JP2010255766A - 締結部構造および濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト部材または袋ナット部材とは別部材に固定されるフランジを介して締結される締結部構造において、フランジの端面と袋ナットの端面の確実な密着状態を実質的に維持することができる新規の締結部構造を提供する。
【解決手段】フィルター部材１６とフィルター部材１６が収容されるケーシングを備える濾過装置において、フィルター部材１６の遊動端側は、フィルター２２によって外嵌される筒状部材２０の雄ネジ部である先端部３０がフィルター部材１６の端部であるフランジ３２ａから露出し、フランジ３２ａおよびスペーサ部材３４を挿通して先端部３０と袋雌ネジ部材３８が締結されるとともに、袋雌ネジ部材３８とスペーサ部材３４の間がＯリング４４によりシールされ、弾圧部材３６であるコイルバネに押圧されてスペーサ部材３４とフランジ３２ａが固着される。
【選択図】図６

Description

本発明は、締結部構造およびその締結部構造を備えた濾過装置に関する。

機械等の組立に用いられる締結部品のひとつとして、雌ネジ部材であるナットと雄ネジ部材であるボルトを組み合わせたものが広く用いられている。

このようなナットおよびボルトで構成される締結部品は、機械等を使用している間に、ナットが振動などで緩むおそれがある。
ナットの緩みを防止するために、バネ座金や歯付座金を併用し、または二重ナットを用い、さらにまたロックワイヤを通して固定すること等が一般的に行われている。また、このようなナットの緩みを防止するための技術も無数に開示されている（例えば特許文献１、２参照）。

ところで、例えば液体中の比較的微量でかつ微小な異物を確実に除去するために、横置きに配置されるフィルター部材をケーシングに収容した濾過装置が用いられることがある。
フィルター部材は、例えば側面に無数の孔を有する筒状部材に濾紙筒（フィルター筒）が外嵌された構成を有する。
濾過装置のケーシングとフィルター部材の間に画成される空間部に異物を含むおそれのある被処理液が流入して、フィルター部材の濾紙筒で異物が取り除かれた後、濾過液（清澄液 処理液）がフィルター部材の内部空間部を経由して濾過装置から流出し、容器等に収容される。

この場合、フィルター部材の一端側である例えば濾過液流出側がケーシングに固定されるとともに、フィルター部材の他端側をいわゆる遊動端（自由端）としてケーシングの内部に配置することが行われる。フィルター部材の他端側についてもケーシングに固定する方式ではフィルター部材の熱による膨張代を考慮したフィルター部材とケーシングの締結構造を採用する必要があるが、遊動端方式ではフィルター部材の膨張代を考慮する必要がない。
フィルター部材の遊動端は、筒状部材の先端部外周に雄ねじが形成されたボルト状部と袋ナットが例えばフィルター部材の一端に設けられるフランジを介して締結されることにより、袋ナットの端面とフランジの端面が密着される。なお、ナットとして袋ナットを用いるのは、ボルト状部の先端がナットから露出することによって起こりえる危険防止を図るとともに、特に、ナットとボルト状部の間の隙間から異物を含む被処理液が直接フィルター部材の内部に流入することを防止するためである。

このとき、フィィルター部材の遊動端の締結構造に緩みを生じると、フランジの端面と袋ナットの端面の間に発生する隙間から、フランジとボルト状部の間の隙間を介して異物を含む被処理液が直接フィルター部材の内部に流入して濾過液と混じり、容器等に収容される濾過液中に異物が混入するおそれがある。
このため、濾過装置の締結構造は、上記した機械等に用いられる一般的な締結構造以上に、フランジの端面と袋ナットの端面を確実に密着させることが求められる。

特開２００８−２９８２１８号公報 特開２００９−０５８０３０号公報

解決しようとする問題点は、ボルト部材および袋ナット部材で構成され、ボルト部材または袋ナット部材とは別の部材に固定されるフランジを介して締結される締結部構造において、フランジの端面と袋ナットの端面の確実な密着状態を実質的に維持することが難しい点である。

