JP2009052457A - 内燃機関の吸気ダクト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンルーム内において、障害物を避けて配管することが可能な柔軟性を有し、かつ、座屈等が起きずに形状保持が可能な剛性を有する自動車等の内燃機関に用いられる吸気系ダクトを提供する。また、その吸気ダクトの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の外気から空気を吸入して内燃機関へ導く吸気ダクトは、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体２が、その一部を重合するように螺旋巻回された管体であって、前記帯体２の一部が重合した重合部には前記繊維が溶着した螺旋溝状の補強部１１が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気系ダクトに係り、詳しくは外気から空気を吸入してエアクリーナへ導く吸気ダクトに関する。

自動車等の内燃機関の吸気系ダクトは、織布製や多孔質製のダクトを用いて、これらの織布や多孔質による無反射効果により吸気口からの吸気騒音を低減する吸気ダクト構造が知られている。

また、特に自動車用とされてはいないが、断熱性や結露防止性を有するものとして、主として発泡体層や繊維層からなり硬鋼線で補強された送吸気用ダクトがある（特許文献１参照）。
特開平１０−１６０２３１号公報（［０００８］［０００９］参照）

自動車等の内燃機関に用いられる吸気系ダクトは、外気から空気を吸入してエアクリーナへ導く吸気ダクト及びエアクリーナと内燃機関との間を繋ぐダクトからなっている。そのため、狭いエンジンルームの中で様々な機器を避けて配置されることになり、ダクトには曲げ抵抗が小さい柔軟性が求められ、且つ曲げられたときに座屈し難いものであることが求められる。

その点、従来知られている織布製や多孔質製の吸気系ダクトは、柔軟であり、しかも繊維が用いられているために音のエネルギーを吸収して騒音を低減させる効果がある。ところが、吸気系ダクトには負圧がかかるため、例えば、保形性のない筒状織布のみからなる吸気系ダクトを形成した場合は、筒状の形状を維持することが困難となる。従って、筒状織布の形状を維持するために、何らかの補強材を用いて補強しなければならない。

また、特許文献１においては、筒状の形態を維持するために、筒状体の内面を硬質樹脂線や硬鋼線等の補強材で補強しており、実施例として、樹脂シートまたはフィルムを用いて前記補強材を筒状体の内面に固定している。この特許文献１の技術を転用して、例えば、図５に示すような不織布製ダクト５０を具体化することも考えられる。この不織布製ダクト５０は帯状の不織布５１が隙間なく螺旋状に巻回されて形成され、隣合う不織布５１の側端は接着剤で互いに接着されている。不織布製ダクト５０の内面には螺旋状に巻回された樹脂シート５３が接着され、樹脂シート５３の重なり部において補強材５２が挟み込まれている。補強材５２も螺旋状に巻回されている。

このようにすることで、不織布製ダクト５０の形状を維持することが可能となるが、消音効果がある不織布を樹脂シートまたはフィルムで覆わねばならないという別な問題に遭遇することになる。また、補強材５２のために、ダクト５０の内周面に突条が連続して形成される。このため、ダクト５０の通気抵抗が高くなり、内燃機関の吸気効率が低下する。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、障害物を避けて配管することが可能な柔軟性を有し、かつ、形状保持を可能とする剛性を高めることができると共に、通気抵抗を低減できる自動車等の内燃機関に用いられる吸気系ダクトを提供することにある。

上記問題を解決するために請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクトの発明は、外気から空気を吸入して内燃機関へ導く吸気ダクトにおいて、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体が、その一部を重合するように螺旋巻回された管体であって、前記帯体の一部が重合した重合部には前記繊維が溶着した螺旋溝状の補強部が形成されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記管体に形成された螺旋溝状の補強部は、前記不織布の帯体の一方の側縁部と帯体の中央部とが溶着し、更に前記帯体の中央部と帯体の他方の側縁部とが溶着して形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法の発明は、外気から空気を吸入して内燃機関へ導く吸気ダクトの製造方法において、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体を、その一部が重合するように螺旋巻回して管体を形成すると共に、前記帯体の一部が重合した重合部を加熱手段により加熱して、前記重合部における繊維を溶着して螺旋溝状の補強部を形成することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法において、前記管体は、吸気ダクトの内径に相当する外径を有する回転軸に、前記不織布の帯体をその一部が重合するように螺旋巻回して形成されることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法において、前記螺旋溝状の補強部は、前記回転軸の回転方向と逆方向に回転するローラにより前記重合部を圧縮し溶着して形成されることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法において、前記加熱手段は、加熱されたローラ、過熱水蒸気、高温空気及びヒーターからの輻射熱のうちいずれか一つまたはそれらの組み合わせであることを特徴とするものである。

