JP4535862B2

JP4535862B2 - 樹脂成形部品

Info

Publication number: JP4535862B2
Application number: JP2004368398A
Authority: JP
Inventors: 隆司勘坂; 裕紀谷川
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: EP1672210A3; US20060134376A1; EP1672210B1; US7700177B2; CN1793712A; CN100398896C; EP1672210A2; JP2006175610A

Description

本発明は、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品に関する。

従来、内燃機関の樹脂製インテークマニホールドにおいて、軽量化のためにフランジに肉ぬすみによって凹部を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図９にその一部を模式的に示すように、この特許文献１に記載のインテークマニホールドは、吸気通路１１０を備えるとともに、フランジ１２０に貫通孔１３０が形成されている。

フランジ１２０のシリンダヘッド（図示せず）に取り付ける側の面において、吸気通路１１０と貫通孔１３０との間に肉ぬすみによって凹部１４０，１４５が形成されている。図１０に図９の１０−１０線断面を示すように、凹部１４０の底面１４２側の樹脂の厚みと、凹部１４０の側面１４４側の樹脂の厚みは共に同一の厚みＤＳとなっている。

このような構造によれば、不要な部分の樹脂を肉ぬすみすることにより、インテークマニホールドの剛性を維持しつつ、軽量化を行うことができる。
特許第２６４３７７４号公報

ところで、樹脂成形部品の成形時においては、加圧された溶融樹脂が金型内に流し込まれる。
上記インテークマニホールドにおける溶融樹脂の流れを図１１に矢印で示す。なお、溶融樹脂の流量が多い部分程太い矢印で示すものとする。

同図１１に示すように、矢印ａ１１，ａ１２で示す部分は成形後における樹脂の厚みが比較的大きいため、すなわち樹脂の通過する断面積が大きいため、溶融樹脂の流量が比較的多くなる。

一方、矢印ｂ１１，ｂ１２で示す部分は成形後における樹脂の厚みが比較的小さいため、すなわち樹脂の通過する断面積が小さいため、溶融樹脂の流量が比較的小さくなる。また、図１０に示すように、凹部１４０の底面１４２側の樹脂の厚みは、凹部１４０の側面１４４側の樹脂の厚みと同一の厚みＤＳとなっているため、図１１に矢印ｃ１１，ｃ１２で示す凹部１４０の底面側の溶融樹脂の流量も比較的小さくなる。

矢印ｄ１１，ｄ１２で示すように、溶融樹脂は貫通孔１３０の周囲を回り込んで合流することとなる。ここで、矢印ｄ１１，ｄ１２で示す部分は樹脂の厚みが比較的小さいため、溶融樹脂の流量が比較的小さくなる。

図１２に、図１１の矢印Ａ方向からみたときの溶融樹脂が合流する部分の状態を示す。溶融樹脂の合流する部分にはいわゆるウェルドライン１５０が形成され、その部分の剛性は他の部分よりも低下しやすい。さらに、矢印ｄ１１，ｄ１２で示した部分は溶融樹脂の流量が比較的小さいため、この傾向が一層顕著なものとなる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品において、極力軽量化を行いつつ、その剛性を高くすることのできる樹脂成形部品を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品において、前記フランジの他部品に取り付ける側の面に凹部が形成され、成形時において溶融樹脂の合流する部分に形成されるウェルドラインが前記貫通孔の周囲に形成され、前記凹部は前記溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ前記貫通孔の近傍に形成され、同凹部の底面側の樹脂の厚みが同凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きいことを要旨としている。

