JP2014066139A - ウォータージャケット用スペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒケを発生させることなく外形寸法を拡大できるウォータージャケット用スペーサを提供する。
【解決手段】シリンダブロック２０のウォータージャケット２３内に配置される合成樹脂製のスペーサ１０（ウォータージャケット用スペーサ）は、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから隔絶された気泡１７（気密室）と、気泡１７を包囲する中実部１８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウォータージャケット用スペーサに関するものである。

特許文献１には、水冷式エンジンのシリンダブロックに形成したウォータージャケット内に、冷却水の流量を調整するための合成樹脂製のスペーサを収容する技術が記載されている。エンジンの始動時は、燃費向上のためにシリンダボア壁の温度を早く昇温させることが好ましい。シリンダボア壁の早期昇温のためには、スペーサを厚くしてウォータージャケット内の冷却水の水量を減らすことが有効である。

特開２００９−２４３４１４号公報

しかし、合成樹脂製のスペーサを単純に厚くしようとすると、金型成形の冷却過程でスペーサにヒケが生じ、スペーサの表面に不正な変形が生じる虞がある。ヒケによる変形は、スペーサの表面に沿った冷却水の流量制御に影響を及ぼすため、ヒケの発生は好ましくない。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ヒケを発生させることなく外形寸法を拡大できるウォータージャケット用スペーサを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明は、
シリンダブロックのウォータージャケット内に配置される合成樹脂製のウォータージャケット用スペーサであって、
前記ウォータージャケット内の冷却水から隔絶された気密室と、
前記気密室を包囲する中実部とを備えているところに特徴を有する。

この構成によれば、ウォータージャケット用スペーサを金型成形する際に、中実部の厚さを薄くできるので、ヒケが発生する虞はない。中実部の厚さを薄くしても、気密室の容積を確保することで、ウォータージャケット用スペーサの外形寸法を大きくすることができる。本発明のウォータージャケット用スペーサは、ヒケを発生させることなく外形寸法を拡大できる。

実施例１のウォータージャケット用スペーサをウォータージャケットに取り付けた状態をあらわす断面図 ウォータージャケット用スペーサの平面図 図１の部分拡大図 実施例２のウォータージャケット用スペーサをウォータージャケットに取り付けた状態をあらわす部分拡大断面図 実施例３のウォータージャケット用スペーサをウォータージャケットに取り付けた状態をあらわす部分拡大断面図 実施例４のウォータージャケット用スペーサをウォータージャケットに取り付けた状態をあらわす部分拡大断面図

本発明のウォータージャケット用スペーサは、
内部に多数の気泡を有する多孔質材料からなっていてもよい。
多孔質材料からなるウォータージャケット用スペーサは、発泡剤が溶解されている溶融樹脂を金型に充填して、溶融樹脂内で気泡を成長させるコアバック法等により成形できる。このウォータージャケット用スペーサは、個別に製造した複数の部品を組み立てたものに比べると、製造工程が少なくて済む。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図３を参照して説明する。本実施例１のウォータージャケット用スペーサ１０（以下、単に「スペーサ１０」という）は、自動車の内燃機関である４気筒エンジンに用いられるものである。スペーサ１０が取り付けられるシリンダブロック２０内には、４つ（便宜上、図１に示すのは１つだけである）のシリンダボア２１が一列に並んで形成されている。シリンダブロック２０には、４つのシリンダボア２１の内壁に沿ったシリンダライナ２２が形成されているとともに、このシリンダライナ２２を包囲するようにほぼ同形状のウォータージャケット２３が形成されている。ウォータージャケット２３は、複数の円弧状溝部を連ねて構成され、ウォータージャケット２３内には、冷却水Ｆが充填されているとともに、スペーサ１０が収容されている。

スペーサ１０の平面形状は、ウォータージャケット２３と同様、複数の円弧状周壁部１１をシリンダライナ２２（シリンダボア２１の内壁面）に沿うように連ねた形状をなしている（図２を参照）。スペーサ１０の外周面には、リブ状をなす整流部（図示省略）が突出形成されている。この整流部により、スペーサ１０は、ウォータージャケット２３内における冷却水Ｆの流量を調節する機能を発揮する。

スペーサ１０は、冷却水Ｆの流量調整機能の他に、シリンダボア２１（シリンダライナ２２）の熱がウォータージャケット２３の外周側（シリンダブロック２０の外面側）へ逃げてしまうのを防止するための断熱材としての機能も兼ね備えている。スペーサ１０の断熱機能により、エンジンの暖気運転時には、シリンダライナ２２の温度上昇とウォータージャケット２３内の冷却水Ｆの温度上昇が促進される。この冷却水Ｆの早期昇温により、燃費の向上を図ることができる。