（作用）
本発明の内燃機関の吸気ダクトは、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体をその一部が重合するように螺旋巻回して形成した管体であって、帯体の一部が重合した重合部には繊維が溶着した補強部が螺旋溝状に形成されている。そのため、不織布から形成された単に柔軟性を有する管体とは異なり、補強部が螺旋溝状に形成されているので、負圧が作用する吸気ダクトとして用いた場合、その形状を維持できる。また、不織布の帯体を螺旋巻回させる際、帯体の一方の側縁と、その帯体が一巻きされたときの帯体の中央部と、更に帯体が一巻きされたときの帯体の他の側縁とが、重合部を形成するようにすれば、それぞれの間で繊維が溶着して螺旋溝状の補強部が形成される。

内燃機関の吸気ダクトの製造方法に係る本発明は、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体を、その一部が重合するように螺旋巻回して管体を形成した。その管体の帯体の一部が重合した重合部を、加熱手段により加熱しながら又は加熱してから、繊維を溶着して螺旋溝状の補強部を形成している。そのため、補強材としての部品点数を増やすことなく、補強部を有する内燃機関の吸気ダクトを製造することができる。また、所定の外径を有する回転軸に、不織布の帯体をその一部が重合するように螺旋巻回して、その重合部を回転軸の回転方向と逆方向に回転するローラにより圧縮して溶着すれば、内燃機関の吸気ダクトを連続して成形することができる。

本発明によれば、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体をその一部が重合するように螺旋巻回して形成された管体の一部には繊維が溶着した補強部が螺旋溝状に形成されている。そのため、柔軟性を有しているにも拘わらず、負圧が作用する吸気ダクトとして用いられた場合において、内燃機関の吸気ダクトとしての形状を維持することができる。また、補強材が不要となり、ダクト内周面をフラットに形成できて、通気抵抗を低減できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した内燃機関の吸気ダクトの一実施形態を図１及び図２を用いて説明する。

図１は本実施形態の吸気ダクト１０を示し、この吸気ダクト１０はその外周側に補強部１１が螺旋溝状に形成されると共に、内周面全体がフラットに形成されている。図２（ａ）は熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体２が後述の回転軸２３に螺旋状に巻回されている様を部分断面図として示し、（ｂ）は帯体２の重合部が溶着されて補強部１１が形成された状態の部分断面を示している。

図２（ａ）に示すように、帯体２は後述する製造方法に従い回転軸２３の外周に螺旋巻回されている。ここで、螺旋状に巻回された帯体２の断面の一部を示す図２（ａ）の左側の断面２０を出発点と仮定して構成を説明する。帯体２が断面２０の位置から右ねじ状に一巻きされれば断面２１の位置に来る。そのとき、断面２０の一方の側縁部２０３の上面に断面２１の中央部２１２が重合する。同時に、断面２０の中央部２０２の上面に断面２１の他方の側縁部２１１が重合する。更に、帯体２が断面２１の位置から一巻きされて断面２２の位置に来れば、断面２１の一方の側縁部２１３の上面に断面２２の中央部２２２が重合する。断面２０と断面２１の関係と同様に、断面２１の中央部２１２の上面に断面２２の他方の側縁部２２１が重合する。このように螺旋巻回が連続されて管体が形成される。

図２（ｂ）に示すように、側縁部２０３、中央部２１２及び側縁部２２１の順に重合する部分は、後述する製造方法により加熱圧縮されて繊維どうしが溶着し、溝状凹部を含む螺旋状の補強部１１が形成されている。この補強部１１は、帯体２の一部である側縁部２０３、中央部２１２及び側縁部２２１の繊維の全体が溶融した後に固化して形成されている状態が最も好ましいが、必ずしも溶融固化されていなくてもよい。少なくとも一部の繊維が溶融し所望の剛性を有する補強部１１が形成されていればよい。先にも述べたように補強部１１は、図２（ｂ）において円で囲った部分に示すように、不織布を形成する繊維が溶着して、その他の溶着に関わらない部分に比べて、剛性が高められた部分を指す。なお、吸気ダクト１０は、ほぼ全域で帯体２が二層に積層された状態で形成されている。従って、帯体２の幅を変えることなくリード角を小さくすれば、帯体２の重合部は部分的に三層となり得るが、加熱溶着を十分に行えば、より強固な補強部１１が形成されることになり、特に問題はない。また、帯体２の幅を変えることなくリード角を大きくした場合、帯体２の重合部間に帯体２の一層のみの部分が形成されるので、その一層のみの部分の幅が広がるほど補強部１１の剛性は落ちることになるが、軽量化は達成できる。