上記構成によれば、フランジの他部品に取り付ける側の面において、溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔の近傍に凹部が形成され、この凹部の底面側の樹脂の厚みが同凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きくなる。このため、成形時において凹部の側面側の樹脂の流れよりも底面側の樹脂の流れが多くなり、貫通孔の周囲に形成される溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分に凹部の底面側からより多くの樹脂が流れ込むようになる。その結果、ウェルドラインの形成を抑制することができるため、樹脂成形部品を極力軽量化しつつ、その剛性を高くすることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の樹脂成形部品において、前記貫通孔の中心点と前記フランジの縁上の一点とを結ぶ線分を線分Ｌとして、前記貫通孔は、前記線分Ｌの長さが互いに異なる周壁部分Ａおよび周壁部分Ｂが当該貫通孔の周囲に形成されるように前記フランジに設けられるものであり、前記周壁部分Ａは、その全体にわたり前記線分Ｌの長さが同一となる部分であり、前記周壁部分Ｂは、前記線分Ｌの長さが前記周壁部分Ａよりも長くなる部分であり、前記ウェルドラインは、前記周壁部分Ａに形成されるものであることを要旨としている。
上記構成によれば、上記請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。その結果、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の樹脂成形部品において、前記フランジは、その端部に向かうにつれて先細りの形状をなす先細り部を有するものであり、この先細り部は、直線状の縁を有する第１の直線部分と、直線状の縁を有する第２の直線部分と、これら直線部分を接続してフランジの先端部をなす接続部分とにより構成されるものであり、前記貫通孔は、前記先細り部に形成されるものであることを要旨としている。
上記構成によれば、上記請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。その結果、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

貫通孔の周囲に２方向から流れ込む溶融樹脂が互いに比較的小さな角度をなす場合には、溶融樹脂は貫通孔の周囲を大きく回り込んで合流することとなる。このため、合流する部分まで溶融樹脂が流れ込みにくくなり、ウェルドラインにおいて剛性の低下を招きやすくなる。この傾向は、貫通孔の周囲に２方向から流れ込む溶融樹脂が、互いに９０度未満の角度をなす場合に顕著となる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の樹脂成形部品において、前記先細り部は、前記第１の直線部分の縁に沿う仮想線と前記第２の直線部分に沿う仮想線とのなす角が９０度未満に設定されることを要旨としている。
上記構成によれば、上記請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。その結果、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

成形時において溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分の剛性が低下する傾向は、ガラス繊維を含む樹脂を用いた場合に顕著となる。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、樹脂成形部品を構成する樹脂がガラス繊維を含むことを要旨としている。
上記構成によれば、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、前記樹脂成形部品が内燃機関のインテークマニホールドであることを要旨としている。
具体的には、請求６に記載の発明によるように、内燃機関の樹脂製インテークマニホールドに本発明を適用することができる。

本発明を内燃機関の樹脂製インテークマニホールドに具体化した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、このインテークマニホールドは吸気通路１０とフランジ２０とを備えている。フランジ２０の長手方向の端部には貫通孔３０が形成されており、この貫通孔３０にボルトを挿通して締結することにより、インテークマニホールドがシリンダヘッド（図示せず）に取り付けられる。

フランジ２０のシリンダヘッドに取り付ける側（図１において紙面表側）の面において、吸気通路１０と貫通孔３０との間に肉ぬすみによって凹部４０，４５が形成されている。これら凹部４０，４５を形成してインテークマニホールドの不要な部分の樹脂を肉ぬすみすることにより、インテークマニホールドの剛性を維持しつつ、軽量化を行うことができる。フランジ２０は、貫通孔３０の接線方向に沿って凹部４０側に延長された直線部Ｌ１と、貫通孔３０の接線方向に沿って凹部４５側に延長された直線部Ｌ２とを有する。これら直線部Ｌ１，Ｌ２のなす角αは９０度未満となっている。

図２に、図１の２−２線断面を示す。
同図２に示すように、凹部４０の底面４２側の樹脂の厚みＤＢは、凹部４０の側面４４側の樹脂の厚みＤＳよりも大きくなっている。ここで、底面４２側の樹脂の厚みＤＢは、側面４４側の樹脂の厚みＤＳよりも大きく、上記フランジ２０全体の厚みＤＴの半分以下の厚みとすることが望ましい。または、底面４２側の樹脂の厚みＤＢを、側面４４側の樹脂の厚みＤＳの２倍程度とすることが望ましい。

