JP5147066B2

JP5147066B2 - 密封構造

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Publication number: JP5147066B2
Application number: JP2008308635A
Authority: JP
Inventors: 誠三渡辺; 克則松木
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: JP2010133464A

Description

本発明は、合成樹脂の成型体からなる第１部材と、該第１部材にインサート成型によって一体とされた締結部材と、該締結部材を介して前記第１部材に締結される第２部材とによる締結部における密封構造に関する。

近時、自動車用エンジン等においては、軽量化及び低燃費化の為に、エンジン部品等として合成樹脂の成型体が広く用いられるようになった。このような合成樹脂の成型体としてはシリンダヘッドカバー、ラジエータ関連機器、オイルパン等のハウジング部材や配管部材等が挙げられ、これらの部材には、例えば、オイルコントロールバルブの装着用ねじ部、水温センサー取付用ねじ部、或いはオイル抜栓装着用ねじ部等が、インサート成型によって一体に固着される（例えば、特許文献１又は２参照）。
特開平９−１７０６８５号公報特許第４１３７０１９号公報

図６は、合成樹脂の成型体からなるハウジング部材或いは配管部材としての第１部材１００に、該第１部材１００に対してインサート成型により一体とされたナット部材（締結部材）１０１を介して、例えば水温センサーとしての第２部材１０２を螺合締結によって取付けた部分の構造を示している。この取付構造においては、第２部材１０２が水温センサーである場合には、その検出部１０２ａが第１部材１００内の被検出媒体の流通路に臨むように配される。ナット部材１０１は内周部に雌ねじ部１０１ａが形成され、第２部材に形成された雄ねじ部１０２ｂを螺合させることにより、第１部材１００と第２部材１０２との締結一体化がなされる。そして、第２部材１０２の螺合の際には、鍔部１０２ｃの下に環状パッキン１０２ｄを嵌装させ、このパッキン１０２ｄを、鍔部１０２ｃと第１部材１００及びナット部材１０１の上面との間で圧縮することによって、第１部材１００及び第２部材１０２の密封状態の締結がなされる。ナット部材１０１の外周部には複数のローレット溝１０１ｂが形成されており、このローレット溝１０１ｂ内に、前記インサート成型の際、第１部材１００を構成する合成樹脂が進入して硬化し、この進入部分の係着作用によって第１部材１００とナット部材１０１との強固な一体化が図られている。

前記のような締結状態では、パッキン１０２ｄの存在により、第１部材１００と第２部材１０２との密封締結状態が達成される。しかし、金属製のナット部材１０１は、第１部材１００の成型時にインサートされて成型一体とされる為、両者の熱膨張率の違いから、その界面で微小な隙間が生じることは不可避であった。前記パッキン１０２ｄによって密封状態が達成されるものの、前記隙間に浸入した媒体が、パッキン１０２ｄによる密封部位に至り、経時的にこの密封部位より外部に漏出し、前記密封状態の維持が図れなくなる事態が生じる。

特許文献１には、金属製の第２部分（インサート部材）にシールリングを装着し、このシールリングを圧縮するようにして第２部分の外周面に合成樹脂からなるスリーブを装着した上で、スリーブと相溶性のある熱可塑性樹脂を射出して、第１部分を第２部分の上記スリーブを含んで一体成型してなる管継手が開示されている。この場合、スリーブによってシールリングが圧縮された状態で、第１部分の射出成型がなされるから、第１部分と第２部分との間のシール性が確保され、当該管継手からの媒体の漏出を確実に防止できるとされている。ところで、特許文献１において、前記図６の例に示すナット部材１０１及びこれに締結される第２部材１０２に相当するものは、第２部分及び第２の管であるが、スリーブ及びシールリングは、第２部分及び第２の管の締結部のシール性には何ら関与するものではない。従って、仮に、第１部分及び第２部分の熱膨張率の差で、両者の間に隙間が生じた場合に、第１部分と第２部分との間のシール性が、第２部分及び第２の管の締結部によってカバーされるものでないことは明らかである。