本発明に係る締結部構造は、先端部に雄ネジ部を有し、該先端部と反対側の端部を変位不能に固定される雄ネジ部材と、頭部と該頭部に突設され雌ネジが形成される雌ネジ部を有する袋雌ネジ部材と、変位不能に固定され開口を有する板材と、開口を有するスペーサ部材を備え、
該雄ネジ部材、該板材、該スペーサ部材および袋雌ネジ部材の順に配置され、
該雄ネジ部材と該袋雌ネジ部材が該板材の開口および該スペーサ部材の開口を挿通して締結されるとともに、該雌ネジ部材と該スペーサ部材の間がシール構造によりシールされ、該スペーサ部材と該板材が固着機構により固着されることを特徴とする。

また、本発明に係る締結部構造は、好ましくは、前記固着機構が、前記袋雌ネジ部材および前記スペーサ部材に両端を係合して配置される弾圧部材であることを特徴とする。

また、本発明に係る締結部構造は、好ましくは、前記弾圧部材がコイルバネであることを特徴とする。

また、本発明に係る濾過装置は、フィルター部材をケーシングに収容してなり、該フィルター部材と該ケーシングの間に画成される空間部に被処理液が流入し、該フィルター部材を通過して濾過される濾過液が該フィルター部材の内部空間部を経由して濾過装置から流出するように構成され、
該フィルター部材は、側面に無数の開口を有する筒状部材と、両端にフランジが設けられ該筒状部材に外嵌めされるフィルターを有し、該フィルター部材の一端側が該ケーシングに固定されるとともに、該フィルター部材の他端側が遊動端として該ケーシングの内部に配置され、
該筒状部材の該遊動端側の先端部が雄ネジ状に形成され、該フィルター部材の他端側のフランジを介して雌ネジ部材に締結される濾過装置において、
該筒状部材を雄ネジ部材とし、該フィルター部材の他端側のフランジを開口を有する板材とし、上記の締結部構造を有することを特徴とする。

また、本発明に係る濾過装置は、好ましくは、前記袋雌ネジ部材を、組立分解可能な分割部品である頭部および該頭部で外嵌される雌ネジ部で構成し、濾過装置組立状態において一端側が該頭部を挿通して該頭部と該雌ネジ部を固着するとともに他端側が前記ケーシングの内面に当接するピン部材を該頭部の側面に少なくとも３つ以上設けることを特徴とする。

本発明に係る締結部構造および濾過装置は、スペーサ部材が挿入される雌ネジ部材とスペーサ部材の間がシール構造によりシールされ、スペーサ部材と板材が固着機構により固着されるため、熱によって雄ネジ部材が膨張しても、板材と雌ネジ部材の間の確実な密着状態が実質的に維持される。

図１は濾過装置を含むプロセスを説明するための図である。 図２は筒状部材の外形図である。 図３はフィルターの外形図である。 図４はフィルターを筒状部材に装着して得られるフィルター部材の外形図である。 図５は締結部構造を含むフィルター部材フィルターの組立分解斜視図である。 図６は締結部構造を含むフィルター部材の部分断面図である。 図７は変形例に係る締結部構造を説明するためのものであり、袋雌ネジ部材の組立分解断面図である。 図８は変形例に係る締結部構造を説明するためのものであり、スペーサ部材を含む袋雌ネジ部材の組立分解断面図である。 図９は変形例に係る締結部構造の断面図である。

本発明の実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、締結部構造を有する濾過装置を例に取り、図を参照して、以下に説明する。

本実施の形態例に係る濾過装置は、例えば製造釜で製造されるポリウレタン樹脂あるいはその原料（以下、これらを総称して被処理液体という。）の中に製造過程で含まれるおそれのある異物を除去するためのものである。
図１に概略構成を示すように、例えば製造釜１０で例えば数百℃の温度で反応、生成される被処理液体は、自然放冷等により、液体状態を維持する例えば１００℃程度の温度に冷却されて例えば横型の濾過装置１２に送入され、異物が取り除かれた後、例えばドラム缶等の容器１４に収容される。容器１４は、次の処理工程に送られ、あるいは中間製品や最終製品として出荷される。

