(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空孔に係止され該空孔を封止する栓部材であって、
外周径が変化することにより、前記空孔の内壁に係合する係合部材と、前記係合部材の外周径を変化させる外周径変更手段を有し、
前記係合部材は、２以上の部材で構成され、前記係合部材の構成部材の相対的な位置関係および／または方向を変化させることにより、前記係合部材の外周径が変化し、
前記外周径変更手段は、前記係合部材に対して移動することで前記係合部材の構成部材を押して前記構成部材の相対的な位置関係および／または方向を変化させる栓開閉用軸を有し、
前記栓開閉用軸は、ばねの付勢力、電磁力、油圧力、空圧力の一つによって付勢されて、前記係合部材の構成部材を前記空孔の内壁に係合する方向に付勢していることを特徴とする栓部材。
【請求項２】
請求項１に記載した栓部材であって、
係合部材には、メネジ状の空孔の内壁に螺合され得るネジ溝が形成されていることを特徴とする栓部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の栓部材であって、
前記係合部材の外周径の変化量が、該係合部材の長手方向に関して異なることを特徴とする栓部材。
【請求項４】
請求項３に記載の栓部材であって、
前記係合部材の外周径の変化量が、空孔への挿入方向の先端に近いほど大きくなることを特徴とする栓部材。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の栓部材であって、
その全部または一部に放熱部材を有することを特徴とする栓部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空孔に係止され、該空孔を封止する栓の構造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空孔を封止する時には、ネジ溝のある硬質一体型の栓を空孔に締結（装着）して封止していた。このような、空孔封止技術の適用例としては、自動車エンジン用の排気マニホールドに設けられた、検出器（例えば酸素センサ）を装着するための孔の封止がある。この検出器用の孔は、検出器装着時においては該検出器によって封止状態にある。しかし、検出器装着前のエンジン組み付け行程、および試作行程においても孔を封止する必要があり、これらの行程に空孔封止技術が適用されていた。
しかし、ネジ溝のある硬質一体型の栓による従来の技術では、ネジを締結するために栓を回転させる作業が必要なため、装着に時間を要していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、短時間で栓を空孔に装着する合理的な栓構造技術を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、空孔を封止する栓部材が構成される。
ここで、本明細書における「空孔を封止」には、特に限定を加えない限り、当該空孔を完全に遮断する態様、および該空孔をほぼ遮断ないし遮蔽する態様の双方が含まれる。
【０００５】
この栓は、外周径が変化する係合部材と、この係合部材の外周径を変化させることが可能な外周径変更手段を備えた構造である。
この外周径変更手段は、係合部材の外周径を任意に変化させることができ、係合部材の外周径が変化することによって、係合部材が空孔の内壁に係合することが可能である。
従って、係合部材の外周径を外周径変更手段で変化させることにより、係合部材を空孔に係合でき、短時間で栓部材を空孔に装着することが可能である。
【０００６】
また請求項１に記載の発明によれば、係合部材が２以上の部材により構成される栓部材が構成される。
この係合部材は構成部材の相互の位置関係、方向、または相互の位置関係と方向の両方を変化させることにより、係合部材の外周径が変化する。
ここで、相互の位置関係とは、係合部材の各構成部材間の相対的な位置関係を言い、方向とは栓部材本体から見た係合部材の各構成部材の向きを言う。
