を有する形状であってもよいし、その全体形状が筒状であってもよい。また、上記係合部としては、例えば、螺合機構を構成する雌ネジ部、バヨネット機構を構成するらせん状の溝部又は凸部等を挙げることができる。

上記「第２部材」は、上記第１部材との相対回転により係合部と係合する被係合部を有する限り、その構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。この第１部材の材質としては、例えば、アルミニウム合金等の金属材、ポリアミド樹脂等の樹脂材、セラミックス等を挙げることができる。この被係合部としては、例えば、螺合機構を構成する雄ネジ部、バヨネット機構を構成するらせん状の溝部又は凸部等を挙げることができる。なお、上記「回転」とは、上記第１部材の筒状部の軸心回りの回転を意図する。
上記第２部材は、例えば、その外周側に被係合部が設けられた筒状部を有することができる。この場合の第２部材は、例えば、所定箇所に筒状部を有する形状であってもよいし、その全体形状が筒状であってもよい。

上記「シール部材」は、上記第１部材の筒状部の内周側と第２部材との間に設けられる限り、その構造、大きさ、形状、材質、数量などは特に問わない。このシール部材としては、例えば、Ｏリング、メタル中空Ｏリング、ゴムガスケット、メタルガスケット、リップパッキン、オイルシール等を挙げることができる。
上記シール部材は、例えば、上記第１部材の筒状部の内周側及び／又は第２部材に形成された環状の装着溝に装着されていることができる。これにより、シール部材をより正確に位置決めできる。

本実施形態１．に係る締結構造では、上記第２部材及びシール部材の間の摩擦力は、上記第１部材及びシール部材の間の摩擦力より大きくなっている。この摩擦力は、通常、上記第１部材及び第２部材を相対回転させて係合部及び被係合部を係合又は係合解除する際に生じる動摩擦力である。

上述の特定関係の摩擦力を発生させる形態としては、例えば、（１）上記第２部材のシール部材と接触する部位の表面粗さを、第１部材のシール部材と接触する部位の表面粗さより大きくする形態、（２）上記シール部材として、第２部材との接触面積が第１部材との接触面積より大きくなるものを用いる形態（図５参照）等のうちの１種又は２種以上の組み合わせを挙げることができる。

上記（１）形態では、上記第２部材のシール部材と接触する部位の表面粗さは、例えば、十点平均粗さで１０〜４０μｍＲｚ（好ましくは２０〜３０μｍＲｚ）であることができる。また、第１部材のシール部材と接触する部位の表面粗さは、例えば、十点平均粗さで１〜５μｍＲｚ（好ましくは２〜４μｍＲｚ）であることができる。
上記（１）形態では、例えば、上記第２部材のシール部材と接触する部位の表面粗さは、第１部材のシール部材と接触する部位の表面粗さの３倍以上（好ましくは４倍以上、より好ましくは５倍以上）であることができる。

上記（２）形態では、上記接触面積は、通常、上記第１部材及び第２部材を相対回転させて係合部及び被係合部を係合又は係合解除する際の接触面積である。
上記（２）形態では、上記シール部材としては、例えば、無負荷状態で、その縦断面において第２部材との接触側の円弧半径が第１部材との接触側の円弧半径より大きなものを用いることができる。

本実施形態１．に係る締結構造では、例えば、上記第１及び第２部材の熱膨張率は異なっていることができる。この熱膨張率が異なる態様としては、例えば、（１）第１及び第２部材のうちの一方が樹脂製であり、他方が金属製である形態、（２）第１及び第２部材が樹脂製又は金属製であり且つそれらの素材性状が互いに相違する形態等を挙げることができる。

２．流体フィルタ
本実施形態２．に係る流体フィルタは、上記実施形態１．に係る締結構造を備える流体フィルタであって、上記第１部材としての筒状のケースと、このケースに着脱自在に装着され且つドレン穴が形成された上記第２部材としてのキャップと、これらケース及びキャップの間に収容される濾過エレメントと、を備える。
上記流体フィルタとしては、例えば、上記ケースが金属性であり、上記キャップが樹脂製である形態を挙げることができる。これにより、エンジン側に装着されるケースの強度の低下を抑制できると共に、全体の軽量化を図ることができる。

