JP3642469B2 - 樹脂製インテークマニホールド - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂製インテークマニホールドに関し、詳しくは排ガス再循環装置が接続されるＥＧＲ接続部や冷却水が流通する冷却水流通部を本体部と一体的に接合してなる樹脂製インテークマニホールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車エンジンの軽量化の要請に応えるべく、樹脂製インテークマニホールドが採用されつつある。樹脂製インテークマニホールドを採用する場合は、樹脂はアルミ等の金属と比べて一般に熱や水に対して劣化しやすいため、耐熱性や耐水性を考慮しなければならない。
【０００３】
例えば、排ガス再循環装置（ＥＧＲ）付エンジンの場合、高温の排ガスの一部がインテークマニホールド内に流入するため、ＥＧＲとの接続部位が特に高温となり易く、熱劣化の問題が発生し易い。なお、排ガス再循環装置は、排ガスの一部をインテークマニホールドに流入させて吸入空気に混入させることにより、排ガスの無公害化を図るものである。
【０００４】
かかるＥＧＲとの接続部位における熱劣化問題に対しては、例えば特開平９−３１７５７９号公報に、断熱材を介してＥＧＲを樹脂製インテークマニホールドに接続する技術が開示されている。
【０００５】
また、Ｖ型エンジンの場合、２つのシリンダヘッド間に位置する樹脂製インテークマニホールド部分に冷却水流通部が設けられている。このため、ロストコア法等による樹脂製インテークマニホールドの成形時に、冷却水用の冷却通路を同時に形成したり、あるいは金属製の冷却水管をインサート成形したりすることにより、冷却水流通部を設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、以下に示すような問題点がある。
【０００７】
すなわち、断熱材を介してＥＧＲを接続する技術によれば、ＥＧＲ接続部位における樹脂製インテークマニホールドの熱劣化の問題は解消することができるが、部品点数の増加によりコスト面で不利となる。
【０００８】
また、冷却水用の冷却通路を樹脂製インテークマニホールド内にそのまま成形する場合は、冷却通路を形成する樹脂が吸水又は加水分解することにより、この部分における樹脂の機械的強度が低下する等の問題がある。一方、金属製の冷却水管を別途設ける場合は、部品点数の増加によるコストアップや重量増加等の問題がある。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加によるコストアップや重量増加を回避しつつ、ＥＧＲ接続部位における熱対策を施した樹脂製インテークマニホールドを提供することを解決すべき第１の技術課題とするものであり、また部品点数の増加によるコストアップや金属使用による重量増加を回避しつつ、冷却通路における水対策を施した樹脂製インテークマニホールドを提供することを解決すべき第２の技術課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決する本発明の樹脂製インテークマニホールドは、本体部と、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により該本体部と一体的に接合され、排ガス再循環装置が接続されるＥＧＲ接続部とを含む樹脂製インテークマニホールドであって、
上記本体部は上記レーザ光に対して透過性がある低融点ナイロンからなり、上記ＥＧＲ接続部は該レーザ光に対して透過性がなくかつ該低融点ナイロンよりも融点の高い高融点ナイロンからなることを特徴とするものである。
【００１１】
上記第２の課題を解決する本発明の樹脂製インテークマニホールドは、本体部と、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により該本体部と一体的に接合され、冷却水が流通する冷却水流通部とを含む樹脂製インテークマニホールドであって、
上記本体部は上記レーザ光に対して透過性がある低融点ナイロンからなり、上記冷却水流通部は該レーザ光に対して透過性がなくかつ該低融点ナイロンよりも耐吸水性及び融点の高い高融点ナイロンからなることを特徴とするものである。
【００１２】
好適な態様において、前記低融点ナイロンは６ナイロンであり、前記高融点ナイロンは６６ナイロン及び芳香族ポリアミドから選択される一種である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の樹脂製インテークマニホールドは、本体部と、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により該本体部と一体的に接合され、排ガス再循環装置が接続されるＥＧＲ接続部とを有している。
【００１４】
上記本体部は、樹脂製インテークマニホールドの大部分を占め、上記レーザ光に対して透過性がある低融点ナイロンからなる。この低融点ナイロンとしては、加熱源としてのレーザ光を所定の透過率以上で透過させうるものであれば特に限定されないが、その中でも成形性や溶着性が高いものや低コストのものを用いることが好ましい。例えば、６ナイロン（ＰＡ６）、１１ナイロン（ＰＡ１１）や１２ナイロン（ＰＡ１２）等のｎナイロン（ＰＡｎ）を好ましい低融点ナイロンとして挙げることができる。このうち特に６ナイロン（融点：２１５℃）を用いることが好ましい。６ナイロンは、成形性が高く、低コストであり、特に強靱性や耐溶剤性に優れている。なお、必要に応じて、ガラス繊維等で強化したものや着色したものを用いてもよい。
【００１５】