本実施形態においては、帯体２はポリエチレンテレフタレート製繊維からなる不織布であり、その不織布を形成する繊維の太さは１．５〜５５μｍであり、不織布の目付は１５００ｇ／平米である。また、不織布を形成する熱可塑性樹脂製繊維としてポリエチレンテレフタレート以外にも、ポリプロピレン、ポリエチレン等を用いることができる。

上記実施形態の内燃機関の吸気ダクトによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体２をその一部が重合するように螺旋巻回して吸気ダクト１０を形成した。その帯体２の重合部には繊維が溶着した補強部１１が螺旋溝状に形成されている。そのため、補強部１１においては剛性が高められているので、負圧が作用しても吸気ダクト１０はその形状を維持することができる。しかも、吸気ダクト１０の内面はフラットである。この結果、吸気ダクト１０内の通気抵抗を低くすることができて、内燃機関の吸気効率を向上できる。勿論、補強部１１以外の部分は多孔質状態であるため、無反射効果により吸気音を低減できる。

（２）上記実施形態では、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体２を、その一部が重合するように螺旋巻回して形成した吸気ダクト１０には、補強部１１が螺旋溝状に形成されている。また、その吸気ダクト１０の補強部１１が形成されていない部分は不織布の柔軟性が保持されている。そのため、吸気ダクトはエンジンルーム内に配管される際、障害物を避けるために屈曲あるいは湾曲されても、座屈することなく管体としての形状を維持することができる。

（３）上記実施形態では、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体２をその一部が重合するように螺旋巻回し、その重合部の繊維を溶着して補強部１１を螺旋溝状に形成した。そのため、補強材を組み込むものとは異なり、部品点数を増やすことなく剛性が高められ、且つ内周面がフラットに形成された不織布製の吸気ダクト１０を提供できる。

（製造方法）
以下、第１の実施形態の内燃機関の吸気ダクトの製造方法を、図３を用いて説明する。
先ず、製造装置を説明する。図３に示すように、吸気ダクト１０の内径に相当する外径を有する回転軸２３は、回転可能に一端を支持され、図の右から左へ軸方向に見たとき、図示しない駆動源から回転力を受けて例えば時計回りに回転している。帯体２は、図示しない巻きだし装置から一定の張力がかけられた状態で回転軸２３に供給される。

補強部１１を形成するためのローラ３１が、回転軸２３の回転方向と逆方向に回転可能に、かつ、回転軸２３に対する距離の遠近を調節可能に、図示しない支持体に軸支されている。本実施形態では、ローラ３１は内蔵するヒーターにより所定温度に加熱調節されている。

更に、ローラ３１に対し、回転軸２３の回転方向前方側において、重合される前の帯体２の中央部及び側縁部を加熱するため、高温空気３４を吹き出すノズル３３が複数設けられている。図３においては、ローラ３１の外周縁３２により加熱圧縮される直前の重合部を高温空気３４により加熱するノズル３３のみを図示し、他のノズルは図示を省略している。また、ノズル３３の吹出口の形状は、重合部に対しその所定長さに沿って高温空気３４を吹き出すことができるようなものが好ましいが、スポット的な高温空気３４を吹き出すノズル３３として図示している。

図示しないが、補強部１１が形成された吸気ダクト１０を回転状態で回転軸２３から引き抜くための装置が図３の左側に設けられている。この引抜装置は、例えば公知のキャタピラ式コンベアを回転可能にしたものの後方に巻き取り装置を設けたものでもよく、ロール式巻き取り装置のみが同じく回転可能に設けられているものでもよい。

次に、製造方法について説明する。上記の通り、一定速度で回転する回転軸２３に対し所定のリード角を維持しつつ不織布からなる帯体２を供給し、回転軸２３の外周面に螺旋状に巻回していく。このときのリード角は、図２（ａ）に示すように、側縁部２０３と側縁部２２１が中央部２１２を挟んで重複しない範囲において最接近できるように設定されることが好ましい。回転軸２３に巻きつけられた帯体２は、更に一巻きされる帯体２に覆われ重合される前に、その中央部と側縁部を図示しないノズルから吹き出される高温空気３４により加熱される。帯体２の重合部が回転と共に図３の左方向へ移動してノズル３３の位置に来たとき、重合部は再加熱される。その加熱により溶着可能領域まで温度が高められた重合部は、ローラ３１の外周縁３２により加熱されると共に圧縮され溶着して、補強部１１が形成される。この加熱圧縮が連続して行われることで、補強部１１が螺旋溝状に形成される。そして、巻き取り装置に引かれて回転軸２３の左端から外された管体（吸気ダクト１０）は長尺のままロール状に巻かれて保管される。

