JP5739735B2 - 合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関や自動変速機のオイルパン等として好適な合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造に関する。

例えば内燃機関のオイルパンは、一般には鋼板製のものが多く用いられているが、近年、ＦＲＰ等の合成樹脂製オイルパンの利用が試みられている。内燃機関のオイルパンには、内部からオイルを排出するために着脱可能なねじ式のドレンプラグが必要であり、特許文献１に、合成樹脂製オイルパンに雌ねじ部を有する金属製のインサート部材を固着し、このインサート部材にオイルパン外側からドレンプラグを螺着する構成が開示されている。

特許文献１では、インサート部材は六角形の鍔部を有する円筒状をなしており、合成樹脂製オイルパン側に形成した六角形の凹部に上記鍔部を嵌合させるとともに、オイルパンを貫通した円筒状部分の先端縁を外側へ拡げることで、オイルパンの底壁に固定した構成となっている。

特開２０００−３４９１６号公報

上記のように金属製のインサート部材を合成樹脂製オイルパンに取り付け、このインサート部材にドレンプラグを螺合させる構成においては、内部のオイルに対するシールとして、合成樹脂製オイルパンと金属製インサート部材との間のシールと、インサート部材に螺合するドレンプラグのシールと、の２箇所のシールが必要である。しかし、上記特許文献１においては、インサート部材の先端縁を外側へ拡げることでインサート部材がオイルパンに保持されているに過ぎず、両者間での積極的なシールはなされていない。従って、合成樹脂製オイルパンとインサート部材との熱膨張率の差異などから、オイルパンとインサート部材との間からオイルの滲みや漏れが生じる懸念がある。

また仮に、ドレンプラグがインサート部材の先端縁（外側へ折り曲げられた部分）よりも外周側で合成樹脂製オイルパンに接して該オイルパンとの間をシールするように構成したとすると、合成樹脂材料は金属材料に比して剛性が低いことから、ドレンプラグのシールに必要な十分な軸力を確保できず、やはりオイルの滲みや漏れが生じ易い。

しかも、上記特許文献１の構成では、インサート部材を合成樹脂製オイルパンに固定するために、インサート部材先端縁に対するかしめ工程が必要である。

この発明は、合成樹脂製カバーに金属製ナットが保持され、このナットの雌ねじ部にドレンプラグが螺合してなる合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造であって、
上記金属製ナットは、雌ねじ部と同心状をなす円筒部と、この円筒部の一端に接続され、かつ該円筒部の外周面から外周側へ張り出した非円形のナット部と、を備え、
上記合成樹脂製カバーには、上記円筒部が微小間隙を介して嵌合する貫通孔と、該カバーの内側面に上記貫通孔の周囲を囲むように設けられて、上記ナット部が微小間隙を介して嵌合するナット嵌合部と、このナット嵌合部の底面に上記貫通孔と同心状に設けられた円筒形の段部と、が形成されており、
上記段部によって上記合成樹脂製カバーと上記金属製ナットとの間に生じる空間内に、上記段部内周面と上記円筒部外周面との間を径方向にシールするＯリングが配設され、
上記ドレンプラグは、上記貫通孔の開口縁よりも外周側へ拡がったフランジ面を有するとともに、上記円筒部の先端面と上記フランジ面との間にガスケットを備え、
上記ドレンプラグの締結により上記ガスケットに所定の荷重を与えた状態において、上記フランジ面と上記ナット部との間で上記合成樹脂製カバーを軸方向に圧縮せずに上記金属製ナットが上記Ｏリングによって自己センタリングするように、各部の軸方向寸法が設定されている、ことを特徴としている。