濾過装置１２は、フィルター部材（内筒）１６と、フィルター部材１６が収容されるケーシング（外筒）１８を備える。
フィルター部材１６とケーシング１８の間に画成される空間部（図１中、矢印Ａ１で示す。）に被処理液が流入し、フィルター部材１６のフィルターを通過した濾過液がフィルター部材１６の内部空間部（図１中、矢印Ａ２で示す。）を経由して濾過装置１２から流出する。

フィルター部材１６は、筒状部材(ポスト)２０と、フィルター（フィルター筒）２２を備える。
図２に示す筒状部材２０は、中空であり（図示せず。）、側面に例えば千鳥状に形成され、内部空間に連通する無数の孔（開口）２６を有する。なお、孔２６に代えて例えばスリット等の適宜の形状の開口を形成してもよい。筒状部材２０は、一端側の先端部３０が雄ネジ状に形成される(雄ネジ部)とともに、他端側にフランジ２８が設けられる。
図３に示すフィルター２２は、長手方向に波頭線を有する波板筒状の濾紙２３と濾紙２３の両端に設けられるフランジ（エンドキャップ）３２ａ、３２ｂで構成される。なお、フィルター２２が長尺となる場合は複数の短尺のフィルター部を接合して用いることができる。
先端部３０の側からフィルター２２を筒状部材２０に外嵌めし、フランジ３２ｂをフランジ２８に当接させ、先端部３０をフランジ３２ａから露出させることにより、図４に示すフィルター部材１６が得られる。
フィルター部材１６は、濾過液流出側（図１中、矢印Ｘ１で示す。）がケーシング１８に固定されるとともに、他端側（図１中、矢印Ｘ２で示す。）が遊動端（自由端）としてケーシング１８の内部に配置される。

ところで、本発明者らが用いていた従来の濾過装置では、筒状部材２０の先端部３０と袋ナットをフランジ３２ａを介して締結する締結部構造を用いることにより、袋ナットの端面をフランジ３２ａの端面に固着した状態で濾過装置を使用していた。
ところが、１０μｍのフィルター孔径（濾紙の目）の濾紙を用いて被処理液体を濾過装置で処理していたときに、濾過液（処理液 清澄液）にごく微細な異物が混入するトラブルが発生した。
本発明者らは、以下のような対策を鋭意検討した。
すなわち、まず、フィルター孔径を１μｍに変更したが、濾過液への異物の混入を完全に排除することはできなかった。
つぎに、１２０℃の温度の被処理液を６時間処理した後、ケーシングからフィルター部材を抜き出して締結部の状況を確認したところ、フランジ３２ａの端面から袋ナットの端面が２ｍｍ程度浮いている（離間している）ことが確認された。これにより、フランジ３２ａと筒状部材２０の間の隙間から、フランジ３２ａと筒状部材２０の隙間を介して筒状部材２０の内部に異物を含む被処理液体が直接漏れこんでいる可能性があることが分かった。
袋ナットの端面の浮きは袋ナットの緩みによるものと想定された。袋ナットの緩みの原因のひとつには袋ナットの締め付け力不足が考えられるため、袋ナットの締め付け力を通常よりも過大にすることを試みたが、６時間濾過処理した後の締結部の袋ナットの浮きの状況は改善されなかった。
また、例えば濾過装置が稼動中に受ける振動によって回動することで袋ナットが緩んでいるかどうかを確認するために、袋ナットとフランジ３２ａの双方にマーキングした状態で、６時間濾過処理した後の締結状態を確認したところ、両者のマーキングの位置ずれは見られず、袋ナットの浮きは袋ナットが振動等により回動して緩んだことによるものではないことが分かった。
そこで、全長が約１０００ｍｍある筒状部材２０が濾過処理中に熱膨張することが原因ではないかと思い至った。筒状部材２０の材料であるＳＵＳ３０４は線膨張係数が１７．３×１０^−６／℃であり、常温から例えば１２０℃まで加熱されることにより計算上１．７ｍｍ伸びることが分かった。一方、先に確認したフランジ２６ａの端面から袋ナットの端面が浮く間隔は２ｍｍ程度であり、両者がほぼ符合することが分かった。
本実施の形態に係る締結部構造は、この知見に基づいて得たものである。

