JP6493165B2 - 開閉部材 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム材に摺動する摺動面を有し、ゴム材に摺動した後、ゴム材が摺動面に押圧された状態で、開口部の閉塞を行う開閉部材に関する。

例えばエンジンのオイルフィラーキャップ（以下キャップという）と、ヘッドカバーのオイル注入部（開口部）と、を備えた開閉機構が提案されている。この開閉機構は、キャップの内周面をオイル注入部（開口部）の外周面に螺合させることにより、キャップを注入部に締結自在とし、キャップで注入部（開口部）を開閉することができる（例えば、特許文献１参照）。

キャップには、開口部の開口端面（摺動面）に摺動する位置に、ＮＢＲなどのゴム材（Ｏリング）が設けられており、開口部を形成するヘッドカバー（開閉部材）はポリアミド樹脂などの樹脂からなる。開口部を閉塞する際には、開閉部材の摺動面（開口端面）がキャップのゴム材に摺動し、その後、ゴム材が摺動面に押圧されるので、開閉部材の開口部を気密な状態で閉塞することができる。

特開２０１０−１７４６３１号公報

上述したように、開閉部材の開口部を閉塞する際には、ゴム材を開閉部材の摺動面に摺動させた後、ゴム材は摺動面を押圧した状態で摺動面に接触する。しかしながら、ゴム材が摺動面を押圧した状態が持続されると、ゴム材が摺動面の表面状態に合わせて時間経過と共に変形し、ゴム材が摺動面に接触する実質的な面積が増加し、これらの静摩擦係数が増加する。これにより、開閉部材の開口部を開放するようにゴム材を摺動面に対して摺動させようとしても、ゴム材が簡単に摺動せず、この結果、開口部を簡単に開放することが難しいことがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、閉塞時の開口部の気密性を確保するとともに、開口部の解放時に、開口部を簡単に開放することができる開閉部材を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る開閉部材は、ゴム材が摺動する摺動面を有しており、前記ゴム材が前記摺動面を摺動した後、前記ゴム材に前記摺動面が押圧された状態で、開口部の閉塞を行う開閉部材であって、該開閉部材の前記摺動面は、非フッ素系樹脂からなる母材の表面に、該母材の表面が一部露出するように、ポリテトラフルオロエチレンが形成された表面であり、前記母材の表面は、前記摺動面に対して面積率で２０〜８０％の範囲で露出していることを特徴とする。

本発明によれば、開口部の閉塞状態で、ゴム材が摺動面に押圧された状態で維持されていても、摺動面にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が形成されるので、ゴム材と摺動面との静摩擦係数が低減され、開口部を簡単に開放することができる。

ここで、非フッ素系樹脂の母材の表面が、摺動面に対して面積率で８０％を超えて露出している場合、ゴム材が母材の表面に接触する面積が大きくなり過ぎ、ＰＴＦＥによる静摩擦係数の低減を十分に図ることができない。

一方、非フッ素系樹脂の母材の表面が摺動面に対して面積率で２０％未満である場合、ゴム材が母材の表面に接触する面積が小さくなり過ぎ、ゴム材と摺動面との静摩擦係数が小さくなり過ぎる。これにより、開口部を閉塞した状態で、ゴム材と摺動面とが、振動等により摺動し易くなり、ゴム材による開口部の気密性が損なわれるおそれがある。

本発明に係る開閉部材に相当する開口部材と、これを封止するキャップとの模式的斜視図である。 図１に示す開口部材の摺動面の状態を示した模式的断面図である。 従来に係る開口部材の摺動面の状態を示した模式的断面図である。 実施例１および比較例１に係る試験片の、試験開始直後（初期）および２４時間放置後の摩擦係数の結果を示したグラフである。 実施例２〜６および比較例２〜４に係る試験片の摩擦係数の結果を示したグラフである。

以下に、本発明の実施形態を図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る開閉部材に相当する開口部材１と、これを封止するキャップ２０との模式的斜視図である。図２は、図１に示す開口部材１の摺動面１３の状態を示した模式的断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る開口部材１には、開口部１０が形成されており、開口部材１は、開口部１０がキャップ２０により開閉される部材である。本実施形態の開口部材１が、本発明の「開閉部材」に相当する。開口部材１の開口部１０を形成する円筒状の壁部１１の内周面には、キャップ２０の雄ネジ部２２と螺合する雌ネジ部１２が形成されている。

本実施形態では、キャップ２０の雄ネジ部２２を、開口部材１の雌ネジ部１２に螺合させ、キャップ２０を開口部材１に締め込んだ時、キャップ２０に取付けられた後述するゴム材２３が、開口部１０の開口端面である摺動面１３に摺動する。

ここで、開口部材１は、フッ素を含まない非フッ素系樹脂により成形されており、摺動面１３は、図２に示すように、非フッ素系樹脂からなる母材１４の表面に、母材の表面１４ａが一部露出するように、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１５が形成された表面となっている。