すなわち、上記構成では、ドレンプラグと金属製ナットとの間は、両者間に介在するガスケットを介して軸方向にシールされる。このガスケットとしては、例えば塑性変形可能な銅などの比較的軟質な金属からなる金属製パッキンが用いられるが、互いに螺合する金属製ドレンプラグと金属製ナットとの間でガスケットが狭圧されるため、一般的な金属製オイルパン等と同様に確実なシール性が得られる。一方、合成樹脂製カバーと金属製ナットとの間は、合成樹脂製カバー側の段部内周面と金属製ナット側の円筒部外周面との間のＯリングによって径方向にシールされる。ここで、上記のドレンプラグの締付は、上記Ｏリングには影響しない。すなわち、ドレンプラグを基準のトルクで締め付けた状態つまりガスケットに所定の荷重を与えた状態においては、ドレンプラグの軸力は合成樹脂製カバーに作用しておらず、金属製ナットはドレンプラグとともに半径方向に移動可能（貫通孔やナット嵌合部に対する微小間隙の範囲内で）である。そのため、Ｏリングの弾性によって貫通孔に対する自己センタリング作用が得られ、金属製ナットはドレンプラグとともに貫通孔に対し常に同心位置となる。従って、Ｏリングの全周に亘って良好なシール性が得られ、合成樹脂製カバーと金属製ナットとの間の相対的な熱膨張等があっても、オイルの滲みや漏れが生じることがない。

一つの具体的な態様では、上記の所定の荷重によって上記ガスケットが所定量変形した状態において、上記フランジ面と上記ナット部との間の距離は、上記ナット嵌合部における上記合成樹脂製カバーの肉厚よりも僅かに大きく、軸方向に微小間隙が残存している。

なお、本発明においては、合成樹脂製カバーを軸方向に圧縮しなければ足りるので、上記微小間隔が０、つまり微小間隙が実質的に存在しないものとなっていてもよい。

また、好ましい一つの態様では、上記ナット嵌合部の開口縁に、上記ナット部を抜け止めする係合突起が設けられている。このような構成では、ドレンプラグを取り外した状態においても金属製ナットがナット嵌合部に保持されるので、ドレンプラグの脱着作業がより容易となる。

この発明によれば、金属製ナットは合成樹脂製カバーに完全には固定されていないので、合成樹脂製カバーに対する金属製ナットのかしめ工程等が不要となる。そして、金属製ナットと金属製ドレンプラグとの金属部材同士の締結による軸方向のシールと、ドレンプラグの軸力の影響を受けない自己センタリングされる半径方向のシールとを組み合わせたことで、高いシール性が得られ、内部からのオイルの滲みなどを長期に亘って確実に防止することができる。

この発明をオイルパンのドレンプラグに適用した一実施例の断面図。 オイルパン側の要部を示す斜視図。 金属製ナットをＯリングとともに上下反転した状態で示す斜視図。 金属製ナットの変形例を示す斜視図。 金属製ナットを抜け止めする係合突起を備えた第２の実施例の断面図。 この第２の実施例のオイルパン側の要部を示す斜視図。 係合突起を全周に設けた変形例を示すオイルパン側の要部の斜視図。 係合突起の断面形状の一例を示す要部の断面図。 係合突起の断面形状の異なる例を示す要部の断面図。 係合突起の断面形状のさらに異なる例を示す要部の断面図。

以下、この発明を自動車用内燃機関の底部に設けられるオイルパンに適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、合成樹脂製オイルパン１の底部にオイル排出のために着脱可能に装着されるドレンプラグ２の取付構造を示した断面図であって、オイルパン１は、例えばポリアミド系の繊維強化合成樹脂のような強度ならびに剛性の高い樹脂材料にて一体に射出成形されている。