本実施形態では、厚みＤＢ＝６ｍｍ，厚みＤＳ＝２．５ｍｍ，厚みＤＴ＝２０ｍｍとなっている。凹部４０の側面側の樹脂のうち薄い部分は、全て同一の厚みＤＳとなっている。したがって、凹部４０の底面４２側の樹脂の厚みＤＢは、凹部４０の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きくなっている。底面４２は、フランジ２０のシリンダヘッドに取り付ける側の面に平行な平面で形成されている。なお、凹部４５は凹部４０と対称に形成されている。

インテークマニホールドは、加圧された溶融樹脂を金型内に流し込み、これを固化させることにより成形される。この樹脂には、ガラス繊維を３０重量パーセント程度含むポリプロピレンが用いられる。ガラス繊維は樹脂を強化する目的で混入されている。

図３に、インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れを矢印で示す。なお、溶融樹脂の流量が多い部分程太い矢印で示すものとする。
同図３に示すように、溶融樹脂は貫通孔３０の周囲を回り込んで、矢印ｄ１，ｄ２の先で互いに合流する。したがって、上記凹部４０，４５は溶融樹脂が合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分よりも上流側かつ貫通孔３０の近傍に形成されている。

矢印ａ１，ａ２で示す部分は、成形後における樹脂の厚みが比較的大きいため、すなわち溶融樹脂の通過する断面積が大きいため、溶融樹脂の流量が多くなる。矢印ｂ１，ｂ２で示す部分は、成形後における樹脂の厚みが比較的小さいため（厚みＤＳ）、すなわち溶融樹脂の通過する断面積が小さいため、溶融樹脂の流量が小さくなる。矢印ｂ１，ｂ２で示す溶融樹脂の流れは、さらに進んでそれぞれ矢印ｄ１，ｄ２で示す溶融樹脂の流れを形成する。

矢印ｃ１，ｃ２は、凹部４０，４５の底面側の溶融樹脂の流れを示している。矢印ｃ１，ｃ２で示す凹部４０，４５の底面側の溶融樹脂の流れは、矢印ｂ１，ｂ２で示す溶融樹脂の流れにそれぞれ加わって、矢印ｄ１，ｄ２で示す溶融樹脂の流れの一部を形成する。成形後における凹部４０，４５の底面側の樹脂の厚みＤＢは、凹部４０，４５の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みＤＳよりも大きくなっている。このため、矢印ｃ１，ｃ２で示す溶融樹脂の流れは、矢印ｂ１，ｂ２で示す溶融樹脂の流れよりも流量が多くなる。

図４に、図３の矢印Ａ方向からみたときの溶融樹脂が合流する部分の状態を示す。
矢印ｄ１で示す溶融樹脂の流れは、上記矢印ｂ１で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印ｄ１ｂで示す溶融樹脂の流れと、上記矢印ｃ１で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印ｄ１ｃで示す溶融樹脂の流れとによって形成される。矢印ｄ２で示す溶融樹脂の流れは、上記矢印ｂ２で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印ｄ２ｂで示す溶融樹脂の流れと、上記矢印ｃ２で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印ｄ２ｃで示す溶融樹脂の流れとによって形成される。

ここで、矢印ｃ１，ｃ２で示す溶融樹脂の流れは、上記矢印ｂ１，ｂ２で示す溶融樹脂の流れよりも流量が多いため、矢印ｄ１ｃ，ｄ２ｃで示す溶融樹脂の流れは矢印ｄ１ｂ，ｄ２ｂで示す溶融樹脂の流れよりも流量が多くなる。さらに、矢印ｄ１ｃ，ｄ２ｃで示す溶融樹脂の流れは、フランジ２０の下面側から上面側に流れ込むようになる。その結果、溶融樹脂の流れが合流する部分に形成されるウェルドライン５０は、フランジ２０の下面近くでは形成されにくくなるとともに、その大きさも小さくなる。

