JP2014196789A - 金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造及び金属カラー - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で経時変化によるフランジ部の変形を抑制する金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造を提供することにある。【解決手段】樹脂製インテークマニホールド１０のフランジ部１２に形成された貫通孔１５内に装着された金属カラー２０にボルト３５を挿通してシリンダブロック３０に締結固定するにあたり、金属カラー２０は、そのカラー全長がフランジ部１２の厚さ寸法より長く形成され、軸方向端面２３、２５が傾斜して突出部２４、２６を形成すると共に、該突出部２４、２６がフランジ部１２の経時変化に伴う貫通孔１５の回動方向に対して貫通孔１５の中心軸線ｂから逆方向に配置する。金属カラー２０に経時変化に伴うフランジ部１２が変形に対向する予荷重が付与される。経時変化によってフランジ部１２に発生する変形荷重が予荷重により相殺されて、フランジ部１２の変形が抑制される。【選択図】図４

Description

本発明は、フランジ部に形成された貫通孔内に金属製の筒状部材（以下、金属カラーと称する）が装着された樹脂部品が、金属カラーに挿通するボルトにより被取付物に締結される金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造及び金属カラーに関する。

例えば、樹脂製のインテークマニホールドやシリンダヘッドカバー等の樹脂部品をボルトによりシリンダブロック等の被取付物に締結する際には、ボルトの軸力によって樹脂部品に変形や亀裂等の損傷が生じるおそれがある。この樹脂部品の変形や損傷を防止する方法として、樹脂部品のフランジ部に穿設された貫通孔に樹脂部品より強度の高い金属カラーを装着し、金属カラーにボルトを挿通して被取付物に締結する締結構造が知られている。

例えば、特許文献１の樹脂カバーの取付構造は、樹脂製カバーの周縁に設けられたフランジ部の前半部表面に外方が薄肉となるように斜面を形成し、フランジ部に穿設した貫通孔にフランジ部の後半部の肉厚より若干高さの小さな金属カラーを装着し、金属カラーにボルトを挿通して締着する。これにより、ボルトの締付力がフランジ部の後半部表面にのみ作用し、ウエルドのでき易い前半部に作用しないので、その部分における亀裂の発生が防止できる。

特許文献２には、樹脂部品のフランジ部に形成した長孔内に、長円筒状で両端が間隙を有して対向する形状に形成された板ばね体を弾性的に装着することが開示されている。これによると、長孔内に容易に板ばね材、即ち金属カラーが装着できる。

一方、例えば、図６にインテークマニホールドの締結部構造を示すように、ダクト部１０２の端部に、開口１０４を有すると共に一対の貫通孔１０５が形成された板状のフランジ部１０３を熱溶着して一体形成した樹脂製インテークマニホールド１０１がある。このインテークマニホールド１０１を、フランジ部１０３の開口１０４に沿って環状に配置されたシール１０６を介在してシリンダブロック１１０に取り付ける際に、各貫通孔１０５に円筒状の金属カラー１０７を装着し、金属カラー１０７内に挿通するボルト１０９によって締結する。

しかし、ダクト部１０２とフランジ部１０３との接合部付近にダクト部１０２とフランジ部１０３とを熱溶着する際に、溶融樹脂の冷却固化等による収縮力が作用し、接合部付近に応力が残留することがある。接合部付近に残留応力があると、使用時に加熱及び冷却が繰り返される経時変化に伴って、例えば図６に仮想線１０３ａで示すようにフランジ部１０３に反りや湾曲変形が誘発されて、シール１０６によるフランジ部１０３とシリンダブロック１１０との間のシール機能が低下すること懸念される。特に、インテークマニホールド１０１の軽量化やコンパクト化に伴い、薄形化されたフランジ部１０３の場合に反りや湾曲変形が顕著に発生する傾向がある。

実公昭６０−３２４０９号公報 実公昭６２−１２８８７号公報

上記のように、経時変化により樹脂製インテークマニホールドのフランジ部に反りや湾曲変形が生じると、安定した所期のインテークマニホールドとシリンダブロックとの結合状態が維持されず、また、シールによるフランジ部とシリンダブロックとの間のシール機能が低下することが懸念される。

これは、樹脂製インテークマニホールドに限らずフランジ部を有する樹脂製シリンダヘッドカバー等をボルト等によってシリンダブロックに締結する場合など、他の樹脂部品を被取付物に結合する場合でも同様にフランジ部に反りや湾曲変形の発生が懸念される。

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、簡単な構成で経時変化による樹脂部品のフランジ部の変形を抑制する金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造及び金属カラーを提供することにある。