さらに、スペーサ１０は、内周面と外周面との間の厚さ寸法（外形寸法）が大きく確保されている。この厚さ寸法を大きく確保することは、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆの水量（冷却水Ｆの熱容量）を減少させ、エンジンの暖気運転時に冷却水Ｆの早期昇温を図ることを目的としたものである。スペーサ１０は、合成樹脂製であって、金型（図示省略）により形成されるのであるが、スペーサ１０を中実形態のままで厚さ寸法を大きくしようとすると、スペーサ１０の表面に、金型による樹脂成形品特有のヒケと称される不正な変形が生じる虞がある。ヒケによる変形は、スペーサの表面に沿った冷却水の流量制御に影響を及ぼすため、ヒケの発生は好ましくない。

そこで、本実施例１のスペーサ１０は、ヒケを発生させることなくスペーサ１０の厚さ寸法を拡大するための手段としてだけでなく、上記断熱機能を発揮させるための手段として、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから液密状に隔絶された多数の気泡１７（本発明の構成要件である気密室）と、気泡１７を包囲する中実部１８とを備えた形態としている。具体的には、スペーサ１０は、発泡プラスチック（本発明の構成要件である多孔質材料）を材料とし、射出成形用の金型（図示省略）を用いてコアバック法により成形された単一部品である。

発泡プラスチックは、原料合成樹脂と発泡剤とから構成されている。ウォータージャケット２３内の環境温度が−３０℃〜１１０℃であり、冷却水Ｆ（エチレングリコール５０ｗｔ％＋純水５０ｗｔ％）に常時、浸漬されることを鑑みると、原料合成樹脂としては、ポリアミド（ＰＡ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が好適である。その上で、発泡剤との相性を勘案し、本実施例１では、原料合成樹脂として、ポリアミド（ＰＡ６６）を用いた。また、発泡剤としては、化学発泡剤を用いた。化学発泡剤としては、有機系の熱分解型に分類されるアゾ化合物（ＡＤＣＡ）、ニトロソ（ＤＰＴ）、ヒドラジン誘導体（ＯＢＳＨ）や、無機系の熱分解型に分類される重炭酸塩や炭酸塩（重曹）のいずれかを用いている。

金型は、スペーサ１０の内周面を成形するための固定型と、スペーサ１０の外周面を成形するための複数のスライドコアとを備えて構成されている。成形の際には、固定型とスライドコアとの間のキャビティに、ポリアミドに発泡剤を溶解して得られた所定量の溶融樹脂１５を射出成形機により充填し、充填後に、スライドコアをコアバック（スライド）させてキャビティの容積を拡大させる。すると、溶融樹脂は、その内部に気泡１７を発生させるとともに気泡１７を成長させながら、厚さ寸法（体積）を拡大していく。コアバックが完了したら、溶融樹脂が冷却して固化するのを待ち、固化後に、型開きして成形済みのスペーサ１０を金型から取り出す。

本実施例１のスペーサ１０は、その全体が、内部に多数の気泡１７を有する多孔質材料からなる。スペーサ１０のうち隣り合う２つの気泡１７の間を区間する部分と、スペーサ１０の外面と気泡１７との間を区画する部分は、中実部１８となっている。そして、複数の中実部１８が互いに連続した形態となって、各気泡１７を個別に包囲している。スペーサ１０内には多数の独立した気泡１７が点在しているので、スペーサ１０は、厚肉にしなくても、高い断熱機能を発揮することができる。また、多孔質材料として、発泡プラスチックを用いているので、スペーサ１０は、軽量で、断熱性に優れている。

また、全ての気泡１７は、中実部１８で包囲されることにより、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから隔絶された状態に保持されている。図３に示すように、隣り合う２つの気泡１７の間を区間する中実部１８の厚さ寸法ｄ１、及びスペーサ１０の外面と気泡１７との間を区画する中実部１８の厚さ寸法ｄ２は、いずれも、スペーサ１０の内周面から外周面までの厚さ寸法Ｄに比べて十分に小さい。したがって、隣り合う２つの気泡１７の間を区間する中実部１８と、スペーサ１０の外面と気泡１７との間を区画する中実部１８には、ヒケが発生することは殆どない。これにより、スペーサ１０の内周面と外周面に不正な変形が生じることが回避されるので、スペーサ１０の表面に沿った冷却水Ｆの流量制御に支障が生じることはない。

本実施例１のスペーサ１０は、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから隔絶された複数の気泡１７と、気泡１７を包囲する中実部１８とを備えているところに特徴を有する。この構成によれば、スペーサ１０を金型成形する際に、中実部１８の厚さを薄くできるので、ヒケが発生する虞はない。そして、中実部の厚さを薄くしても、気泡１７の容積が確保されているので、スペーサ１０の厚さ寸法を大きくすることができる。したがって、本実施例１のスペーサ１０は、ヒケを発生させることなく外形寸法を拡大できる。