従って、係合部材の構成部材の相互の位置関係、方向、または相互の位置関係と方向の両方を変化させることにより、係合部材を空孔の内壁に係合させることができ、短時間で栓部材を空孔に装着することが可能である。
さらに請求項１に記載の発明によれば、外周径変更手段は、係合部材に対して移動することで係合部材の構成部材を押して構成部材の相対的な位置関係および／または方向を変化させる栓開閉用軸を有している。栓開閉用軸は、ばねの付勢力、電磁力、油圧力、空圧力の一つによって付勢されて、係合部材の構成部材を空孔の内壁に係合する方向に付勢している。
また請求項２に記載の発明によれば、係合部材には、メネジ状の空孔の内壁に螺合され得るネジ溝が形成されている。
【０００７】
請求項３に記載の発明によれば、長軸方向に関して外周径の変化量が異なる係合部材を備える栓部材が構成される。
例えば、空孔への挿入側先端における係合部材の外周径の広がり量よりも、係合部材の長手方向の中間位置における係合部材の外周径の広がり量が多いような構造がある。係合部材の外周径の変化量を異ならしめることにより、例えば、内径が順次変化するような空孔に対しても確実かつ短時間に栓部材を空孔に装着することが可能である。
【０００８】
請求項４に記載の発明によれば、外周径が空孔への挿入方向に近いほど、変化量が大きくなる係合部材を備える栓が構成される。
例えば、係合部材の構成部材間に外周径変更手段がくさび状に割り込む形で、係合部材をラッパ状（挿入方向に近いほど、変化量が大きい状態）に押し広げる構造がある。係合部材の外周径の変化量が挿入方向に近いほど大きくすることにより、係合部材を空孔内壁に強固に係合させることができ、かつ短時間で栓部材を空孔に装着することが可能である。
【０００９】
請求項５に記載の発明によれば、放熱部材を備える栓部材が構成される。
従って、空孔より伝わる熱を放熱部材により、放熱することが可能である。
また、これらの上記記載の発明は、特に内部に気体を有する容器または管状構造物の孔であって、好ましくは流れを有する気体の管状構造物に設けられた孔を封止する場合に有効な栓部材である。
さらに、本発明は、内部が高温で、特に６００℃から８００℃になる容器または管状構造物に設けられた孔の封止に良好である。
また、これらの上記係合部材の外周径を変化させるための構成として、例えば電磁力、油圧力または空圧力による自動、または手動であることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態に係る栓構造を、図面を参照して説明する。
本実施の形態の図１に示す栓部材１は、気体が流れる配管（管状構造物）に設けられた空孔２に用いられた実施の形態であり、特に高温の気体に対して有効で、例えば自動車エンジン用の排気マニホールドに設けられた検出器用（例えば、酸素センサ用）の空孔２の封止栓として使用される。
エンジンが組み上げられた状態におけるこの空孔２は、検出器（例えば、酸素センサ）が装着されることにより、空孔２が封止される。しかし、検出器が装着される前のエンジン組み立て行程、及び試作行程において、エンジンを作動する場合があり、その時点で空孔２を封止すれば、排気ガスが空孔２より漏れにくくなり、排気ガスによる作業環境の悪化を防止することができる。
【００１１】
本実施の形態の栓部材１は、図１に示すように、ボディー１０と係合部材２０と栓開閉用軸３０と操作軸４０と放熱部材５０によって構成されている。
また、栓部材１の断面図である図２に示すように、ボディー１０の内部にはバネ６０を有する。
【００１２】
図２に示すように、ボディー１０は、第一ボディー孔１１と第二ボディー孔１２による貫通孔が設けられた耐熱性の樹脂材である。本実施の形態では、ベーク材に布を混ぜた複合材料を採用し、ベーク材の耐熱性ゆえにエンジン内からの熱に対して難変形であり、ベーク材の低熱伝導性ゆえにボディー１０の表面が室温に保持される。また、複合材料により剛性を増しているため、操作時に付加される力に対して、ボディー１０の耐久性を増す。また、第二ボディー孔１２の壁面には、放熱部材５０を連結するためのタップが切られている。
【００１３】