また、特許文献２には、合成樹脂製シリンダヘッドカバーのオイルコントロールバルブ取付用のスリーブを、シリンダヘッドカバーの成型時にインサート成型によって一体とすることが開示されている（同文献の図１及び図２に示す例を参照）。このスリーブは、アルミニウム合金等の金属材料からなり、インサート成型前に、その外周面にプライマーが塗布され、シリンダヘッドカバーを構成する合成樹脂とスリーブとの強固な一体化が図られている。しかし、プライマーにより強固に一体化とされているとは言え、熱膨張率の違いによりスリーブとシリンダヘッドカバーとの界面で隙間が生じ、経時的なオイルの漏出があることは予想されるところであった。また、スリーブに対して、オイルコントロールバルブは、締結ではなくスプールハウジングの嵌め合いによって装着され、スリーブとオイルコントロールバルブとの間のシールは、スプールハウジングに装着されたＯリングによってなされる。従って、このＯリングは、前記スリーブとシリンダヘッドカバーとの界面で生じる隙間によるオイル漏れを防止し得るものではない。

本発明は、前記実情に鑑みなされたものであり、合成樹脂の成型体からなる第１部材と、インサート成型によって一体に備える金属製締結部材を介して締結される第２部材との締結部をシールする機能と、第１部材に対する締結部材の装着部をシールする機能とを兼ね備えた密封構造を提供することを目的としている。

本発明に係る密封構造は、合成樹脂の成型体からなる第１部材と、該第１部材にインサート成型によって一体とされた金属製締結部材と、該締結部材を介して前記第１部材に締結される第２部材とによる締結部における密封構造であって、前記第１部材と、前記締結部材との間には、該締結部材の外周部に嵌装された状態で前記インサート成型によって一体とされた弾性体からなる環状ガスケットが介在され、前記締結の際、前記環状ガスケットが締結方向に圧縮され、これによって第１部材と第２部材とが密封されるよう構成したことを特徴とする。環状ガスケットを構成する弾性体としては、ゴム或いはエラストマーが用いられる。締結部材としては、雌ねじ部を有するナット部材、或いは第２部材側に突出する雄ねじ部を有する管状部材であっても良い。前者の場合、第２部材が雄ねじ部を有し、ナット部材に挿入して螺合締結される。また、後者の場合、第２部材が雌ねじ部を有し、管状部材に嵌装され螺合締結される。

本発明において、前記締結部材の外周部であって前記環状ガスケットとの界面に凹部を形成し、該凹部には、前記インサート成型時の成型圧によって、環状ガスケットを構成する弾性体の一部が弾性変形を伴って進入した状態としても良い。この場合、前記環状ガスケットにおける前記締結部材の凹部に対応する外周部には、前記弾性変形に伴うひけ部が形成され、第１部材を構成する合成樹脂の一部が該ひけ部に進入して一体とされているものとしても良い。

本発明において、前記環状ガスケットの前記締結圧が負荷される部分には、環状の山形ビード部が隆起形成されているものとしても良い。また、前記第１部材と締結部材とが直接合体する界面を備え、該締結部材における界面には凹部が形成され、前記第１部材を構成する合成樹脂の一部が該凹部に係入して一体とされているものとしても良い。

本発明に係る密封構造によれば、合成樹脂の成型体からなる第１部材に対して、金属製の締結部材が該第１部材の成型時にインサートされて一体に備えられている。従って、この締結部材を介して第２部材を第１部材に締結一体に装着することができる。そして、前記締結部材を介して前記第１部材に第２部材を締結させる際、前記環状ガスケットが締結方向に圧縮され、これによって第１部材と第２部材とが密封される。また、環状ガスケットは弾性体からなり、前記第１部材と、前記締結部材との間には、該締結部材の外周部に嵌装された状態で前記インサート成型によって一体とされているから、第１部材と締結部材との間は、該環状ガスケットによってシールされる。前記締結圧は、環状ガスケットを構成する弾性体の径方向の弾性変形も惹起し、これによって、環状ガスケットと締結部材との界面及び環状ガスケットと第１部材との界面のシールが確実になされる。しかも、合成樹脂と金属との熱膨張率の違いから両者の間に熱歪が生じても、第１部材と締結部材との間に介在するガスケットがこれを吸収し、シール対象媒体が漏出するような隙間を生じさせず、優れた密封状態が長く維持される。