前記目的を達成する請求項１に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造は、フランジ部に形成された貫通孔内に筒状の金属カラーが装着された樹脂部品が、前記貫通孔内に装着された金属カラーに挿通するボルトにより被取付物に締結固定される金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造において、前記金属カラーは、該カラー全長が前記フランジ部の厚さ寸法より長く形成され、両軸方向端面の少なくともいずれか一方が該金属カラーの軸中心線に直交する仮想平面に対して傾斜して突出部が形成されると共に、該突出部が前記フランジ部の経時変化に伴う前記貫通孔の回動方向に対して前記貫通孔の中心軸線から逆方向に配置されたことを特徴とする。

これによると、カラー全長をフランジ部の厚さ寸法より長く形成し、かつ両軸方向端面の少なくともいずれか一方が傾斜して突出部を形成する簡単な構成の金属カラーを用いることで、ボルトの締結力により金属カラーには、経時変化に伴ってフランジ部が変形する際に回動する貫通孔と対向する回動力が付与され、金属カラーが装着されたフランジ部に予め経時変化によるフランジ部の反りや湾曲変形に対向する回動方向の予荷重が付与される。これにより、経時変化によってフランジ部に発生する反りや湾曲変形による変形荷重が予荷重により相殺されて、フランジ部の反りや湾曲変形が抑制されて、安定した所期の樹脂部品と被取付物との結合が維持される。

請求項２に記載の発明は、請求項１の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造において、前記金属カラーは、前記ボルトによる前記締結によってボルトと被取付部との間に挟持されて前記フランジ部の経時変化に伴う貫通孔の回動方向に対向する回動力が付与されることを特徴とする。

これによると、ボルトの締結によって金属カラーがその軸中心線方向両側からボルトと被取付物によって挟持されて金属カラーには、経時変化に伴ってフランジ部が変形する際に回動する貫通孔と対向する回動力が付与され、フランジ部に予め経時変化によるフランジ部の反りや湾曲変形に対向する予荷重が付与される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の結合部構造において、前記貫通孔の内周面から突出する突起状の金属カラー位置規制部を備え、前記金属カラーは、前記金属カラー位置規制部が嵌合可能な間隙を有して両端縁が対向すると共に前記貫通孔内に嵌挿可能な円筒状に形成されたことを特徴とする。

これによると、貫通孔の内周面から突出する突起状の金属カラー位置規制部を備え、金属カラーを金属カラー位置規制部が嵌合可能な間隙を有して両端縁が対向すると共に貫通孔内に嵌挿可能な円筒状に形成することで、金属カラーが貫通孔内で廻ることが抑制されて所期の状態に保持することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造において、前記金属カラーは、前記貫通孔の内周面に形成された金属カラー位置規制部に係合して前記貫通孔に対する廻りを規制する廻り止め手段を備えたことを特徴とする。

これによると、金属カラーが、貫通孔の内周面に形成された金属カラー位置規制部に係合する廻り止め手段を備えることで、金属カラーが貫通孔内で廻ることが抑制されて金属カラーを所期の状態に保持することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造において、前記樹脂部品は、筒状のダクト部及び該ダクト部の端部にフランジ部が一体形成された樹脂製インテークマニホールドであり、前記被取付物は、エンジンのシリンダブロックであることを特徴とする。これは、樹脂部品及び被取付物を具体的な樹脂製インテークマニホールド及びシリンダブロックとするものである。

前記目的を達成する請求項６に記載の金属カラーは、ボルトによって被取付物に締結される樹脂製部品の端部に設けられたフランジ部に形成された貫通孔内に装着される筒状の金属カラーにおいて、該カラー全長が前記フランジ部の厚さ寸法より長く形成され、両軸方向端面の少なくともいずれか一方が軸中心線に直交する仮想平面に対して傾斜して突出部が形成されたことを特徴とする。

これによると、カラー全長をフランジ部の厚さ寸法より長く形成し、かつ両軸方向端面の少なくともいずれか一方が傾斜して突出部を形成する簡単な構成の金属カラーを用いることで、ボルトの締結力により金属カラーに経時変化に伴ってフランジ部が変形する際に回動する貫通孔と対向する回動力を付与することが可能であり、金属カラーが装着されたフランジ部に予め経時変化によるフランジ部の反りや湾曲変形に対向する対向する回動方向の予荷重が付与される。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の金属カラーにおいて、前記貫通孔の内周面に突設された金属カラー位置規制部に嵌合可能な間隙を有して両端縁が対向すると共に前記貫通孔内に嵌挿可能な円筒状に形成されたことを特徴とする。