また、スペーサ１０は、内部に多数の気泡１７を有する多孔質材料からなっている。この多孔質材料からなるスペーサ１０は、発泡剤が溶解されている溶融樹脂を金型に充填して、溶融樹脂内で気泡を成長させるコアバック法等により成形できる。したがって、このスペーサ１０は、個別に製造した複数の部品を組み立てたものに比べると、製造工程が少なくて済んでいる。

また、スペーサ１０の材料を発泡プラスチックとする場合の製造方法の１つとして、ショートショット法があるが、この方法は、気泡の成長分布のムラが大きいため、成型精度が低く、スペーサ１０の表面が粗くなり、スペーサ１０に求められる冷却水Ｆの流量調節性能が不安定になることが懸念される。これに対し、本実施例１では、ショートショット法に比べて気泡の成長分布が安定しているコアバック法を用いたので、成型精度が高く、スペーサ１０の表面が滑らかになり、スペーサ１０に求められる冷却水Ｆの流量調節性能が安定する。

＜実施例２＞
次に、本発明を具体化した実施例２を図４を参照して説明する。上記実施例１のスペーサ１０が単一部品であったのに対し、本実施例２のスペーサ３０（本発明の構成要件であるウォータージャケット用スペーサ）は、個別に製造した３つの部品３１，３２，３３を組み付けて構成されている。その他の構成については上記実施例１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施例２のスペーサは、合成樹脂製の本体３１と、合成樹脂製の上部閉塞部材３２と、合成樹脂製の下部閉塞部材３３とからなる。本体３１と上部閉塞部材３２と下部閉塞部材３３は、夫々、独立して製造されたものであり、個別に製造した後に組み付けられている。本体３１と上部閉塞部材３２と下部閉塞部材３３の平面形状は、いずれも、スペーサと概ね同じ形状である。本体３１を、スペーサの厚さ方向及び高さ方向の両方向と平行に切断したときの断面形状は、縦長のＨ形をなす。本体３１は、上下方向に型開きされる金型（図示省略）によって成形されたものである。本体３１の内部は、上部空間３４と下部空間３５とに区画されている。

上部閉塞部材３２は、接着剤や溶着等により、本体３１の上端縁部に全周に亘って固着されている。上部閉塞部材３２で上部空間３４の上端の開口部を液密状に閉塞することにより、上部気密室３６（本発明の構成要件である気密室）が構成されている。下部閉塞部材３３は、上部閉塞部材３２と同様、接着剤や溶着等により、本体３１の下端縁部に全周に亘って固着されている。下部閉塞部材３３で下部空間３５の下端の開口部を液密状に閉塞することにより、下部気密室３７（本発明の構成要件である気密室）が構成されている。

本体３１のうち上部気密室３６と下部気密室３７とを区画する隔壁部分、本体３１のうち上部気密室３６とスペーサの内外両周面との間の壁状部分、上部閉塞部材３２、本体３１のうち下部気密室３７とスペーサの内外両周面との間の壁状部分、及び下部閉塞部材３３は、いずれも、気密室を包囲する中実部３８となっている。これらの中実部３８は、互いに連なった形態となり、上部気密室３６と下部気密室３７を個別に包囲している。上部気密室３６と下部気密室３７は、中実部３８で包囲されることにより、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから隔絶された状態に保持されている。中実部３８の最大厚さ寸法ｄ３は、スペーサの内周面から外周面までの厚さ寸法Ｄに比べて十分に小さく、中実部３８にヒケが発生することは殆どない。

＜実施例３＞
次に、本発明を具体化した実施例３を図５を参照して説明する。上記実施例１のスペーサ１０が単一部品であったのに対し、本実施例３のスペーサ４０（本発明の構成要件であるウォータージャケット用スペーサ）は、個別に製造した２つの部品４１，４５を組み付けて構成されている。その他の構成については上記実施例１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施例３のスペーサ４０は、合成樹脂製の外周側部材４１と、合成樹脂製の内周側部材４５とからなる。外周側部材４１と内周側部材４５は、夫々、独立して製造されたものであり、個別に製造した後には、組み付けられている。外周側部材４１と内周側部材４５の平面形状は、いずれも、スペーサ４０と概ね同じ形状である。外周側部材４１は、スペーサ４０の外周面を構成する周壁部４２と、スペーサ４０の上端縁部を構成する幅狭の上壁部４３とスペーサ４０の下端縁部を構成する幅狭の下壁部４４とを一体に備えて構成されている。外周側部材４１の内部は、内周側に開口する空間が形成されている。