本実施の形態例に係る濾過装置において、筒状部材２０の先端部３０がフランジ３２ａから露出したフィルター部材１６は、図５および図６に示す本実施の形態例に係る締結部構造により、この場合液密状態に密閉化される。
フィルター部材１６は、筒状部材２０を締結部構造の雄ネジ部材とし、フィルター部材１６の他端側のフランジ３２ａを締結部構造の開口を有する板材とする。

既に説明したように、図１に示すフィルター部材１６をケーシング１８に取り付けた状態において、フィルター部材１６の筒状部材２０の先端部（雄ネジ部）３０と反対側の端部は、フランジ２８が適宜の締結構造によりケーシング１８に固定される。これにより、筒状部材２０の先端部３０と反対側の端部がケーシング１８に対して変位不能に固定される。一方、フランジ３２ａは、フィルター２２の本体部分に対して、さらにはケーシング１８に対して変位不能に固定された状態にあるということができる。

本実施の形態例に係る締結部構造は、以下のように構成される。
締結部構造は、筒状部材（雄ネジ部材）２０の先端部（雄ネジ部）３０が露出するフランジ３２ａに接合する、環状のスペーサ部材３４と、弾圧部材３６と、袋雌ネジ部材３８を有する。
スペーサ部材３４は、円筒状の胴部３４ａの端部にフランジ３２ａと接合されるフランジ３４ｂが設けられる。スペーサ部材３４の長さは、後述する熱膨張による先端部３０の変位量よりも十分大きな寸法とする。スペーサ部材３４の内部にはＯリング４４が設けられる。なお、スペーサ部材３４を肉厚に設けてフランジ３４ｂを省略してもよい。
弾圧部材３６は、コイルバネである。
袋雌ネジ部材３８は、頭部４０ａと、頭部４０ａに突設され頭部４０ａより小径で内面に雌ネジが形成される雌ネジ部４０ｂで構成される。
上記の締結部構造の各部品は、筒状部材２０、フランジ３２ａ、スペーサ部材３４および袋雌ネジ部材３８の順に配置される。フランジ３２ａとフランジ３４ｂの間に適宜のシール部材４２を介在させて筒状部材２０の先端部３０にスペーサ部材３４を外嵌めする。袋雌ネジ部材３８は、一端を頭部４０ａに係合させた弾圧部材３６が外嵌めされた雌ネジ部３２ｂをスペーサ部材３４の内部に挿入され、雌ネジ部４０ｂと筒状部材２０の先端部３０が締結される。このとき、弾圧部材３６の他端がフランジ３４ｂ設けられる側とは反対側のスペーサ部材３４の端面に係合する。これにより、弾圧部材３６によってスペーサ部材３４がフランジ３２ａに付勢され、スペーサ部材３４、厳密にはスペーサ部材３４のフランジ３４ｂとフィルター部材１６のフランジ３２ａがシール部材４２を介して密着する。

上記の本実施の形態例に係る締結部構造を備える濾過装置において、濾過装置に組み込まれたフィルター部材１６の筒状部材２０が熱膨張によって図６中の紙面左側方向に伸びると、筒状部材２０に係合する雌ネジ部材３８も図６中の紙面左側方向に移動する。このとき、スペーサ部材３４は弾圧部材３６に付勢されてシール部材４２を介してフランジ３２ａに密着しているため、スペーサ部材３４とフランジ３２ａの間に隙間が生成し、この隙間を介して被処理液体がフィルター部材１６の内部に直接浸入して濾過液を汚損するおそれはない。また、雌ネジ部３２ｂがスペーサ部材３４の内部を摺動するが、雌ネジ部３２ｂとスペーサ部材３４の開口の壁部との間はＯリング４４でシールされているため、雌ネジ部３２ｂとスペーサ部材３４の間の隙間から被処理液体がフィルター部材１６の内部に直接浸入して濾過液を汚損するおそれもない。言い換えれば、実質的に袋雌ネジ部材３８とフランジ３２ａの間の密着状態が維持され、フィルター部材１６の液密状態が良好に保持される。