吸気ダクト１０は、所定長さにトリミングされ、必要に応じて端末加工された状態で、その柔軟性を利用してエンジンルーム内等に屈曲させながら配管してもよいが、予め配管経路に沿った形状に成形して用いることもできる。その成形は、配管経路と同様のキャビティーを有する型に吸気ダクト１０をセットし、加熱して、少なくとも補強部１１の温度が熱可塑性樹脂製繊維の軟化温度以上溶融温度以下に高められた後冷却することで行われる。

上記実施形態の内燃機関の吸気ダクトの製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（４）上記実施形態では、一定速度で回転する回転軸２３に対し所定のリード角を維持しつつ不織布かならなる帯体２を供給し、回転軸２３の外周面に螺旋状に巻回した。そして、帯体２の重合部における繊維を加熱溶着することで補強部１１を有する吸気ダクト１０を形成した。従って、別部品としての補強材を用いることなく、不織布からなる帯体２のみを材料として、補強部１１を有する吸気ダクト１０を形成することができる。

（５）上記実施形態では、一部を重合して螺旋状に巻回された帯体２の重合部を、予め高温空気３４により加熱し、かつ回転するローラ３１の外周縁３２により加熱圧縮して、螺旋溝状の補強部１１を形成した。そのため、重合部における繊維が適切に溶着され剛性が高められた補強部１１を有する吸気ダクト１０を形成することができる。

（６）上記実施形態では、回転軸２３に帯体２を螺旋巻回させて重合部を形成し、その重合部における繊維を溶着して補強部１１を有する管体（吸気ダクト１０）を形成した。そして、その管体を、回転させながら回転軸２３から連続して引き抜くようにしたので、長尺の吸気ダクト１０を形成することができる。従って、この長尺の吸気ダクト１０から所要長さの吸気ダクト１０を連続して形成できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した内燃機関の吸気ダクトの第２の実施形態を図４を用いて説明する。なお、本実施形態においては、補強部１１の形成にホットメルト接着剤を併用する構成が第１の実施形態と異なるだけなので、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図４は、図２（ａ）と同様に、帯体２が回転軸２３に巻回されている状態を示す一部断面図である。図４に断面で示す通り、帯体２の一方の側縁部２０３、２１３の上面及び他方の側縁部２１１、２２１の下面にはホットメルト接着剤４０が塗布されており、それらの塗布部分は中央部２０２、２１２，２２２の上面及び下面に接している。

図４に示す状態において、側縁部２０３、中央部２１２及び側縁部２２１の順に重合する部分を加熱圧縮して、溝状凹部を含む補強部１１が形成される点は第１実施例と同様である。ただし、溶着して形成された補強部１１にはホットメルト接着剤４０が溶融して混在し、補強部１１における繊維の溶着力を補強している点が第１実施例とは異なる。

上記実施形態の内燃機関の吸気ダクトによれば、第１実施形態の効果に加えて以下のような効果を得ることができる。
（７）上記実施形態では、帯体２を螺旋帯状に巻回して管体を形成する際、帯体２の一部がホットメルト接着剤４０を介して重合しているので、繊維が加熱圧縮されて溶着する際、ホットメルト接着剤４０も溶融する。そのため、溶融したホットメルト接着剤４０が溶着している繊維をより強固に結びつけることができる。従って、補強部１１の剛性はより高められることになる。

（製造方法）
以下、第２の実施形態の内燃機関の吸気ダクトの製造方法を説明する。本実施形態の製造方法は、図３に示す第１の実施形態の製造方法において、帯体２を螺旋巻回して形成した管体を回転軸２３から引き抜きながら製造するものと異なり、回転軸２３上において、回転軸２３より短い所定長の管体を形成した後管体を回転軸２３から外すようにした。