これにより、金属カラーを金属カラー位置規制部が嵌合可能な間隙を有して両端縁が対向すると共に貫通孔内に嵌挿可能な円筒状に形成することで、金属カラーが貫通孔内で廻ることが抑制されて金属カラーを所期の状態に保持することができる。

フランジ部の貫通孔内に金属カラーが装着された樹脂部品が、金属カラーに挿通するボルトにより被取付物に締結固定される樹脂部品の締結部構造において、金属カラーが、そのカラー全長がフランジ部の厚さ寸法より長く形成され、軸方向端面が傾斜して突出部が形成されると共に、突出部がフランジ部の経時変化に伴う貫通孔の回動方向に対して貫通孔の中心軸線から逆方向に配置する。これにより、ボルトの締結力により金属カラーには、経時変化に伴ってフランジ部が変形する際に回動する貫通孔と対向する回動力が付与され、経時変化によるフランジ部の変形が抑制されて、所期の樹脂部品と被取付物との結合が維持される。

一実施の形態に係る樹脂製インテークマニホールドの説明図であり、（ａ）はインテークマニホールドの端部断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。 一実施の形態に係る金属カラーの説明図であり、（ａ）は金属カラーの正面図、（ｂ）は平面図を示す（ａ）のｂ矢視図、（ｃ）は側面図を示す（ａ）のｃ矢視図である。 一実施の形態に係る樹脂製インテークマニホールドとシリンダブロックとの締結部構造の概要説明図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。 作用説明図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大図である。 作用説明図であり、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡大図である。 従来の樹脂製インテークマニホールドの締結部構造の説明図である。

以下、金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造及び金属カラーの一実施の形態を、樹脂製品である樹脂製インタークマニホールドを被取付物であるシリンダブロックに締結する場合を例に図１乃至図５を参照して説明する。

図１は樹脂製インテークマニホールドの端部断面を示す概要説明図、図２は金属カラーの説明図、図３は樹脂製インテークマニホールドとシリンダブロックとの締結部構造の概要説明図、図４及び図５は作用説明図である。

図１（ａ）に端部断面を示し、同図（ｂ）に（ａ）のＡ矢視図を示すように、樹脂製インテークマニホールド１０は、吸気通路を形成する軸線ａに沿って延在する筒状のダクト部１１と、ダクト部１１の端部に基端面１２ａが熱溶着されたフランジ部１２を有する。

フランジ部１２は、軸線ａを中心とする円筒状でダクト部１１に連通する開口１４を有し、開口１４に対して対向して左右に延出する一対の延出部１３を有する。更に、フランジ部１２の取付面１２ｂに開口１４の外周に沿って環状に突出するシール１７が設けられる。

各延出部１３に軸線ａと平行な中心軸線ｂを有して基端面１２ａから取付面１２ｂ側に貫通する円筒状の貫通孔１５が形成される。ここで、例えば、経時変化に伴ってフランジ部１２が図１（ａ）に仮想線で示すように中央部が隆起するように湾曲変形する場合には、フランジ部１２の湾曲変形に伴って貫通孔１５の中心軸線ｂも回動する。この中心軸線ｂの回動平面に沿った部位で中心軸線ｂに対して軸線ａと逆方向となる内周面１５ａの外側部位に中心軸線ｂの延在方向に沿って突出する突起状の金属カラー位置規制部１６が形成される。このフランジ部１２の経時変化による変形に伴う貫通孔１５の回動方向は、予め実験やシミュレーション等に基づいて設定することが好ましい。

金属カラー２０について図２（ａ）乃至（ｃ）を参照して説明する。図２（ａ）にその正面図、（ｂ）に（ａ）のｂ矢視図である平面図、（ｃ）に（ａ）のｃ矢視図である側面図を示す。

金属カラー２０は、貫通孔１５の内径方向に突設した金属カラー位置規制部１６が嵌合可能な間隙ｇを有して両端縁２１ａ、２１ｂが対向すると共に貫通孔１５の内周面１５ａに沿って延在して貫通孔１５内に嵌挿可能な円筒状に形成される。この間隙ｇを有して対向する両端縁２１ａ、２１ｂが金属カラー位置規制部１６に嵌合することで、金属カラー２０が貫通孔１５に対して中心軸線ｂまわりに廻るのを規制する廻り防止手段を形成する。

金属カラー２０の一方の軸方向の端面である図示上方の環状の基端面２２は、軸中心線ｃの延在方向と直交する仮想平面に対して、両端縁２１ａ及び２１ｂ側から離れるに従って漸次図示上方に突出するように傾斜し、両端部２１ａ、２１ｂと対向する部位、即ち軸中心線ｃを隔てた両端部２１ａ、２１ｂと対称する部位に上方向に突出する第１突部２３が形成される。