図２に示すように、放熱部材５０は円周上にフィン５１を有し、ボディー１０と連結するための接合軸５２を備える。接合軸５２の外表面にはネジ溝が設けられ、第二ボディー孔１２のネジ溝と螺合されることにより、放熱部材５０とボディー１０が連結される。
放熱部材５０の軸中心には第一放熱部材孔５３が設けられ、接合軸５２と反対側の面付近には、第二放熱部材孔５４とフランジ５５を有する。
放熱部材５０は熱伝導性の高い炭素鋼を採用し、この高熱伝導性とフィン５１による表面積拡大の効果により、エンジンからの熱を放熱しやすくしている。このため、操作時に触れることのあるボディー１０や操作軸４０に伝わる熱を軽減でき、栓開閉用軸３０が、熱膨張により接合軸５２と接触し、操作性が悪化することを防止できる。さらに、バネ６０の熱硬化や酸化による耐久性の劣化を遅延させることもできる。
【００１４】
図２に示すように、操作軸４０は操作軸孔４１を有する樹脂製であり、操作軸孔４１にはタップが切ってある。本実施の形態では、ボディー１０と同材料のベーク材に布を混ぜた複合材料を採用し、ベーク材の耐熱性ゆえにエンジン内からの熱に対して難変形であり、低熱伝導性ゆえに操作軸４０の表面が室温に保持される。また、複合材料により剛性を増しているため、操作時に付加される力に対して、操作軸４０の耐久性を増す。
【００１５】
図３は、図２のIII部分の拡大図で、外周径変更手段としての栓開閉用軸３０を矢印Ｂ方向へ移動させた状態を示す。この図３に示すように、栓開閉用軸３０は傾斜面３１を有し、図２に示すようにネジ溝３２を有する。また、栓開閉用軸３０は耐熱性の高い炭素鋼製であり、エンジン内の高熱に対して耐久性を向上させている。
バネ６０はコイルバネで、図２に示すように、バネ６０の軸中心に栓開閉用軸３０を通して、ネジ溝３２を操作軸４０の操作軸孔４１のネジ溝に螺合する。これにより、栓開閉用軸３０は操作軸４０に連結され、操作軸４０と連動する。
【００１６】
図１に示すように、係合部材２０は、おおよそ筒形状を軸方向に３等分した形状の３部品から構成され、図３に示すように、内面２１とネジ溝２３と支持溝２２を有する。また、係合部材２０は硬質の材質で、本実施の形態では耐熱性の高い炭素鋼製であり、エンジンから伝わる高熱に対して耐久性が高い。
係合部材２０は、支持溝２２に放熱部材５０のフランジ５５が挿入されるように配置され、３個の係合部材２０の間に栓開閉用軸３０が貫通するような配置で、設置される。
図３に示すように、フランジ径５７と栓開閉用軸３０の軸径３３の間隙に対して支持溝深さ２４が深いため、係合部材２０は放熱部材５０と栓開閉用軸３０に設置される。
【００１７】
図１は、栓部材１に外力を加えない時の状態を示し、操作軸４０はバネ６０により矢印Ａ方向に付勢され、栓開閉用軸３０も操作軸４０と連動するため、バネ６０により矢印Ａ方向に付勢されている。このため、図３に示す栓開閉用軸３０の傾斜面３１が、係合部材２０の内面２１に接することにより、図１に示すような状態で安定する。
【００１８】
次に、内壁にタップを切ったメネジ状の空孔２に、栓部材１を装着し、空孔２を封止する様子を説明する。
操作軸４０を矢印Ｂ方向へ押すことにより、図２に示すバネ６０が長軸方向に縮まり、操作軸４０がボディー１０により深く挿入される。栓開閉用軸３０も連動して矢印Ｂ方向へ移動し、栓開閉用軸３０の傾斜面３１と係合部材２０の内面２１の間に隙間ができる。（図３参照）
【００１９】
係合部材２０が、操作軸４０に対して地面側となるように栓部材１を傾けると（立てると）、係合部材２０は自重により支持溝２２を中心に矢印Ｃ方向に回転し、図３のような状態になる。このため、挿入方向（矢印Ｂ方向）の先端付近の係合部材２０の外周径である図３に示す開口径７０が小さくなる。
開口径７０を小さくした状態にすると、係合部材２０が空孔２へ挿入することができ、図１に示す放熱部材５０の端面５６と排気マニホールド表面３が接触するまで十分に挿入する。
なお、係合部材２０の外周径は先端に近いほど小さくなるため、空孔２への挿入を行いやすい。
【００２０】