以上詳述したように、本実施形態にかかる樹脂製インテークマニホールドによれば、以下に列記するような効果が得られる。
（１）フランジ２０のシリンダヘッドに取り付ける側の面において、溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔３０の近傍に凹部４０，４５が形成され、これら凹部４０，４５の底面側の樹脂の厚みが同凹部４０，４５の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きい。このため、成形時において凹部４０，４５の側面側の樹脂の流れよりも底面側の樹脂の流れが多くなり、貫通孔３０の周囲に形成される溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドライン５０が形成される部分に凹部４０，４５の底面側からより多くの樹脂が流れ込むようになる。その結果、ウェルドライン５０の形成を抑制することができるため、樹脂成インテークマニホールドを極力軽量化しつつ、その剛性を高くすることができる。また、凹部４０，４５の側面側の樹脂の厚みを大きくすることなく、凹部４０，４５の底面側の樹脂の厚みのみを大きくしているため、必要最小限の重量増加によって樹脂成インテークマニホールドの剛性を高くすることができる。

（２）フランジの長手方向の端部に形成された貫通孔の周囲において溶融樹脂が合流する場合は、合流する部分に到達するまでに溶融樹脂の流れる距離が最も長くなる。このため、合流する部分まで溶融樹脂が流れ込みにくくなり、ウェルドラインにおいて剛性の低下を招きやすくなる。この点、貫通孔３０がフランジ２０の長手方向の端部に形成されている構成において、ウェルドライン５０の形成を抑制することができる。その結果、樹脂製インテークマニホールドの剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

（３）貫通孔の周囲に２方向から流れ込む溶融樹脂が互いに比較的小さな角度をなす場合には、溶融樹脂は貫通孔の周囲を大きく回り込んで合流することとなる。このため、合流する部分まで溶融樹脂が流れ込みにくくなり、ウェルドラインにおいて剛性の低下を招きやすくなる。この傾向は、貫通孔の周囲に２方向から流れ込む溶融樹脂が互いに９０度未満の角度をなす場合に顕著となる。この点、フランジ２０は貫通孔３０の接線方向に沿って凹部４０，４５側にそれぞれ延長された２つの直線部Ｌ１，Ｌ２を有し、同２つの直線部Ｌ１，Ｌ２のなす角が９０度未満であるといった構成において、ウェルドライン５０の形成を抑制することができる。その結果、樹脂製インテークマニホールドの剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

（４）成形時において溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分の剛性が低下する傾向は、ガラス繊維を含む樹脂を用いた場合に顕著となる。この点、樹脂製インテークマニホールドを構成する樹脂がガラス繊維を含むといった構成において、ウェルドライン５０の形成を抑制することができる。その結果、樹脂製インテークマニホールドの剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。

（５）凹部４０，４５の底面側の樹脂の厚みＤＢ＝６ｍｍ、側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みＤＳ＝２．５ｍｍ、フランジ２０全体の厚みＤＴ＝２０ｍｍに形成されている。このため、凹部４０，４５の底面側の樹脂の厚みＤＢは、側面側の樹脂の厚みＤＳよりも大きく、フランジ２０全体の厚みＤＴの半分以下の厚みであるとともに、底面側の樹脂の厚みＤＢは側面側の樹脂の厚みＤＳの約２倍となっている。その結果、樹脂製インテークマニホールドの軽量化を極力阻害することなく、その剛性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施形態では、インテークマニホールドを構成する樹脂としてガラス繊維を３０重量パーセント程度含むポリプロピレンを用いたが、ガラス繊維の割合は適宜変更することができ、またガラス繊維を含まない樹脂を用いることもできる。樹脂を強化するための材料としては、タルク（滑石）等を用いることもできる。また、ナイロン等の他の樹脂を用いることもできる。

・上記実施形態では、凹部４０，４５を形成したが、図５に示すように、フランジ２２０に１つの凹部２４０を形成するようにしてもよい。凹部の数および形状は、それぞれのインテークマニホールドに応じて変更することができる。

・図６に示すように、凹部４４０の底面４４２は必ずしも平面でなくてもよく、またフランジのシリンダヘッドに取り付ける側の面に平行でなくてもよい。要するに、凹部の底面側の樹脂の厚みが凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きければ、溶融樹脂の合流する部分に凹部の底面側から多くの樹脂を流れ込ませることができる。