このオイルパン１の底壁の適宜位置、一般には、車載状態で最も低位となる位置に、円形の貫通孔３が開口形成されており、この貫通孔３の周囲を囲むように、オイルパン１の内側面（換言すれば底壁の上面）に、図２にも示すように、六角形の壁部４からなるナット嵌合部５が形成されている。このナット嵌合部５は、その六角形の対向する２辺の間隔が上記貫通孔３の直径よりも大きい。そして、壁部４の内側となるナット嵌合部５の底面５ａには、さらに、上記貫通孔３と同心状をなす円筒形の段部７が形成されている。換言すれば、貫通孔３の上端部分の径を拡大することで、底面５ａに開口した段部７が形成されている。この段部７は、ナット嵌合部５の底面５ａと平行な段部底面７ａと、円筒面をなす内周面７ｂと、を有する。この段部７の直径は、図示例では、ナット嵌合部５の六角形の対向する２辺の間隔よりも僅かに小さくなっているが、２辺の間隔と実質的に等しい直径とすることも可能である。

なお、上記ナット嵌合部５は、オイルパン１の底壁の肉厚が大きい場合には、六角形に窪んだ凹部とすることもでき、あるいは、高さの一部がオイルパン１の底壁に窪んでいて高さの残りの部分が壁部で囲まれた構成とすることもできる。

上記の貫通孔３およびナット嵌合部５には、金属製ナット１１がＯリング１２とともに配置される。金属製ナット１１は、図３にも示すように、中心に雌ねじ部１３が貫通形成されているとともに、この雌ねじ部１３と同心状をなす円筒部１４を有し、かつこの円筒部１４の一端に、六角形のナット部１５が設けられている。円筒部１４とナット部１５との間の段差面１５ａ（換言すればナット部１５の一方の端面）は、雌ねじ部１３の中心線に直交する平面をなす。このナット１１をオイルパン１に組み付けた組付状態では、上記円筒部１４は、オイルパン１側の貫通孔３に嵌合するが、上記貫通孔３の径は上記円筒部１４の径よりも僅かに大きく、従って、径方向に微小間隙ｄ１を残した状態で両者は嵌合する。同様に、上記ナット部１５は、オイルパン１側のナット嵌合部５に嵌合するが、ナット嵌合部５の径方向の寸法はナット部１５の径方向の寸法よりも僅かに大きく、従って、径方向に微小間隙ｄ２を残した状態で両者は嵌合する。つまり、ナット１１は貫通孔３やナット嵌合部５に対し密に嵌合せず、径方向に微小量変位し得る状態で嵌合する。なお、２箇所の微小間隙ｄ１，ｄ２は、互いに等しくてもよく、多少異なる大きさであってもよい。

また、上記ナット１１がナット嵌合部５に嵌合した状態では、上記段差面１５ａが上記段部７を覆う形となり、これによって、円環状に連続した空間つまりＯリング収容部１６がオイルパン１とナット１１との間に形成される。このＯリング収容部１６は、断面矩形をなし、段部７の段部底面７ａおよび内周面７ｂと、ナット１１の段差面１５ａと、円筒部１４の外周面１４ａと、の４つの面に囲まれている。このＯリング収容部１６内に収容されるＯリング１２は、シリコーンゴム等からなる一般的なＯリングであり、組付状態では、上記段部７の内周面７ｂと上記円筒部１４の外周面１４ａとの間に圧縮状態で挟み込まれている。つまり、このＯリング１２は、上記段部７の内周面７ｂと上記円筒部１４の外周面１４ａとの間を径方向にシールしている。

上記ナット１１に組み合わされる金属製のドレンプラグ２は、上記雌ねじ部１３に螺合する雄ねじ部２１を有するとともに、六角形の頭部２２を有し、かつこの頭部２２の基部に円形に拡がったフランジ部２３を有している。このフランジ部２３の端面つまりフランジ面２３ａは、上記貫通孔３の径よりも大径であり、貫通孔３の開口縁よりも外周側へ拡がっている。そして、このドレンプラグ２は、雄ねじ部２１の外周に円環状のガスケット２５を装着した状態で上記ナット１１に締結される。上記ガスケット２５としては、例えば塑性変形可能な銅などの比較的軟質な金属からなる平坦な金属製パッキンが用いられるが、非金属のガスケットなど他の形式のガスケットを用いることも勿論可能である。ここで、このガスケット２５は、金属製ナット１１の円筒部１４の端面１４ｂに対応した外径を有しており、互いに剛性の高い金属製ナット１１の円筒部１４端面１４ｂと金属製ドレンプラグ２のフランジ面２３ａとの間で狭圧される。換言すれば、ガスケット２５は、貫通孔３の径よりも小さく、貫通孔３よりも外側の樹脂材料面つまりオイルパン１外側面１ａにははみ出ないように構成されている。