係合部材２０を空孔２へ十分挿入した後、操作軸４０をバネ６０の付勢力により矢印Ａ方向へ戻す。これにより、栓開閉用軸３０が矢印Ａ方向へ移動し、栓開閉用軸３０の傾斜面３１が係合部材２０の内面２１と接し、矢印Ａ方向に力を加え続ける。このため、係合部材２０が支持溝２２を中心に矢印Ｄ方向に回転し、開口径７０が大きくなる。その結果、ネジ溝２３が空孔２のネジ溝に係合し、係合部材２０が空孔２に装着される。
【００２１】
係合部材２０を空孔２に係合した状態にすると、係合部材２０及び栓開閉用軸３０により空孔の空間部を狭くするため、空孔を通過するエンジンの排気ガスの量が制限される。また、係合状態では、排気マニホールド表面３と放熱部材５０の端面５６が面接触をする。面接触をすることにより、空孔２を通過する排気ガスが通過できなくなる。
【００２２】
係合後においても、バネ６０の弾性により、栓開閉用軸３０が矢印Ａ方向へ付勢される。このため、係合面つまり、係合部材２０のネジ溝２３と空孔２のネジ溝の間に力が付加され、栓部材１は矢印Ｂ方向へ、排気マニホールド表面３はより矢印Ａ方向へ力が付加される。この結果、排気マニホールド表面３と放熱部材５０の端面５６の間には接触間力が働く。そのため、空孔２を封止する力がより強くなる。
必要ならば、係合部材２０にネジ溝２３があるため、栓部材１を回転させて、係合部材２０を空孔２にネジ締めをし、さらに接触力を高めることも可能である。
なお、端面５６に封止用のＯリングを設けると、さらに封止する力が増す。
【００２３】
また、図２に示すように、第一ボディー孔１１と第二ボディー孔１２の径の違いにより、バネ受け段差１３ができ、このバネ受け段差１３により、バネ６０の一端が固定される。このため、操作軸４０及び栓開閉用軸３０の長軸方向の移動量は、バネ６０の伸縮量に制限される。
【００２４】
空孔２の封止を解除し、栓部材１を脱着する行程は、上記の装着及び封止行程の逆行程をたどることにより、行うことができる。
【００２５】
このように、栓部材１の着脱は、操作軸４０を矢印Ｂ方向に押したり、矢印Ａ方向に戻したりすることにより行うことができる。このため、従来の方法と比較して、栓部材１の着脱を短時間で行うことが可能である。
【００２６】
なお、本発明は本実施の形態に限定されず、例えば以下の構成を有する栓部材１であってもよい。
（１）上記実施の形態では３個の係合部材２０が、矢印Ｃ方向及び矢印Ｄ方向に回転することにより、開口径７０を変化させる構成にしていたが、このような係合部材２０の動きをする構成には限定されない。例えば、各係合部材２０が回転せず、同心円状に平行に広がったり、狭くなったりする位置関係に動作するような構成であってもよい。これにより、係合部材２０の大きさに制限がなくなり、より係合面積の大きい係合部材２０にすることができる。
（２）また、上記実施の形態では係合部材２０が硬質材料であったが、硬質材料には限定されず、ゴムや多孔質樹脂の弾性材料の係合部材２０であってもよい。弾性材料にすることにより、係合面の接触面積を増加することができる。
（３）また、上記実施の形態では係合部材２０が複数個の構成になっていたが、複数個から構成される構造には限定されず、図４に示すような、筒状の弾性体の材料で、先端部分が軸方向に切り込みを入れた形状の係合部材２０であってもよい。これにより、部品点数を少なくすることができ、より組み付けが容易な構造になる。
（４）また、上記実施の形態では空孔２のネジ溝と係合部材２０のネジ溝２３が係合する構造になっていたが、このようなネジによる係合表面には限定されず、ネジ溝がない穴に、ネジ溝のない係合部材２０が係合する構造であってもよい。
（５）また、上記実施の形態では、係合部材２０の自重を利用することにより、開口径７０を小さくする構造になっていた。しかし、開口径７０を小さくする構造はこれに限定されず、図５のような形状の係合部材２０と栓開閉用軸３０であって、積極的に開口径７０を小さくする構造であってもよい。図５に示す係合部材２０は、傾斜面８１を有し、栓開閉用軸３０も傾斜面８０を有する。図５のように栓開閉用軸３０を矢印Ａ方向に移動させた場合、係合部材２０の傾斜面８１が栓開閉用軸３０の傾斜面８０により押され、係合部材２０が矢印Ｃ方向に回転させられ、開口径７０が小さくなる。このような構造により、あらゆる角度に対して開口径７０を小さくすることができ、様々な角度の空孔２に対して栓部材１を着脱することができる。また、別の構造として、係合部材２０とボディー１０の間にバネを設置し、係合部材２０が矢印Ｃ方向に常に力が加わる構造であってもよい。