ここで、フィルター部材１６の各部は、例えばＳＵＳ３０４等の適宜の金属材料で形成することができる。また、弾圧部材３６は、コイルバネに代えてゴム等の適宜の部材を用いることができる。このとき、弾圧部材３６に限らず適宜の固着機構、例えばスペーサ部材とフランジを溶接等の適宜の接合方法によって接合する構成としてもよい。また、雌ネジ部３２ｂとスペーサ部材３４の開口の壁部との間のシールはＯリング４４に限らず例えばスペーサ部材３４の端面にメタルパッキングを配置する等の適宜のシール構造とすることができる。また、雄ネジ部材の先端部はボルト以外の雄ネジ形状であってもよく、また、雌ネジ部材は袋ナット部以外の雌ネジ形状であってもよい。
なお、締結部構造の各部の寸法は、締結部構造が適用される機械等、この場合フィルター部材の寸法等に応じて設計条件として適宜設定できるものである。
本実施の形態例では、筒状部材２０は全長１０２５ｍｍ、直径２５ｍｍであり、先端部３０は全長３６ｍｍ、直径が２５ｍｍであり、全長３６ｍｍのうちの２５ｍｍの長さ範囲に１．５ｍｍピッチで雄ネジが形成される。スペーサ部材３４は、長さ２１ｍｍ、外径５２ｍｍ、最大内径３８ｍｍである。袋雌ネジ部材３８は、直径が２５ｍｍであり、長さ２６ｍｍ範囲に１．５ｍｍピッチで雌ネジが形成される。

ところで、本実施の形態に係る締結部構造に代えて、締結部構造として、通常用いられる緩み止め構造を採用して、筒状部材（雄ネジ部材）の伸びによる応力に抗する力で筒状部材２０を押圧し、伸びを阻止することも考えられる。しかしながら、この場合、長尺で熱膨張による伸び量の大きい筒状部材の伸びを無理に拘束すると、筒状部材が変形する等の損傷を受けるおそれがあるものと考えられる。

本実施の形態に係る締結部構造は、本実施の形態に係る濾過装置に限らず、雄ネジ部材と袋雌ネジ部材を変位不能に固定される板材を介して締結して用いる際に、熱膨張により雄ネジ部材が伸張しても袋雌ネジ部材と板材の間に隙間が生じることを避けることが求められる適宜の装置に適用できる。

つぎに、本実施の形態に係る締結部構造の変形例について、図７〜図９を参照して説明する。
変形例に係る締結部構造は、袋雌ネジ部材４３が、組立分解可能な分割部品である頭部４５および雌ネジ部４６で構成される。
頭部４５は、中心線と平行な側面に中心線と直交して設けられる、ピン部材４９を嵌入するための少なくとも３以上の貫通孔部４８を有する（図７では、１つの貫通孔部４８のみが表れる。）。雌ネジ部４６は、一端側に形成される小頭部４７に貫通孔部４８と連通する３つの孔部５０（図７では、１つの孔部５０のみが表れる。）を有するとともに、他端側に鍔部（フランジ）５２を有する。
スペーサ部材５４は、フランジ３４ａおよびＯリング４４を有するとともに、胴部３４ａの端部の内面に、Ｏリング４４を収容する周回突起５６が形成される。

筒状部材２０の先端部３０（図７および図８では表示を省く。）と雌ネジ部４６を締結した状態で、雌ネジ部４６をスペーサ部材５４に挿入する。雌ネジ部４６のスペーサ部材５４から露出する部位に弾圧部材３６を外嵌めして、さらに貫通孔部４８と孔部５０を位置決めしながら小頭部４７に頭部４５を外嵌めする。最後に、貫通孔部４８および孔部５０にピン部材４９を嵌入して小頭部４７と頭部４５を一体化、固定する。なお、鍔部５２が周回突起５６に係合することで、スペーサ部材５４から雌ネジ部４６が抜けることが防止される。