具体的には、母材１４の表面１４ａは、摺動面１３の全体の面積に対して面積率で２０〜８０％の範囲で露出している。なお、摺動面１３の面積は、摺動面に表面粗さがない状態の仮想面の面積であり、本実施系形態では、リング状の面積に相当する。

このような摺動面１３は、表面粗さが十点平均粗さＲｚ１０μｍ以下の母材からなる樹脂表面に、厚さ５μｍ以下のＰＴＦＥをコーティングし、このコーティングした表面を研磨することにより得ることができる。研磨量を調整することにより、母材１４の表面１４ａを摺動面１３の全体の面積に対して面積率で２０〜８０％の範囲で露出させることができる。

ここで、母材１４を構成する非フッ素系樹脂（フッ素を含有しない樹脂）としては、たとえば、ナイロン６６、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、または、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂などを挙げることができる。非フッ素系樹脂としては、同じ表面粗さを有したＰＴＦＥに対して、摺動させるゴム材２３を同じ条件で押圧したときに、ＰＴＦＥよりも静摩擦係数が大きい樹脂であれば、特に限定されるものではない。

キャップ２０は、開口部材１の開口部１０を封止するものである。キャップ２０には、開口部材１の雌ネジ部１２に螺合する雄ネジ部２２が形成されている。キャップ２０の開口部１０に対向する部分には、ゴム材（Ｏリング）２３が配置されている。具体的には、ゴム材２３は、キャップ２０の雄ネジ部２２を、開口部材１の雌ネジ部１２に締結させた状態で、雄ネジ部２２と雌ネジ部１２の締結力で、開口部材１の開口端面である摺動面１３を押圧するように配置されている。

ここで、開口部１０を閉塞する際には、キャップ２０の雄ネジ部２２を、開口部材１の雌ネジ部１２に螺着させる。キャップ２０を開口部材１に対して締め込んでいくと、その後、キャップ２０のゴム材２３が、開口部材１の摺動面１３に摺動する。

さらにキャップ２０を開口部材１に対して締め込むと、雄ネジ部２２と雌ネジ部１２の締結力で、ゴム材２３が圧縮変形し、摺動面１３がゴム材２３に押圧される。そして、図２に示すように、開口部１０を閉塞した状態で、時間経過と共に、ゴム材２３は摺動面１３を押圧した状態で変形する。これにより、開口部１０がキャップ３０で閉塞され、開口部１０の気密性を高めることができる。

これまでは、図３に示すように、摺動面９３は、本実施形態の如くＰＴＦＥが形成されていない非フッ素系樹脂からなる母材１４の表面１４ａであった。したがって、開口部１０を閉塞した状態で、時間経過と共にゴム材２３が摺動面９３を押圧した状態で変形するので、ゴム材２３と非フッ素系樹脂からなる摺動面９３との実質的な接触面積が増加し、これらの静摩擦係数が高くなっていた。

これにより、開口部材１の開口部１０を開放するようにキャップ２０のゴム材２３を摺動面９３に対して摺動させようとしても、ゴム材２３が摺動面９３に対して簡単に摺動せず、開口部１０を簡単に開放することが難しかった。

しかしながら、本実施形態では、上述した範囲で母材１４の表面１４ａが露出するように、摺動面１３にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）１５が形成されるので、ゴム材２３と摺動面１３との静摩擦係数が低減される。これにより、開口部１０の閉塞状態で、ゴム材２３が摺動面１３に押圧された状態で維持されていても、開口部１０を簡単に開放することができる。

ここで、母材１４の表面１４ａが、摺動面１３の全体の面積に対して面積率で８０％を超えて露出している場合、キャップ２０のゴム材２３が、開口部材１の母材１４の表面１４ａに接触する面積が大きくなり過ぎる。これにより、ＰＴＦＥ１５による静摩擦係数の低減を十分に図ることができず、キャップ２０を摺動させて、開口部材１の開口部１０を開放することが難しい。

一方、母材１４の表面１４ａが、摺動面１３の全体の面積に対して面積率で２０％以上未満で露出している場合、ゴム材２３が母材１４の表面１４ａに接触する面積が小さくなり過ぎ、ゴム材２３と摺動面１３との静摩擦係数が小さくなり過ぎる。これにより、開口部１０をキャップ２０で閉塞した状態で、キャップ２０のゴム材２３と、開口部材１の摺動面１３とが、振動等により摺動し易くなり、ゴム材２３による開口部１０の気密性が損なわれるおそれがある。

本発明を以下の実施例により説明する。

［実施例１］
開閉部材の相当する試験片として、ナイロン６６（ＰＡ６６）からなる３０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍのプレート試験片を準備した。プレート試験片の摺動面に相当する３０ｍｍ×５０ｍｍの表面の表面粗さは、十点平均粗さＲｚ５μｍである。この表面に、膜厚３μｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をコーティングし、ＰＡ６６の表面の露出面積が、摺動面の全面積に対して面積率で５０％（具体的には７５０ｍｍ^２）となるように表面を研磨した。なお、このときの摺動面の表面粗さは、十点平均粗さＲｚ２．５μｍである。