（６）また、上記実施の形態ではバネ６０を有するが、バネ６０には限定されず、電磁力や油圧力や空圧力で操作軸４０を動作させるような構造である栓部材１であってもよい。これにより、自動式の栓部材１を構築しやすくなる。
【００２７】
（第１の態様）
以上説明してきた実施の形態や様々な変更例の説明に鑑みた場合、本発明では、以下の構成を取り得る。すなわち、「請求項１から請求項５に記載のいずれかの栓部材であって、前記外周径変更手段が、空孔への挿入方向に近いほど径が大きくなる傾斜部を有し、該傾斜部が係合部材の外周径を変化させることを特徴とする栓部材。」という構成が考えられる。
このような構成によれば、外周径が空孔への挿入方向に近いほど径が大きくなる傾斜部を有する外周径変更手段を有する栓部材が構成される。
この具体例として、例えば、外周径変更手段の挿入方向の先端がラッパ状（挿入方向に近いほど径が大きくなる状態）である外周径変更手段がある。このラッパ状の傾斜部において、係合部材の構成部材間を押し広げ、係合部材の外周径を広げることができる。
従って、その外周径変更手段により、係合部材の外周径が変化し、係合部材を空孔の内壁に係合させることができ、短時間で栓部材を空孔に装着することが可能である。
【００２８】
（第２の態様）
また、本発明では、以下の構成も取り得る。すなわち、「請求項５に記載の栓部材であって、内部に熱流体を有する容器または管状構造物に設けられた孔部を封止することを特徴とする栓部材。」という構成が考えられる。
このような構成によれば、内部に熱流体を有する容器または管状構造物に設けられた孔部を封止するための栓部材が構成される。また、栓部材は放熱部材を備えるため、熱流体から伝わる熱がこの放熱部材より放熱され、操作時に触れることがある部材に伝わる熱を少なくすることができる。
ここで、「熱流体」とは、液体と気体のみに限定されず、特に限定を加えない限り、粉末状のものも含めるとする。
また、外周径変更手段により、係合部材の外周径が変化し、係合部材を空孔の内壁に係合させることができ、短時間で栓部材を空孔に装着することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
栓部材の係合部材の外周径が変化することによって、空孔の内壁と係合部材が係合できるため、短時間で栓部材を空孔に装着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である栓の斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態である栓の断面図である。
【図３】栓開閉用軸３０を矢印Ｂ方向へ移動させた状態での、図２のIII部分の拡大断面図である。
【図４】係合部材２０が、筒状の弾性体で構成された実施の形態の拡大斜視図である。
【図５】開口径７０を積極的に小さくするための構造を有する実施の形態の拡大断面図である。
【符号の説明】
１  …栓部材
２  …空孔
３  …排気マニホールド表面
１０…ボディー
１１…第一ボディー孔
１２…第二ボディー孔
１３…バネ受け段差
２０…係合部材
２１…内面
２２…支持溝
２３…ネジ溝
２４…支持溝深さ
３０…栓開閉用軸
３１…傾斜面
３２…ネジ溝
３３…軸径
４０…操作軸
４１…操作軸孔
５０…放熱部材
５１…フィン
５２…接合軸
５３…第一放熱部材孔
５４…第二放熱部材孔
５５…フランジ
５６…端面
５７…フランジ径
６０…バネ
７０…開口径
８０…傾斜面
８１…傾斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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