以下、図面を参照して実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本実施例では、本発明に係る「流体フィルタ」として、エンジンのシリンダブロック（図示せず。）に装着されるオイルフィルタを例示する。

（１）オイルフィルタの構成
本実施例に係るオイルフィルタ１は、図１に示すように、一方を開放してなる有底筒状のアルミニウム製のケース２（本発明に係る「第１部材」として例示する。）と、このケース２に着脱自在に装着される一方を開放してなる有底筒状のナイロン樹脂製のキャップ３（本発明に係る「第２部材」として例示する。）と、これらケース２及びキャップ３で構成されるハウジング４の内部に収容される菊花筒状の濾過エレメント５と、を備えて基本的に構成されている。

上記ケース２の内周側には、雌ネジ部１０（本発明に係る「係合部」として例示する。）及び先端内周面７が形成されている。また、上記キャップ３の外周側には、雄ネジ部８（本発明に係る「被係止部」として例示する。）及び環状の装着溝１９が形成されている。この装着溝１９内には、Ｏリング９（本発明に係る「シール部材」として例示する。）が装着されている。そして、ケース２に対してキャップ３を軸心Ｃ回りに回転させて上記雄ネジ部８及び雌ネジ部１０を螺合させて、Ｏリング９を介してケース２とキャップ３とを締結させると、ハウジング４内部が液密に保持される。
ここで、上記実施例に係るケース２、キャップ３及びＯリング９によって、本発明に係る「締結構造」が構成されている。

図２に示すように、上記キャップ３の装着溝１９のＯリング９と接触する底面１９ａの表面粗さは、十点平均粗さで２５μｍＲｚとされている。また、上記ケース２のＯリング９と接触する先端内周面７の表面粗さは、十点平均粗さで３．２μｍＲｚとされている。したがって、上記底面１９ａの表面粗さは先端内周面７の表面粗さの約７．８倍とされている。その結果、ケース２及びキャップ３を相対回転させる際に、底面１９ａとＯリング９との間で生じる動摩擦力は先端内周面７とＯリング９との間で生じる動摩擦力より大きくなる。なお、上記ケース２の先端内周面７は、先端テーパ面７ａと、この先端テーパ面７ａの後方（反締結方向）に連なる円筒面７ｂとからなっている。

上記ハウジング４内部では、図１に示すように、バネ１１の付勢力によって、筒状体１２及びケース２に設けられたケース突起部６にて、各シール材１３，１４を介して濾過エレメント５の軸方向の両端部がシールされる。また、上記ケース２の中央側には、濾過エレメント５により濾過されたオイルをエンジンに戻すための流出口２ａが形成されている。また、このケース２の流出口２ａの周囲には、エンジンから送られる汚染オイルをケース２内に流入させるための複数の流入口２ｂが形成されている。

また、上記キャップ３の底部３ａの中心穴には、金属製の筒状部材１６がインサート成形により一体固定されている。この筒状部材１６の内周側は、雌ネジ１５ａが形成されたドレン穴１５とされている。また、上記キャップ３の底部３ａにはドレン穴１５を囲んでＯリング１７が装着されている。このドレン穴１５には、金属製のドレンボルト２０が着脱自在に装着されている。このドレンボルト２０は、その外周側に雄ネジ２１ａが形成されたプラグ部２１と、このプラグ部２１に連なるフランジ部２２とを有している。そして、このドレンボルト２０の雄ネジ２１ａとドレン穴１５の雌ネジ１５ａとを螺合させて、ドレン穴１５にドレンボルト２０をネジ止めすると、プラグ部２１によりドレン穴１５が閉塞されると共に、フランジ部２２がＯリング１７に圧接することによりドレン穴１５が液密に保持される。なお、上記筒状部材１６には、図示しないドレンパイプの先端部が係合可能な円環状の係合突起部１８が設けられている。