一方、軸方向の各部の寸法関係としては、仮にナット１１の段差面１５ａがナット嵌合部５の底面５ａに接しているときに、円筒部１４の端面１４ｂは、貫通孔３の下端付近に位置し、ガスケット２５の軸方向の厚みを加えると、該ガスケット２５の下面が貫通孔３から下方へ僅かに突出した位置となる。より詳しくは、ドレンプラグ２を基準の締付トルクでもってナット１１に対し締結し、ガスケット２５に所定の荷重を与えた状態（つまりガスケット２５が軸方向に所定量変形した状態）において、ナット１１の段差面１５ａとドレンプラグ２のフランジ面２３ａとの間の距離が、ナット嵌合部５におけるオイルパン１の肉厚つまりナット嵌合部５底面５ａとオイルパン１外側面１ａとの間の距離を下回ることがなく、従ってオイルパン１の底壁が圧縮荷重を受けることがないように、円筒部１４の軸方向長さやガスケット２５の寸法が設定されている。

図示例では、各部の公差を考慮して、ガスケット２５に所定の荷重を与えた状態（つまりガスケット２５が軸方向に所定量変形した状態）において、ナット１１の段差面１５ａとドレンプラグ２のフランジ面２３ａとの間の距離が、ナット嵌合部５におけるオイルパン１の肉厚つまりナット嵌合部５底面５ａとオイルパン１外側面１ａとの間の距離よりも僅かに大きくなるように各部の寸法が設定されており、ナット１１の段差面１５ａとナット嵌合部５の底面５ａとの間、あるいは、オイルパン１外側面１ａとドレンプラグ２のフランジ面２３ａとの間に、軸方向の微小間隙が残存している。実際の締結作業においては、Ｏリング１２がナット１１とオイルパン１との間に存在し、初期状態ではナット部１５がナット嵌合部５底面５ａから僅かに浮き上がった状態となっているため、ドレンプラグ２を締め付けていくと、そのフランジ面２３ａがオイルパン１外側面１ａに先に当接し、最終的に、ナット１１の段差面１５ａとナット嵌合部５底面５ａとの間に微小間隙ｄ３が残存する。なお、この微小間隙ｄ３は、極小さいため、図１では描かれていない。

このように、上記構成では、金属製ドレンプラグ２と金属製ナット１１との間は、円筒部１４端面１４ｂとフランジ面２３ａとの間で狭圧されるガスケット２５によって軸方向にシールされる。金属製のドレンプラグ２とナット１１はいずれも剛性が高いので、シールに必要な軸力を確実に与えることができ、一般的な金属製オイルパンにおけるドレンプラグと全く同等に確実なシール性が得られる。

一方、合成樹脂製のオイルパン１と金属製ナット１１との間は、上述したように、Ｏリング収容部１６内に収容されたＯリング１２によって径方向にシールされる。ここで、上記のドレンプラグ２の締付は、上記Ｏリング１２には影響しない。つまり、ドレンプラグ２を基準の締付トルクでもって締め付けた状態において、上述したようにドレンプラグ２の軸力が合成樹脂製オイルパン１に作用していない。そのため、締付状態にあっても、金属製ナット１１はドレンプラグ２とともに、上記の微小間隙ｄ１，ｄ２の範囲内で半径方向に移動可能であり、従って、Ｏリング１２の弾性によって金属製ナット１１の自己センタリングがなされる。つまり、金属製ナット１１はドレンプラグ２とともに段部７の内周面７ｂ（ひいては貫通孔３）に対し常に同心位置となり、段部７の内周面７ｂと円筒部１４の外周面１４ａとの間の半径方向の間隔が全周に亘って常に一定となる。従って、Ｏリング１２の全周に亘って良好なシール性が得られ、例えば合成樹脂製オイルパン１と金属製ナット１１との間の相対的な熱膨張等があっても、オイルの滲みや漏れが生じることがない。