・図７に示すように、フランジ３２０において、貫通孔３３０の接線方向に沿って凹部３４０，３４５側にそれぞれ延長された部分が、曲線部Ｃ１と直線部Ｌ３とで構成されてもよい。また、図８に示すように、フランジ５２０の長手方向の端部ではない位置に形成された貫通孔５３０の周囲に、溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分が形成されてもよい。ここで、凹部５４０は、矢印ａ２１，ａ２２で示す溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔５３０の近傍に形成されている。樹脂製インテークマニホールドを成形する場合、通常金型内に数カ所から溶融樹脂が注入されるため、このように溶融樹脂が合流する部分はフランジのさまざまな箇所に形成される可能性がある。しかし、成形時において溶融樹脂の合流する部分に形成されるウェルドラインが貫通孔の周囲に形成され、凹部が溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔の近傍に形成されていれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

・上記実施形態では、内燃機関の樹脂製インテークマニホールドに本発明を具体化したが、シリンダヘッドカバーやエアクリーナケース、ウォータインレット等に本発明を適用することもできる。要するに、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品であれば、本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造を示す部分正面図。図１の２−２線断面図。上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れを示す部分正面図。上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れとウェルドラインを示す部分側面図。本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の変形例を示す部分正面図。本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の他の変形例を示す部分断面図。本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の他の変形例を示す部分正面図。本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の他の変形例を示す部分正面図。従来の樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造を示す部分正面図。図９の１０−１０線断面図。上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れを示す部分正面図。上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れとウェルドラインを示す部分側面図。

符号の説明

１０，１１０…吸気通路、２０，１２０，２２０，３２０，５２０…フランジ、３０，１３０，５３０…貫通孔、４０，４５，１４０，１４５，２４０，３４０，３４５，４４０…凹部、４２，１４２，４４２…底面、４４，１４４…側面、５０，１５０…ウェルドライン。

Claims

貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品において、
前記フランジの他部品に取り付ける側の面に凹部が形成され、成形時において溶融樹脂の合流する部分に形成されるウェルドラインが前記貫通孔の周囲に形成され、前記凹部は前記溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ前記貫通孔の近傍に形成され、同凹部の底面側の樹脂の厚みが同凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きい
ことを特徴とする樹脂成形部品。
請求項１に記載の樹脂成形部品において、
前記貫通孔の中心点と前記フランジの縁上の一点とを結ぶ線分を線分Ｌとして、
前記貫通孔は、前記線分Ｌの長さが互いに異なる周壁部分Ａおよび周壁部分Ｂが当該貫通孔の周囲に形成されるように前記フランジに設けられるものであり、
前記周壁部分Ａは、その全体にわたり前記線分Ｌの長さが同一となる部分であり、
前記周壁部分Ｂは、前記線分Ｌの長さが前記周壁部分Ａよりも長くなる部分であり、
前記ウェルドラインは、前記周壁部分Ａに形成されるものである
ことを特徴とする樹脂成形部品。
請求項１又は２に記載の樹脂成形部品において、
前記フランジは、その端部に向かうにつれて先細りの形状をなす先細り部を有するものであり、
この先細り部は、直線状の縁を有する第１の直線部分と、直線状の縁を有する第２の直線部分と、これら直線部分を接続してフランジの先端部をなす接続部分とにより構成されるものであり、
前記貫通孔は、前記先細り部に形成されるものである
ことを特徴とする樹脂成形部品。
請求項３に記載の樹脂成形部品において、
前記先細り部は、前記第１の直線部分の縁に沿う仮想線と前記第２の直線部分に沿う仮想線とのなす角が９０度未満に設定される
ことを特徴とする樹脂成形部品。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、
樹脂成形部品を構成する樹脂がガラス繊維を含む
ことを特徴とする樹脂成形部品。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、
前記樹脂成形部品が内燃機関のインテークマニホールドである
ことを特徴とする樹脂成形部品。