次に、ドレン機構２４について説明する。このドレン機構２４は、ドレン穴１５を閉鎖するようにキャップ３の内部に設けられる皿状で金属製のバルブ部材２５を備えている。このバルブ部材２５は、筒状体１２の内部で軸方向に移動自在に支持されると共に、バネ１１によりドレン穴１５を閉鎖する方向に付勢されている。また、このバルブ部材２５には、上記係合突起部１８に当接するテーパ状の弁部２６が設けられている。従って、ドレン穴１５からドレンボルト２０を取り外した状態であっても、バネ１１により付勢されるバルブ部材２５の弁部２６が係合突起部１８に当接することによってドレン穴１５の閉鎖状態が維持される。

（３）オイルフィルタの作用
次に、上記オイルフィルタ１の作用について説明する。
上記オイルフィルタ１の通常使用時には、図１に示すように、キャップ３のドレン穴１５にシール部材１７を介してドレンボルト２０が取り付けられ、ドレン穴１５はドレンボルト２０及びバルブ部材２５により閉鎖されている。

一方、濾過エレメント５、Ｏリング９、Ｏリング１７等の交換作業時には、先ず、ドレン穴１５からドレンボルト２０を緩めて取り外す。このとき、ドレン穴１５はバルブ部材２５により閉鎖状態が維持されており、ハウジング４内部の残留オイルがドレン穴１５から排出されない。次に、ドレン穴１５にドレンパイプを挿入して、ドレンパイプの先端部でバルブ部材２５を押してドレン穴１５を開放させる。すると、ドレンパイプの中心穴を介してハウジング４内の残留オイルが外部に排出され始める。その後、ハウジング４内部の残留オイルの排出が完了したら、ドレンパイプをドレン穴１５から引き抜き、ケース２に対してキャップ３を緩めて分離し、濾過エレメント５、Ｏリング９、Ｏリング１７等の交換作業を行う。

本実施例に係るオイルフィルタ１において、ケース２から分離されたキャップ３を軸心Ｃ回りに回転させて螺合させると、図３（ａ）に示すように、Ｏリング９とケース２の先端テーパ面７ａとが接触し始めてから、図３（ｃ）に示すように、ケース２及びキャップ３の締結が完了されるまでの期間ｔ１（図４参照）では、締付トルクＴ（緩めトルク）はなだらかに上昇して最終的に目標値に達する。これは、上記期間ｔ１において、主にケース２に対してＯリング９が滑っており、軸心Ｃに対してＯリング９の遠心側で比較的大きなモーメント力が生じているためであると考えられる。

ここで、比較例に係るオイルフィルタ１’として、上記実施例に係るオイルフィルタ１と略同じ構成であり、上記底面１９ａの表面粗さを十点平均粗さで６．３μｍＲｚとし、上記先端内周面７の表面粗さを十点平均粗さで６．３μｍＲｚとしたものを採用する。この比較例に係るオイルフィルタ１’において、ケース２から分離されたキャップ３を軸心Ｃ回りに回転させて螺合させると、図３（ａ）に示すように、Ｏリング９とケース２の先端テーパ面７ａとが接触し始めてから、図３（ｂ）に示すように、Ｏリング９と先端テーパ面７ａとの接触が完了するまでの期間ｔ２（図４参照）では、締付トルクＴ’（緩めトルク）はなだらかに上昇する。しかし、図３（ｂ）に示すように、Ｏリング９と円筒面７ｂとが接触し始めてから、図３（ｃ）に示すように、ケース２及びキャップ３の締結が完了されるまでの期間ｔ３（図４参照）では、締付トルクＴ’（緩めトルク）はなだらかに下降して最終的に目標値に達しない。これは、上記期間ｔ３では、主にキャップ３に対してＯリング９が滑っており、軸心Ｃに対してＯリング９の求心側で比較的小さなモーメント力が生じているためであると考えられる。

（４）実施例の効果
以上より、本実施例のオイルフィルタ１では、ケース２及びキャップ３を相対回転させて雌ネジ部１０及び雄ネジ部８を螺合又は螺合解除する際に、キャップ３及びＯリング９の間の摩擦力をケース２及びＯリング９の間の摩擦力より大きくしたので、ケース２及びキャップ３を相対回転させる際に、主にケース２に対してＯリング９の滑りが生じる。その結果、ケース２及びキャップ３の回転軸心Ｃに対してＯリング９の遠心側で比較的大きなモーメント力が生じることとなり、ケース２及びキャップ３の緩めトルクの低下を抑制することができる。