内周側部材４５は、スペーサ４０の内周面を構成するものであり、スペーサ４０の厚さ方向及び高さ方向の両方向と平行に切断したときの断面形状は、縦長のＩ形をなす。内周側部材４５の上端部と下端部は、夫々、接着剤や溶着等により、外周側部材４１の上壁部４３の先端縁部（内周側端縁部）と下壁部４４の先端縁部（内周側端縁部）とに全周に亘って固着されている。外周側部材４１の内部空間の開口部は、内周側部材４５によって液密状に閉塞され、これにより、気密室４６が構成されている。

外周側部材４１の周壁部４２、上壁部４３、下壁部４４、及び内周側部材４５は、いずれも、気密室４６を包囲する中実部４７となっている。これらの中実部４７は、互いに連なった形態となり、気密室４６を包囲している。気密室４６は、中実部４７で包囲されることにより、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから隔絶された状態に保持されている。中実部４７の最大厚さ寸法ｄ４は、スペーサ４０の内周面から外周面までの厚さ寸法Ｄに比べて十分に小さく、中実部４７にヒケが発生することは殆どない。

＜実施例４＞
次に、本発明を具体化した実施例４を図６を参照して説明する。上記実施例１のスペーサ１０が単一部品であったのに対し、本実施例４のスペーサ５０（本発明の構成要件であるウォータージャケット用スペーサ）は、個別に製造した２つの部品５１，５２を組み付けて構成されている。その他の構成については上記実施例１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施例４のスペーサ５０は、合成樹脂製の本体５１と、合成樹脂製の閉塞部材５２とからなる。本体５１と閉塞部材５２は、夫々、独立して製造されたものであり、個別に製造した後に組み付けられている。本体５１と閉塞部材５２の平面形状は、いずれも、スペーサ５０と概ね同じ形状である。本体５１を、スペーサ５０の厚さ方向及び高さ方向の両方向と平行に切断したときの断面形状は、下端のみが開放された縦長の略長方形をなす。本体５１は、ブロー成形用の金型（図示省略）によって成形されたものである。閉塞部材５２は、接着剤や溶着等により、本体５１の下端縁部に全周に亘って固着されている。閉塞部材５２で本体５１内の空間の下端の開口部を液密状に閉塞することにより、気密室５３が構成されている。

本体５１の上壁部、本体５１のうち気密室５３とスペーサ５０の内外両周面との間の壁状部分、、及び閉塞部材５２は、いずれも、気密室５３を包囲する中実部５４となっている。これらの中実部５４は、互いに連なった形態となり、１つの気密室５３を包囲している。気密室５３は、中実部５４で包囲されることにより、ウォータージャケット２３内の冷却水Ｆから隔絶された状態に保持されている。中実部５４の最大厚さ寸法ｄ５は、スペーサ５０の内周面から外周面までの厚さ寸法Ｄに比べて十分に小さく、中実部５４にヒケが発生することは殆どない。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例１では、ウォータージャケット用スペーサの原料合成樹脂として、ポリアミド（ＰＡ６６）を用いたが、原料合成樹脂は、ポリアミドに限らず、他の合成樹脂を用いてもよい。
（２）上記実施例１では、ウォータージャケット用スペーサを構成する多孔質材料として発泡プラスチックを用いたが、多孔質材料は、発泡プラスチックに限らず、発泡セラミックス、発泡ゴム、発泡金属であってもよい。
（３）上記実施例１では、ウォータージャケット用スペーサの全体を多孔質材料としたが、ウォータージャケット用スペーサの一部だけを多孔質材料とし、その他の部分を、気泡を有しないソリッド材料としてもよい。
（４）上記実施例１では、ウォータージャケット用スペーサを、コアバック法によって成形したが、ウォータージャケット用スペーサは、コアバック法に限らず、ショートショット法等の方法で成型してもよい。

１０…スペーサ（ウォータージャケット用スペーサ）
１７…気泡（気密室）
１８…中実部
２０…シリンダブロック
２３…ウォータージャケット
Ｆ…冷却水
３０，４０，５０…スペーサ（ウォータージャケット用スペーサ）
３６…上部気密室（気密室）
３７…下部気密室（気密室）
４６，５３…気密室
３８，４７，５４…中実部

Claims (2)

1. シリンダブロックのウォータージャケット内に配置される合成樹脂製のウォータージャケット用スペーサであって、
   前記ウォータージャケット内の冷却水から隔絶された気密室と、
   前記気密室を包囲する中実部とを備えていることを特徴とするウォータージャケット用スペーサ。
2. 内部に多数の気泡を有する多孔質材料からなることを特徴とする請求項１記載のウォータージャケット用スペーサ。

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