前記締結部材の外周部であって前記環状ガスケットとの界面に凹部を形成し、該凹部に前記インサート成型時の成型圧によって、環状ガスケットを構成する弾性体の一部が弾性変形を伴って進入した状態とした場合、環状ガスケットと締結部材との接触面積が増え、この部分のシール性がより向上する。この場合、前記環状ガスケットにおける前記締結部材の凹部に対応する外周部には、前記弾性変形に伴うひけ部が形成されるが、合成樹脂の成型時の成型圧により、合成樹脂の一部が該ひけ部に進入して一体硬化されることになるから、環状ガスケットと第１部材との接合面積が増大してこの部分のシール性がより向上すると共に、進入硬化部分のアンカー効果により、第１部材と環状ガスケットとの強固な一体化も図られる。

前記環状ガスケットの前記締結圧が負荷される部分に、環状の山形ビード部を隆起形成した場合、このビード部が圧縮弾性変形し、その復元弾力による相互の面圧により、締結部のシール性がより向上する。また、前記第１部材と締結部材とが直接合体する界面を備え、該締結部材における界面に凹部を形成すれば、第１部材の成型時に合成樹脂の一部が該凹部に係入して硬化することになるから、この係入した部分のアンカー効果により、第１部材と締結部材との強固な一体化がなされると共に、第１部材に対する締結部材の所定位置での固定が精度良くなされる。

以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の密封構造の一実施形態を示す要部の縦断面図、図２（ａ）（ｂ）は同密封構造における第１部材と締結部材とを射出成型によりインサート成型をする要領を示す部分断面図であり、（ａ）は合成樹脂を射出する前の状態を、（ｂ）は射出した状態を示す。図３（ａ）（ｂ）は同密封構造における環状ガスケットの成型前の初期形状の変形例を示す部分断面図、図４及び図５は他の実施形態の密封構造における要部の断面図である。

図１において、第１部材１は、自動車のエンジン部品としてのシリンダヘッドカバー、ラジエータ関連機器、オイルパン等のハウジング部材や配管部材等であって、合成樹脂の成型体からなる。該第１部材１には、オイルコントロールバルブの装着用ねじ部、水温センサー取付用ねじ部、或いはオイル抜栓装着用ねじ部等の締結部材２が、インサート成型によって一体に固着されている。この締結部材２と、第１部材１との固着部の一部には、ゴム或いはエラストマー等の弾性体からなる環状ガスケット３が一体に介在されている。この環状ガスケット３は、前記締結部材２と共にインサート成型によって第１部材に一体とされており、その軸方向の一端面３ａは第１部材１の上方外側に露見し、この端面３ａにはその周方向に沿った環状の山形ビード部３ｂが隆起形成されている。

前記第１部材１を構成する合成樹脂としては、ＰＡ（ポリアミド)、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）及びＰＯＭ（ポリアセタール）等が望ましく採用される。また、環状ガスケット３を構成する弾性体としては、Ｈ−ＮＢＲ、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＡＣＭ、ＶＭＱ、ＦＫＭ及びＦＶＭＱ等のゴム、或いはＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）、ＴＰＡＥ（熱可塑性ポリアミド系エラストマー）及びＴＰＥＥ（熱可塑性ポリエステル系エラストマー）等のエラストマーが望ましく採用される。更に、締結部材２を構成する金属材としては、鉄、真鍮及びアルミニウム等が例示される。