他方の軸方向の端面である図示下方の先端面２４は、軸中心線ｃの延在方向と直交する仮想平面に対して、両端部２１ａ及び２１ｂと対向する部位から両端部２１ａ、２１ｂ側に接近するに従って漸次図示下方に突出するよう基端面２２と平行に傾斜し、両端部２１ａ、２１ｂ側に下方に突出する一対の第２突部２５が形成される。この第１突部２３の頂端から第２突部２５の頂端までのカラー全長Ｌ２がフランジ部１２の厚さＬ１より大きく設定される。

このような金属カラー２０は、対向する端縁を有する管状部材を、軸中心線ｃに対して傾斜する切断面に沿って切断することで、容易かつ安価に製造することできる。

このように形成され金属カラー２０は、図３（ａ）及び同図（ｂ）にＢ部拡大図を示すように、両端部２１ａ、２１ｂの間に金属カラー位置規制部１６が対向した状態で中心軸線ｂに沿って貫通孔１５内に挿入することで、両端部２１ａ、２１ｂ間に金属カラー位置規制部１６が嵌挿して金属カラー２０の中心軸線ｂまわりの回転移動が規制された状態で貫通孔１５内に装着される。この装着状態では、金属カラー２０の第１突部２３がフランジ部１２の経時変化に伴う貫通孔１５の回動方向に対して貫通孔１５の中心軸線ｂから逆方向となる内周面１５ａの内方側、即ち軸線ａ側に設定される。また、第２突部２５が貫通孔１５の回動方向に対して貫通孔１５の中心軸線ｂから逆方向となる内周面１５ａの外方側、即ち軸線ａから離れた側に設定される。第１突部２３及び第２突部２５の両方、或いは第１突部２３または第２突部２５の少なくとも一方がフランジ部１２の基端面１２ａ或いは取付面１２ｂから突出した状態となる。

次に、図３乃至図６を参照してインテークマニホールドとシリンダブロックとの組み付け及び作用について説明する。

図３（ａ）及び同図（ｂ）にＢ部拡大図を示すように、フランジ部１２の各貫通孔１５内に金属カラー位置規制部１６によって位置決めされた状態で金属カラー２０が装着されたインテークマニホールド１０は、フランジ部１２の取付面１２ｂ及び取付面１２ｂに装着されたシール１７をシリンダブロック３０の平坦な取付面３１に対向させると共に、各貫通孔１５に装着された金属カラー２０にワッシャ３６が装着されたボルト３５を挿通し、各ボルト３５をシリンダブロック３０の取付面３１に形成されたネジ孔３２に各々締結する。これによりシール１７がフランジ部１２と取付面１２ｂとの間に挟持された状態でインテークマニホールド１０がシリンダブロック３０に組み付けられる。

一方、ボルト３５の締結に伴って、図４（ａ）及び同図（ｂ）にＣ部拡大図を示すように金属カラー２０がワッシャ３６を介在してボルト３５とシリンダブロック３０とに挟持されて、貫通孔１５に装着され金属カラー２０の第１突部２３がワッシャ３６を介して貫通孔１５内に押し込むように基端面１２ａ側に押圧されると共に、第２突部２５が取付面３１に当接して取付面３１側から貫通孔１５内に押し込むように取付面１２ｂ側に押圧付与される。

このボルト３５の締結力により金属カラー２０の第１突部２３が貫通孔１５内に押し込むように押圧されると共に第２突部２５を取付面３１側から押圧することで、金属カラー２０に矢印Ｆで示すように、経時変化に伴ってフランジ部１２が変形する際に回動する貫通孔１５と対向する回動力が付与される。

金属カラー２０の回動力Ｆの付与により、図５（ａ）及び同図（ｂ）に（ａ）のＤ部拡大図を示すように、金属カラー２０が嵌着されたフランジ部１２に、予め経時変化によるフランジ部１２の反りや湾曲変形に対向する回動方向の予荷重Ｐ、いわゆるプリロードが付与される。

これにより、加熱及び冷却が繰り返される経時変化によってフランジ部１２に発生する反りや湾曲変形による変形荷重が予荷重Ｐにより相殺されて、フランジ部１２の反りや湾曲変形が抑制されて、安定した所期のインテークマニホールド１０とシリンダブロック３０との結合が維持されると共に、シール１７によるフランジ部１２とシリンダブロック３０の取付面３１との間の安定したシール機能が維持される。