変形例に係る締結部構造は、本実施の形態に係る締結部構造の作用効果を奏するとともに、締結操作をより容易かつ確実に行うことができる。
また、ピン部材４９の寸法を、フィルター部材をケーシングに組み込んだときにピン部材４９の露出部位の先端がケーシングの内面に当接する長さに設けると、濾過装置の使用中に発生しうる振動による締結部構造の緩み防止策としても有効である。なお、この場合、ピン部材を締結部構造の緩み防止策のみに用い袋雌ネジ部材の部品固定機能を備える必要がないときは、ピン部材を例えばスペーサ部材の外周やフィルター部材のフランジ等、締結部構造あるいはその近傍の適宜の位置に設けてもよい。

１０ 製造釜
１２ 濾過装置
１４ 容器
１６ フィルター部材
１８ ケーシング
２０ 筒状部材
２２ フィルター
２３ 濾紙
２８、３２ａ、３２ｂ、３４ｂ フランジ
３０ 先端部
３４、５４ スペーサ部材
３４ａ 胴部
３６ 弾圧部材
３８、４３ 袋雌ネジ部材
４０ａ、４５ 頭部
４０ｂ、４６ 雌ネジ部
４２ シール部材
４４ Ｏリング
４７ 小頭部
４９ ピン部材
５２ 鍔部
５６ 周回突起

Claims (5)

1. 先端部に雄ネジ部を有し、該先端部と反対側の端部を変位不能に固定される雄ネジ部材と、頭部と該頭部に突設され雌ネジが形成される雌ネジ部を有する袋雌ネジ部材と、変位不能に固定され開口を有する板材と、開口を有するスペーサ部材を備え、
   該雄ネジ部材、該板材、該スペーサ部材および袋雌ネジ部材の順に配置され、
   該雄ネジ部材と該袋雌ネジ部材が該板材の開口および該スペーサ部材の開口を挿通して締結されるとともに、該雌ネジ部材と該スペーサ部材の間がシール構造によりシールされ、該スペーサ部材と該板材が固着機構により固着されることを特徴とする締結部構造。
2. 前記固着機構が、前記袋雌ネジ部材および前記スペーサ部材に両端を係合して配置される弾圧部材であることを特徴とする請求項１記載の締結部構造。
3. 前記弾圧部材がコイルバネであることを特徴とする請求項２記載の締結部構造。
4. フィルター部材をケーシングに収容してなり、該フィルター部材と該ケーシングの間に画成される空間部に被処理液が流入し、該フィルター部材を通過して濾過される濾過液が該フィルター部材の内部空間部を経由して濾過装置から流出するように構成され、
   該フィルター部材は、側面に無数の開口を有する筒状部材と、両端にフランジが設けられ該筒状部材に外嵌めされるフィルターを有し、該フィルター部材の一端側が該ケーシングに固定されるとともに、該フィルター部材の他端側が遊動端として該ケーシングの内部に配置され、
   該筒状部材の該遊動端側の先端部が雄ネジ状に形成され、該フィルター部材の他端側のフランジを介して雌ネジ部材に締結される濾過装置において、
   該筒状部材を雄ネジ部材とし、該フィルター部材の他端側のフランジを開口を有する板材とし、請求項１〜３のいずれか１項記載の締結部構造を有することを特徴とする濾過装置。
5. 前記袋雌ネジ部材を、組立分解可能な分割部品である頭部および該頭部で外嵌される雌ネジ部で構成し、濾過装置組立状態において一端側が該頭部を挿通して該頭部と該雌ネジ部を固着するとともに他端側が前記ケーシングの内面に当接するピン部材を該頭部の側面に少なくとも３つ以上設けることを特徴とする請求項４記載の濾過装置。

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