前記締結部材２は、内周部に雌ねじ部２ａが形成されたナット部材であり、この雌ねじ部２ａに、オイルコントロールバルブ、水温センサー或いはオイル抜栓等の第２部材４の雄ねじ部４ａを螺合することにより、第２部材４の第１部材１に対する締結部材２を介した螺合締結がなされる。図例では、第２部材４を水温センサーとして示しており、この螺合締結状態では、その検出部４ｂが第１部材１内の流水路内に臨み、流水路を流れる水の温度の検出がなされる。そして、該第２部材４の螺合基部には鍔部４ｃが形成され、前記螺合締結に伴うＬ方向の締結圧により、前記環状ガスケット３のビード部３ｂが圧縮され、この圧縮による復元弾力により第２部材４と第１部材１との密封構造が形成される。

前記環状ガスケット３の存在により、環状ガスケット３と第１部材１との界面及び環状ガスケット３と締結部材２との界面も確実にシールされ、全体としてシール性の極めて優れた密封構造が達成される。特に、合成樹脂の成型体からなる第１部部材１と、金属製の締結部材２とは、熱膨張率の違いから熱歪が生じ易いが、両者の間に弾性体からなる環状ガスケット３が存在しているので、この熱歪が環状ガスケット３で吸収され、これにより、経時的な隙間の発生による媒体（水）の漏出の懸念が皆無となる。

図１に示す例では、前記締結部材２の外周部であって前記環状ガスケットとの界面に周溝形状の凹部２ｂを形成し、該凹部２ｂには、前記インサート成型時の成型圧によって、環状ガスケット３を構成する弾性体の一部３ｃが弾性変形を伴って進入した状態とされていることを示している。このような凹部２ｂと弾性体の進入部（一部）３ｃとの凹凸の係合関係により、両者の界面での接触面積が増大し、これにより、前記熱歪の吸収作用がより効果的となり、またシール性も一層向上し、更にはアンカー効果により両者の安定的な一体化も図られる。また、前記環状ガスケット３における前記締結部材２の凹部２ｂに対応する外周部には、前記弾性変形に伴うひけ部３ｄが周方向に沿って形成され、第１部材１を構成する合成樹脂の一部１ａが該ひけ部３ｄに進入して一体とされている。このようなひけ部３ｄと合成樹脂の進入部（一部）１ａとの凹凸の一体係合関係により、両者の界面での接触面積が増大し、これにより、両者間のシール性が一層向上すると共に、アンカー効果により環状ガスケット３と第１部材１との強固な一体化が図られる。

更に、前記ガスケット３の下部には、第１部材１と締結部材２とが直接合体部分が存在し、締結部材２におけるこの合体部の界面に、３個の周溝状凹部２ｃが形成され、該凹部２ｃには第１部材１を構成する合成樹脂の一部１ｂが係入して一体とされている。このような合成樹脂の一部１ｂの凹部２ｃに対する係入一体化によるアンカー効果により、第１部材１と締結部材２との強固な一体化が図られると共に、第１部材１に対する締結部材２の位置固定が精度良くなされる。ここに、凹部２ｃの数及びその断面形状は、図例のものに限定されるものでないことは当然である。

次に、前記密封構造に採用される第１部材１を、締結部材２及び環状ガスケット３をインサートして成型する要領について、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）に示すように分割金型５の一方の分割型（図例では下金型）６の所定位置に、環状ガスケット３を外周部に嵌装した金属製の締結部材２を配置する。締結部材２の内周部には雌ねじ部２ａが、外周部には前記凹部２ｂ及び凹部２ｃが、夫々事前に形成されている。一方、環状ガスケット３としては、断面が方形で前記端面３ａに前記ビード部３ｂを備えた形状となるよう事前に加硫成型等により形成されたものが準備される。この場合の環状ガスケット３の初期形状では、方形断面の両側部が直状でなんら凹部や凸部を有さない形状とされている。