なお、仮に、ドレンプラグ２の軸力が貫通孔３周囲のオイルパン１底壁に作用したとすると、ナット１１が貫通孔３中心に対し偏心した位置で固定されてしまい、Ｏリング１２のシール性が周方向の一部で相対的に低下するとともに、オイルパン１の底壁の経時的な塑性変形（所謂へたり）によるドレンプラグ２の軸力低下が生じ、好ましくない。

上記実施例においては、金属製ナット１１のナット部１５として六角形のものを示したが、このナット部１５は、ナット１１をオイルパン１に対し回転しないように保持できる形状であれば、どのような形状であってもよい。例えば、図４は、四角形のナット部１５の例を示しているが、その他、スプライン状の凹凸形状等とすることもできる。また、図１の例では、ナット嵌合部５の深さ（壁部４の高さ）がナット部１５の高さと等しいが、本発明は、必ずしもこれに限定されず、回転しないように保持できるのであれば、ナット嵌合部５の深さは任意である。例えば、ナット嵌合部５をさらに深く形成し、ドレンプラグ２を取り外した際にナット１１がナット嵌合部５から飛び出してしまわないようにすることもできる。

次に、図５，図６は、ドレンプラグ２の脱着の際の作業性を考慮して、金属製ナット１１をナット嵌合部５内に抜け止めするようにした第２の実施例を示している。すなわち、六角形のナット嵌合部５を構成する壁部４が、ナット部１５の上端を越える高さに延長されているとともに、この壁部４の上端縁に、内側へ向かって突出する係合突起３１が設けられている。

この係合突起３１は、図６に示すように、六角形をなす壁部４の対向する２辺に沿って設けられており、ナット１１をナット嵌合部５内に圧入することで、合成樹脂材料の弾性変形によって対向する係合突起３１が互いに拡開し、ナット１１を挿入することができる。そして、所定位置に挿入された状態では、ナット部１５の上端縁に係合突起３１が係合し、抜け止め保持される。

上記係合突起３１は、六角形をなす壁部４の各辺の一部分のみに設けるようにしてもよく、あるいは逆に、六角形をなす壁部４の全周に亘って設けることもできる。図７は、６辺の全てに係合突起３１を設けた実施例を示しており、さらにこの実施例では、壁部４を各辺毎に分断するように壁部４の上部に軸方向に沿ったスリット３２がそれぞれ設けられている。従って、係合突起３１を上端に備えた各辺の壁部４が個々に拡開変形する構成となり、６辺の全てに係合突起３１を備えていても、ナット部１５の圧入が比較的容易である。

図８は、係合突起３１の断面形状の一例を示しており、この例では、ナット１１の圧入時に係合突起３１が容易に拡開するように、先端内側に案内面となるテーパ面３３を有しているとともに、Ｌ字形に屈曲する係合面３４が壁部４に対し９０°折れ曲がった水平面（ナット嵌合部５底面５ａと平行な面）をなし、該係合面３４がナット部１５の端面に係合する。従って、基本的に、金属製ナット１１を一旦組み付けた後は、該ナット１１を取り外すことができない構成となっている。