従って、本実施の形態によると、インテークマニホールド１０のフランジ部１２に形成された貫通孔１５に、両軸方向端面となる基端面２２及び先端面２４が傾斜して第１突部２３及び第２突部２５が形成された金属カラー２０を嵌装してシリンダブロック３０にボルト３５による締結する簡単な構成で、経時変化によるフランジ部１２の変形が抑制されて、安定した所期のインテークマニホールド１０とシリンダブロック３０との結合が維持されると共に、シール１７によるフランジ部１２とシリンダブロック３０の取付面３１と間の安定した確実なシール機能が維持される。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では金属カラー２０の両軸方向端面となる基端面２２及び先端面２４を軸中心線ｃと直交する仮想平面に対して傾斜させて第１突部２３及び第２突部２５を形成したが、基端面２２或いは先端面２４のいずれか一方のみを傾斜させて一方にのみ突部を形成することもできる。また、金属カラー位置規制部１６及び金属カラー位置規制部２６に嵌合する金属カラー２０の間隙ｇは貫通孔１５及び金属カラー２０の他の任意の位置に設定することもできる。また、他の手段、例えば金蔵カラー位置規制部２６に契合する金属カラー２０の隙間ｇに代えて金蔵カラー位置規制部２６に契合するように金属カラー外周面に凹溝を設けてもよく、また貫通孔に係合溝を形成し、金属カラーに係合溝に係止可能な突起を形成することで金属カラーの装着位置を規制することもできる。

なお、上記実施の形態では、樹脂製インテークマニホールド１０のフランジ部１２をシリンダブロック３０に組み付ける場合を例に説明したが、樹脂製インテークマニホールドに限らずフランジ部を有する樹脂製シリンダヘッドカバー等をボルト等によってシリンダブロックに締結する場合など、他の樹脂製品を被取付物に結合する場合に適用することもできる。

１０ インテークマニホールド（樹脂製品）
１１ ダクト部
１２ フランジ部
１４ 開口
１５ 貫通孔
１５ａ 内周面
１６ 金属カラー位置規制部
１７ シール
２０ 金属カラー
２１ａ、２１ｂ 端縁
２２ 基端面（一方の軸方向端面）
２３ 第１突部
２４ 先端面（他方の軸方向端面）
２５ 第２突部
３０ シリンダブロック（被取付物）
３５ ボルト
ａ 軸線
ｂ 中心軸線
ｃ 軸中心線

Claims (7)

1. フランジ部に形成された貫通孔内に筒状の金属カラーが装着された樹脂部品が、前記貫通孔内に装着された金属カラーに挿通するボルトにより被取付物に締結固定される金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造において、
   前記金属カラーは、
   該カラー全長が前記フランジ部の厚さ寸法より長く形成され、両軸方向端面の少なくともいずれか一方が該金属カラーの軸中心線に直交する仮想平面に対して傾斜して突出部が形成されると共に、該突出部が前記フランジ部の経時変化に伴う前記貫通孔の回動方向に対して前記貫通孔の中心軸線から逆方向に配置されたことを特徴とする金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造。
2. 前記金属カラーは、
   前記ボルトによる前記締結によって前記ボルトと被取付部との間に挟持されて前記フランジ部の経時変化に伴う貫通孔の回動方向に対向する回動力が付与されることを特徴とする請求項１に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造。
3. 前記貫通孔の内周面から突出する突起状の金属カラー位置規制部を備え、
   前記金属カラーは、
   前記金属カラー位置規制部が嵌合可能な間隙を有して両端縁が対向すると共に前記貫通孔内に嵌挿可能な円筒状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の結合部構造。
4. 前記金属カラーは、
   前記貫通孔の内周面に形成された金属カラー位置規制部に係合して前記貫通孔に対する廻りを規制する廻り止め手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造。
5. 前記樹脂部品は、筒状のダクト部及び該ダクト部に端部にフランジ部が一体形成された樹脂製インテークマニホールドであり、
   前記被取付物は、エンジンのシリンダブロックであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属カラーを用いた樹脂部品の締結部構造。
6. ボルトによって被取付物に締結される樹脂製部品の端部に設けられたフランジ部に形成された貫通孔内に装着される筒状の金属カラーにおいて、
   該カラー全長が前記フランジ部の厚さ寸法より長く形成され、両軸方向端面の少なくともいずれか一方が軸中心線に直交する仮想平面に対して傾斜して突出部が形成されたことを特徴とする金属カラー。
7. 前記貫通孔の内周面に突設された金属カラー位置規制部に嵌合可能な間隙を有して両端縁が対向すると共に前記貫通孔内に嵌挿可能な円筒状に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の金属カラー。

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