次いで、図２（ａ）に示すように、他方の分割型（図例では上金型）７を所定位置に配置して型締めし、これにより、下金型６及びこれに配置された締結部材２及び環状ガスケット３と、上金型７との間に、第１部材形成用のキャビティ５ａが形成される。そして、不図示の射出ゲートより溶融状態の合成樹脂１０を射出し、図２（ｂ）に示すように、キャビティ５ａ内に合成樹脂１０を注入して成型する。この射出成型によって、締結部材２及び環状ガスケット３がインサートされた状態で第１部材１が一体に成型される。このとき、合成樹脂１０の射出圧が環状ガスケット３の外周部に負荷される。この射出圧の負荷により、環状ガスケット３の内周部において該環状ガスケット３を構成する弾性体の一部３ｃが、締結部材２の凹部２ｂ内に弾性変形を伴い進入する。これに伴い、環状ガスケット３の外周部で、該凹部２ｂに対応する部位では、ひけ部３ｄが形成され、該ひけ部３ｄに合成樹脂１０の一部１ａが進入して一体とされる。また、凹部２ｃが形成された部位では、合成樹脂１０の一部が凹部２ｃに進入すると共に、この部分が第１部材１と締結部材２とが直接合体する部分とされる。合成樹脂１０の硬化後脱型すれば、図１に示すように、第１部材１と、締結部材２及び環状ガスケット３とが一体とされたインサート成型体が得られる。合成樹脂１０の硬化の際に、合成樹脂と金属との熱膨張率の違いから、熱歪（熱収縮）が生じるが、弾性体からなる環状ガスケット３の存在により、この熱歪が吸収され、相互間の隙間のない三者（第１部材１、締結部材２及び環状ガスケット３）の安定した一体構造が得られる。また、合成樹脂１０の硬化過程での冷却の際、環状ガスケット３及び締結部材２の外径側に位置する第１部材１が縮径し、この縮径作用により、前記三者がより強固に一体化し、各界面でのシール性が更に向上する。

図３（ａ）（ｂ）は、前記環状ガスケット３の初期形状の変形例を示している。（ａ）に示す例では、環状ガスケット３の外周部であって締結部材２の凹部２ｂに対応する部位に、前記インサート成型後に形成されるひけ部３ｄより浅めの周溝状凹部３ｅが予め形成されている。この凹部３ｅを事前に形成しておくことにより、前記インサート成型時における環状ガスケット３を構成する弾性体の一部３ｃの締結部材２の凹部２ｂへの弾性変形を伴った進入、及びこれに対応するひけ部３ｄの形成がより助長される。また、（ｂ）に示す例では、環状ガスケット３の内周部であって締結部材２の凹部２ｂに対応する部位に、該凹部２ｂの深さより嵩の低い突条３ｆが周方向に沿って予め形成されている。この突条３ｆを予め形成しておくことにより、前記前記インサート成型時における環状ガスケット３を構成する弾性体の一部３ｃの締結部材２の凹部２ｂへの弾性変形を伴った進入がより助長される。また、この突条３ｆを締結部材２の凹部２ｂに引っ掛けることにより、成型前の締結部材２に対する環状ガスケット３の組付性が向上し、前記成型を容易且つ安定的に行うことができる。

図４は他の実施形態を示す。この実施形態では、環状ガスケット３の前記端面３ａが、前記のようなビード部３ｂのない平坦面とされ、第１部材及び締結部材２の端面より前記第２部材４（図１参照）との締結側に突出するよう形成されている。この例においても、第２部材４を前記と同様に締結部材２に対して締結すれば、環状ガスケット３の突出部分が圧縮され、前記と同様に締結部材２を介した第１部材１と第２部材４との締結部における密封構造が形成される。
その他の構成は前記と同様であるので、共通部分に同一の符号を付し、その説明を割愛する。