［比較例１］
実施例１と同じようにして、プレート試験片を作製した。実施例１と相違する点は、プレート試験片の摺動面に相当する３０ｍｍ×５０ｍｍの表面粗さを、十点平均粗さＲｚ２．５μｍにし、この表面にＰＴＦＥを設けなかった点である。

＜摺動試験１＞
実施例１および比較例１に係るプレート試験片に摺動する試験片として、ゴム（ＮＢＲ）からなる直径１０ｍｍ×高さ５ｍｍの円板試験片を作製した。円板試験片の直径１０ｍｍの表面を、プレート試験片の３０ｍｍ×５０ｍｍの表面に接触させ、円板試験片をプレート試験片の表面に摺動させた。試験条件は、荷重５０Ｎ、すべり速度１０ｍｍ／ｓ、振幅１０ｍｍであり、摺動面にエンジンオイルを塗布した。

その後、荷重５０Ｎを摺動面に付加したまま、２４時間放置し、試験開始直後および２４時間放置後の静摩擦係数を測定した。この結果を図４に示す。図４は、実施例１および比較例１に係る試験片の、試験開始直後（初期）および２４時間放置後の摩擦係数の結果を示したグラフである。

［結果１］
この結果から、比較例１の場合には、２４時間後の静摩擦係数が０．７５であったが、実施例１の場合には、２４時間後の静摩擦係数が０．２５であり、比較例１よりも低い値となった。これは、実施例１および比較例１のいずれの場合も、２４時間後には、円板試験片のゴムが変形し、プレート試験片と円板試験片との実質的な接触面積は増加する。しかしながら、実施例１の場合には、摺動面の一部にＰＴＦＥが形成されているので、静摩擦係数の上昇を抑えることができたと考えられる。

［実施例２〜６］
実施例１と同じようにして、プレート試験片を作製した。実施例２、３、５および６が、実施例１と相違する点は、図５に示すように、ＰＡ６６の表面の露出面積が、摺動面の全体の面積に対して面積率で順次２０％、３０％、７０％、および８０％となるように表面の研磨量を変化させた点である。なお、実施例１と実施例４は同じものである。

［比較例２〜４］
実施例１と同じようにして、プレート試験片を作製した。実施例１と相違する点は、図５に示すように、ＰＡ６６の表面の露出面積が、摺動面の全体の面積に対して面積率で順次１０％、９０％、および１００％となるように表面の研磨量を変化させた点である。

＜摺動試験２＞
実施例２〜６および比較例２〜４に係るプレート試験片に対して、実施例１と同様の試験を行い、２４時間放置後の静摩擦係数を測定した。この結果を図５に示す。図５は、実施例２〜６および比較例２〜４に係る試験片の摩擦係数の結果を示したグラフである。

［結果２］
この結果から、実施例２〜６の場合には、２４時間放置後の静摩擦係数が０．１５〜０．３の範囲であった。一方、比較例２の場合には、２４時間放置後の静摩擦係数が０．１程度であり、比較例３、４の場合には、２４時間放置後の静摩擦係数が０．３を超えていた。

このことから、摺動面の母材の表面の露出面積が、摺動面の全体の面積に対して面積率で２０％未満である場合には、ゴム材が母材の表面に接触する面積が小さくなり過ぎ、ゴム材と摺動面との静摩擦係数が小さくなり過ぎる。これにより、開口部を閉塞した状態で、キャップが緩むおそれがある。

一方、摺動面の母材の表面の露出面積が、摺動面の全体の面積に対して面積率で８０％を超えた場合には、ゴム材が母材の表面に接触する面積が大きくなり過ぎ、ＰＴＦＥによる静摩擦係数の低減を十分に図ることができない。これにより、開口部を閉塞した状態からこれを開放する際に、キャップを外すのに大きな力が必要となると考えられる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

例えば、本実施形態では、開口部材を本発明に係る開閉部材としたが、開口部材の開口端面にゴム材を配置し、キャップを本発明に係る開閉部材としてもよい。

１：開口部材（開閉部材）、１０：開口部、１１：壁部、１２：雌ネジ部、１３：摺動面、１４：母材、１５：ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、２０：キャップ、２２：雄ネジ部、２３：ゴム材。

Claims (1)

1. ゴム材が摺動する摺動面を有しており、前記ゴム材が前記摺動面を摺動した後、前記ゴム材に前記摺動面が押圧された状態で、開口部の閉塞を行う開閉部材であって、
   該開閉部材の前記摺動面は、非フッ素系樹脂からなる母材の表面に、該母材の表面が一部露出するように、ポリテトラフルオロエチレンが形成された表面であり、
   前記母材の表面は、前記摺動面に対して面積率で２０〜８０％の範囲で露出していることを特徴とする開閉部材。

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