図９は、係合突起３１の変形例を示しており、この例では、係合突起３１は、壁部４の内側へ向かって断面略半円形に膨出している。つまり円弧形をなす入口側案内面３５と同じく円弧形をなす係合面３６とが連続しており、ナット１１の圧入時には上記入口側案内面３５の作用によって壁部４が外側へ拡開し、かつ圧入後は上記係合面３６がナット部１５の端縁に係合する。この係合面３６は、上記のように円弧形をなすので、ナット１１を組付位置から逆に上方へ押圧すれば、係合突起３１が拡開し、ナット１１を取り外すことが可能である。特に、この実施例では、ナット部１５の端縁に比較的大きな面取りからなるテーパ面１５ｂが設けられており、このテーパ面１５ｂに上記係合突起３１（係合面３６）が係合する。従って、より円滑にナット１１の取り出しが可能である。

図１０は、係合突起３１のさらに他の変形例を示している。この例では、ナット１１の圧入時に係合突起３１が容易に拡開するように、先端内側に案内面となるテーパ面３７を有しているとともに、ナット部１５の端縁と係合する係合面３８が逆向きのテーパ面となっている。また、ナット部１５の端縁には、面取り状のテーパ面１５ｂが形成されている。従って、図９の実施例と同様に、比較的容易にナット１１の取り出しが可能である。

上記のように、ナット嵌合部５に係合突起３１を設けて金属製ナット１１を保持するようにした構成によれば、ドレンプラグ２の脱着作業の際に、金属製ナット１１が不用意にナット嵌合部５から離れてしまうようなことが回避され、その作業性が向上する。しかも、ナット１１の組付の際に金属部品を折り曲げるかしめ工程などは不要であり、ナット１１を押し込むだけでオイルパン１に取り付けることができる。なお、このように係合突起３１によって抜け止めする場合でも、シールについては前述した実施例と全く同様の作用効果が得られる。

以上、この発明を内燃機関のオイルパンに適用した実施例を詳細に説明したが、この発明の合成樹脂製カバーは、オイルパンに限定されず、ドレンプラグが必要な種々のカバー類に広く適用することが可能である。

１…合成樹脂製オイルパン
２…ドレンプラグ
３…貫通孔
５…ナット嵌合部
７…段部
１１…金属製ナット
１２…Ｏリング
１４…円筒部
１５…ナット部
１６…Ｏリング収容部
２５…ガスケット
３１…係合突起

Claims (3)

1. 合成樹脂製カバーに金属製ナットが保持され、このナットの雌ねじ部にドレンプラグが螺合してなる合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造であって、
   上記金属製ナットは、雌ねじ部と同心状をなす円筒部と、この円筒部の一端に接続され、かつ該円筒部の外周面から外周側へ張り出した非円形のナット部と、を備え、
   上記合成樹脂製カバーには、上記円筒部が微小間隙を介して嵌合する貫通孔と、該カバーの内側面に上記貫通孔の周囲を囲むように設けられて、上記ナット部が微小間隙を介して嵌合するナット嵌合部と、このナット嵌合部の底面に上記貫通孔と同心状に設けられた円筒形の段部と、が形成されており、
   上記段部によって上記合成樹脂製カバーと上記金属製ナットとの間に生じる空間内に、上記段部内周面と上記円筒部外周面との間を径方向にシールするＯリングが配設され、
   上記ドレンプラグは、上記貫通孔の開口縁よりも外周側へ拡がったフランジ面を有するとともに、上記円筒部の先端面と上記フランジ面との間にガスケットを備え、
   上記ドレンプラグの締結により上記ガスケットに所定の荷重を与えた状態において、上記フランジ面と上記ナット部との間で上記合成樹脂製カバーを軸方向に圧縮せずに上記金属製ナットが上記Ｏリングによって自己センタリングするように、各部の軸方向寸法が設定されている、ことを特徴とする合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造。
2. 上記の所定の荷重によって上記ガスケットが所定量変形した状態において、上記フランジ面と上記ナット部との間の距離は、上記ナット嵌合部における上記合成樹脂製カバーの肉厚よりも僅かに大きく、軸方向に微小間隙が残存していることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造。
3. 上記ナット嵌合部の開口縁に、上記ナット部を抜け止めする係合突起が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の合成樹脂製カバーのドレンプラグ取付構造。

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