次に製造方法について第１実施形態の製造方法と異なる部分のみ説明する。一定速度で図３の右から左へ移動する回転軸２３に対し所定のリード角を維持しつつ不織布からなる帯体２を供給し、回転軸２３の外周面に螺旋状に巻回していく。ここで、予め帯体２の所定部分にホットメルト接着剤４０が塗布されていれば、同接着剤が一連の加熱により溶融されて、補強部１１をより確実に形成することとなる。そして第１実施形態の製造方法と同様に補強部１１が形成されて、回転軸２３の移動が移動可能領域の左端に達して、所定長さの管体（吸気ダクト１０）が形成されたとき、帯体２の供給及び加熱を停止し、ローラ３１を回転軸２３から遠ざける。回転軸２３から外された管体（吸気ダクト１０）の両端をトリミングすれば、吸気ダクト１０が完成する。

上記実施形態の内燃機関の吸気ダクトの製造方法によれば、第１実施形態の（６）に記載の効果を除き、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
（８）上記第２実施形態では、一定速度で右から左へ移動する回転軸２３に対し所定のリード角を維持しつつ不織布かならなる帯体２を供給し、回転軸２３の外周面に螺旋状に巻回した。そして、帯体２の重合部における繊維を加熱溶着することで補強部１１を有する吸気ダクト１０を形成した。従って、所定長の吸気ダクト１０を形成することができるので、長尺状の管体（吸気ダクト１０）を保管する必要もなく、取り扱いが容易である。

（変更例）
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記第２実施形態において、帯体２の供給装置、ローラ３１及びノズル３３を固定し、回転軸２３を所定長さだけ移動するようにしたが、回転軸２３は回転するのみで移動することなく、帯体２の供給装置、ローラ３１及びノズル３３が移動するようにしてもよい。
・前記実施形態において、不織布を形成する熱可塑性樹脂製繊維は一種類を用いるようにしたが、複数の種類の熱可塑性樹脂製繊維を用いるようにしてもよい。その際、低融点の熱可塑性樹脂製繊維が熱可塑性樹脂バインダとして機能するため、加熱温度をバインダとしての低融点繊維に合わせて、その低融点繊維の溶着により、補強部１１を形成してもよい。
・前記実施形態において、不織布の帯体２が螺旋状に巻回されて形成された重合部を加熱し、更にローラ３１により加熱し圧縮したが、ローラ３１による加熱をせずに、重合部をローラ３１により圧縮するのみで、補強部１１を形成してもよい。
・前記実施形態において、加熱手段はヒーターを内蔵するローラ及び高温空気３４を吹き出すノズル３３としたが、これに限らず、過熱水蒸気の供給装置や、ヒーター等の熱源からの輻射熱等を用いることができる。

本発明の内燃機関の吸気ダクトを示す一部正面図。 （ａ）は補強部が形成される前の螺旋巻回された帯体を示す一部断面図、（ｂ）は補強部が形成された状態を示す一部断面図。 本発明の内燃機関の吸気ダクトの製造方法を説明する模式図。 本発明の他の実施例に係る補強部が形成される前の螺旋巻回された帯体を示す一部断面図。 従来技術に関わる補強材を用いたダクトを示す一部断面図。

符号の説明

２…帯体、１０…吸気ダクト、１１…補強部、２３…回転軸、３１…ローラ、３３…ノズル、３４…高温空気、５０…不織布製ダクト、５２…補強材、２０３、２２１…側縁部、２１２…中央部

Claims (6)

1. 外気から空気を吸入して内燃機関へ導く吸気ダクトにおいて、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体が、その一部を重合するように螺旋巻回された管体であって、前記帯体の一部が重合した重合部には前記繊維が溶着した螺旋溝状の補強部が形成されていることを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
2. 前記管体に形成された螺旋溝状の補強部は、前記不織布の帯体の一方の側縁部と帯体の中央部とが溶着し、更に前記帯体の中央部と帯体の他方の側縁部とが溶着して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクト。
3. 外気から空気を吸入して内燃機関へ導く吸気ダクトの製造方法において、熱可塑性樹脂製繊維からなる不織布の帯体を、その一部が重合するように螺旋巻回して管体を形成すると共に、前記帯体の一部が重合した重合部を加熱手段により加熱して、前記重合部における繊維を溶着して螺旋溝状の補強部を形成することを特徴とする内燃機関の吸気ダクトの製造方法。
4. 前記管体は、吸気ダクトの内径に相当する外径を有する回転軸に、前記不織布の帯体をその一部が重合するように螺旋巻回して形成されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法。
5. 前記螺旋溝状の補強部は、前記回転軸の回転方向と逆方向に回転するローラにより前記重合部を圧縮し溶着して形成されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法。
6. 前記加熱手段は、加熱されたローラ、過熱水蒸気、高温空気及びヒーターからの輻射熱のうちいずれか一つまたはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項３ないし５のうちいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトの製造方法。

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