また、本実施例では、キャップ３の装着溝１９のＯリング９と接触する底面１９ａの表面粗さを、ケース２のＯリング９と接触する先端内周面７の表面粗さより大きくしたので、簡易な表面粗さの調整によって、ケース２及びキャップ３の緩めトルクの低下を抑制できる。

また、本実施例では、キャップ３の底面１９ａの表面粗さを十点平均粗さで２５μｍＲｚとし、ケース２の先端内周面７の表面粗さを十点平均粗さで３．２μｍＲｚとし、底面１９ａの表面粗さを先端内周面７の表面粗さの約７．８倍としたので、ケース２及びキャップ３の緩めトルクの低下をより確実に抑制できる。

さらに、本実施例では、熱膨張率の異なる金属製のケース２及び樹脂製のキャップ３を採用したので、エンジン側に装着されるケース２の強度の低下を抑制できると共に、全体の軽量化を図ることができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例では、ケース２及びキャップ３を相対回転させる際にケース２に対してＯリング９を滑らせるために、キャップ３の底面１９ａの表面粗さをケース２の先端内周面７の表面粗さより大きくするようにしたが、これに限定されず、例えば、表面粗さの調整に代えて又はこれに加えて、図５に示すように、シール部材として、ケース２との接触面積がキャップ３との接触面積より大きくなるＯリング３０を採用するようにしてもよい。このＯリング３０としては、例えば、無負荷状態で、その縦断面においてキャップ３との接触側の円弧半径がケース２との接触側の円弧半径より大きなものを採用することができる。

さらに、上記実施例では、キャップ３にＯリング９用の装着溝１９を形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、ケース２にＯリング９用の装着溝１９を形成するようにしてもよい。

第１部材及び第２部材をシール部材を介して締結する技術として広く利用される。特に、エレメント交換型の流体フィルタのケース及びキャップをシール部材を介して締結する技術として好適に利用される。

実施例に係るオイルフィルタの縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 上記オイルフィルタのケース及びキャップを螺合させる作用を説明するための説明図であり、（ａ）はケースの先端テーパ面がＯリングと接触し始めた状態を示し、（ｂ）はケースの円筒面がＯリングと接触し始めた状態を示し、（ｃ）はケース及びキャップが締結された状態を示す。 実施例及び比較例に係るオイルフィルタにおいて、ケース及びキャップを螺合させる際の締付トルクの発生状態を説明するための説明図である。 その他の形態のオイルフィルタの要部縦断面図である。

符号の説明

１；オイルフィルタ、２；ケース、３；キャップ、５；濾過エレメント、８；雄ネジ部、９，３０；Ｏリング、１０；雌ネジ部。

Claims (6)

1. その内周側に係合部が設けられた筒状部を有する第１部材と、
   前記第１部材との相対回転により前記係合部と係合する被係合部を有する第２部材と、
   前記第１部材の前記筒状部の内周側と前記第２部材との間に設けられるシール部材と、を備え、
   前記第２部材及び前記シール部材の間の摩擦力は、前記第１部材及び前記シール部材の間の摩擦力より大きいことを特徴とする締結構造。
2. 前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さは、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さより大きい請求項１記載の締結構造。
3. 前記第２部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さは、前記第１部材の前記シール部材と接触する部位の表面粗さの３倍以上である請求項２記載の締結構造。
4. 前記シール部材は、前記第２部材との接触面積が前記第１部材との接触面積より大きい請求項１乃至３のいずれか一項に記載の締結構造。
5. 前記第１部材及び前記第２部材の熱膨張率は異なっている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の締結構造。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の締結構造を備える流体フィルタであって、
   前記第１部材としての筒状のケースと、
   前記ケースに着脱自在に装着され且つドレン穴が形成された前記第２部材としてのキャップと、
   前記ケース及び前記キャップの間に収容される濾過エレメントと、を備えることを特徴とする流体フィルタ。

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