図５は更に別の実施形態を示す。この実施形態では、締結部材２の外周部に、断面がＶノッチ形状の３条の周溝状凹部２ｄが形成されている。該凹部２ｄの夫々には、前記と同様にインサート成型時の成型圧により環状ガスケット３を構成する弾性体の一部３ｇが進入した状態とされると共に、各凹部２ｄに対応する環状ガスケット３の外周部には、この弾性変形に伴うひけ部３ｈが断面波形状に形成されている。そして、これらひけ部３ｈに、前記同様に第１部材１を構成する合成樹脂の一部１ｃが進入して一体とされている。このような凹部２ｄ、これに伴い形成される進入部３ｇ、ひけ部３ｈ及び進入部１ｃは、その形状及び数が前記例と異なり、シール性や係合関係に差異があるが、その奏する機能は基本的に同じである。その他の形成態様も採用可能であり、環状ガスケット３を構成する弾性体の性状や、第１部材１を構成する合成樹脂の性状等を勘案して、これらの形成態様は適宜選択採用される。
その他の構成は前記と同様であるので、共通部分に同一の符号を付し、ここでもその説明を割愛する。

尚、本発明の密封構造は、前述の通り、自動車用エンジン部品におけるオイルコントロールバルブの装着部、水温センサー取付部、或いはオイル抜栓装着部等に望ましく採用されるが、これらに限られず、合成樹脂の成型体からなる第１部材に対して、インサート成型によって一体とされた金属製締結部材を介して第２部材が締結されものであれば、その他の産業分野のこの種締結部にも等しく適用することができる。また、第１部材１、締結部材２、環状ガスケット３及び第２部材４の形状等は、図例のものに限定されるものではない。

本発明の密封構造の一実施形態を示す要部の縦断面図である。（ａ）（ｂ）は同密封構造における第１部材と締結部材とを射出成型によりインサート成型をする要領を示す部分断面図であり、（ａ）は合成樹脂を射出する前の状態を、（ｂ）は射出した状態を示す。（ａ）（ｂ）は同密封構造における環状ガスケットの成型前の初期形状の変形例を示す部分断面図である。他の実施形態の密封構造における要部の断面図である。更に他の実施形態の密封構造における要部の断面図である。従来の密封構造の一例を示す要部の縦断面図である。

符号の説明

１第１部材
１ａ合成樹脂の一部
１ｂ合成樹脂の一部
１ｃ合成樹脂の一部
２締結部材
２ｂ凹部
２ｃ凹部
３環状ガスケット
３ｂビード部
３ｃ弾性体の一部
３ｄひけ部
３ｇ弾性体の一部
３ｈひけ部
４第２部材
Ｌ締結方向

Claims

合成樹脂の成型体からなる第１部材と、該第１部材にインサート成型によって一体とされた金属製締結部材と、該締結部材を介して前記第１部材に締結される第２部材とによる締結部における密封構造であって、
前記第１部材と、前記締結部材との間には、該締結部材の外周部に嵌装された状態で前記インサート成型によって一体とされた弾性体からなる環状ガスケットが介在され、
前記締結の際、前記環状ガスケットが締結方向に圧縮され、これによって第１部材と第２部材とが密封されるよう構成したことを特徴とする密封構造。
請求項１に記載の密封構造において、
前記締結部材の外周部であって前記環状ガスケットとの界面に凹部が形成され、該凹部には、前記インサート成型時の成型圧によって、環状ガスケットを構成する弾性体の一部が弾性変形を伴って進入した状態とされていることを特徴とする密封構造。
請求項２に記載の密封構造において、
前記環状ガスケットにおける前記締結部材の凹部に対応する外周部には、前記弾性変形に伴うひけ部が形成され、第１部材を構成する合成樹脂の一部が該ひけ部に進入して一体とされていることを特徴とする密封構造。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の密封構造において、
環状ガスケットの前記締結圧が負荷される部分には、環状の山形ビード部が隆起形成されていることを特徴とする密封構造。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の密封構造において、
前記第１部材と締結部材とが直接合体する界面を備え、該締結部材における界面には凹部が形成され、前記第１部材を構成する合成樹脂の一部が該凹部に係入して一体とされていることを特徴とする密封構造。