上記ＥＧＲ接続部は、上記レーザ光に対して透過性がなくかつ上記本体部を構成する低融点ナイロンよりも融点の高い高融点ナイロンからなる。この高融点ナイロンとしては、加熱源としてのレーザ光を透過させずに吸収しうるもので、しかも上記本体部を構成する低融点ナイロンよりも融点の高いものであれば特に限定されない。例えば、６６ナイロン（ＰＡ６６）や４６ナイロン（ＰＡ４６）等のｎｍナイロンや、部分的芳香族ナイロン（ナイロン６６／６Ｔ）等の芳香族ポリアミドに、カーボンブラック等の所定の着色剤を混入したものを好ましい高融点ナイロンとして挙げることができる。このうち特に芳香族ポリアミド（融点：２８０〜３１０℃）に着色剤を混入したものを用いることが好ましい。芳香族ポリアミドは、融点が特に高くて耐熱性に優れており、また高弾性率、高強度、低吸水性である。なお、必要に応じて、ガラス繊維等で強化したものを用いてもよい。
【００１６】
加熱源として用いるレーザ光の種類としては、レーザ光を透過させる上記低融点ナイロンの吸収スペクトルや厚さ（透過長）等との関係で、低融点ナイロンからなる上記本体部内での透過率が所定以上となるような波長を有するものが適宜選定される。例えば、ＹＡＧ：Ｎｄ3+レーザ、種々の半導体レーザやＨＦ化学レーザを用いることができる。
【００１７】
なお、レーザの出力や加工速度（移動速度）等の照射条件は、低融点ナイロン及び高融点ナイロンの種類や厚さ等に応じて適宜設定可能である。
【００１８】
レーザ溶着については、上記本体部と上記ＥＧＲ接続部との接合部に対して、本体部側からレーザ光を照射する。本体部側から照射されたレーザ光は該本体部内を透過してＥＧＲ接続部の接合面に到達し、吸収される。このＥＧＲ接続部の接合面に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積される結果、ＥＧＲ接続部の接合面が加熱溶融されるとともに、このＥＧＲ接続部の接合面からの熱伝達により本体部の接合面が加熱溶融される。この状態で、本体部の接合面及びＥＧＲ接続部の接合面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができる。
【００１９】
以上のように、請求項１記載の樹脂製インテークマニホールドは、樹脂製インテークマニホールドの大部分を占める本体部を成形性及びコスト面に優れた低融点ナイロンで構成する一方、耐熱性が要求されるＥＧＲ接続部を耐熱性に優れた高融点ナイロンで構成するとともに、両者をレーザ溶着により強固に接合したものであるから、ＥＧＲを接続する際に断熱材等の部品を別途介在させる必要がなく、部品点数の増加によるコストアップや重量増加を回避しつつ、ＥＧＲ接続部位における熱対策を施すことが可能となる。
【００２０】
請求項２記載の樹脂製インテークマニホールドは、本体部と、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により該本体部と一体的に接合され、冷却水が流通する冷却水流通部とを有している。
【００２１】
上記本体部は、上記レーザ光に対して透過性がある低融点ナイロンからなる。この低融点ナイロンとしては、請求項１記載の樹脂製インテークマニホールドと同様のものを用いることができる。
【００２２】
上記冷却水流通部は、上記レーザ光に対して透過性がなくかつ上記本体部を構成する低融点ナイロンよりも耐吸水性及び融点の高い高融点ナイロンからなる。この高融点ナイロンとしては、加熱源としてのレーザ光を透過させずに吸収しうるもので、しかも上記本体部を構成する低融点ナイロンよりも耐吸水性及び融点の高いものであれば特に限定されない。例えば、６６ナイロン（ＰＡ６６）や４６ナイロン（ＰＡ４６）等のｎｍナイロンや、部分的芳香族ナイロン（ナイロン６６／６Ｔ）等の芳香族ポリアミドに、カーボンブラック等の所定の着色剤を混入したものを好ましい高融点ナイロンとして挙げることができる。このうち特に６６ナイロン（融点：２６４℃）に着色剤を混入したものを用いることが好ましい。６６ナイロンは、耐吸水性が特に高くて加水分解もし難く、また高弾性率である。なお、必要に応じて、ガラス繊維等で強化したものを用いてもよい。
【００２３】
加熱源として用いるレーザ光の種類や、レーザの出力及び加工速度（移動速度）等の照射条件は、上記請求項１記載の樹脂製インテークマニホールドの場合と同様とすることができる、
レーザ溶着についても、上記請求項１記載の樹脂製インテークマニホールドの場合と同様である。
【００２４】
以上のように、請求項２記載の樹脂製インテークマニホールドは、樹脂製インテークマニホールドの大部分を占める本体部を成形性及びコスト面に優れた低融点ナイロンで構成する一方、耐吸水性が要求される冷却水流通部を耐吸水性に優れた高融点ナイロンで構成するとともに、両者をレーザ溶着により強固に接合したものであるから、冷却水流通用の冷却水管等の別部品を設ける必要がなく、部品点数の増加によるコストアップや金属使用による重量増加を回避しつつ、冷却通路における水対策を施すことが可能となる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２６】
（実施例１）
本実施例は、請求項１又は３記載の樹脂製インテークマニホールドを具現化したもので、
図１に示す本実施例の樹脂製インテークマニホールドは、本体部１と、図示しない排ガス循環装置が接続されるＥＧＲ接続部２とから構成されている。
【００２７】
上記本体部１は、加熱源としてのレーザ光（後述する）に対して透過性がある透明な低融点ナイロンとしての６ナイロンからなる。なお、この６ナイロンには、強化剤としてのガラス繊維が３０ｗｔ％添加されている。
【００２８】
本体部１のＥＧＲ接続部２との接合端部には、環状の係合凹部１ａと、ＥＧＲ接続部２の外周面を覆う環状の被覆突起部１ｂとが一体に設けられている。
【００２９】
上記ＥＧＲ接続部２は、上記レーザ光に対して透過性がなくかつ上記本体部１を構成する６ナイロンよりも融点の高い高融点ナイロンとしての芳香族ポリアミドからなる。なお、この芳香族ポリアミドには、レーザエネルギー吸収用着色剤としてのカーボンブラックが所定量添加されることにより、上記レーザ光に対して非透過性とされている。また、この芳香族ポリアミドとして、具体的には、芳香族ナイロン（商品名「ザイテルＨＴＮ」、デュポン社製、融点：３００℃）を用いた。
【００３０】
ＥＧＲ接続部２の本体部１との接合端部には、上記係合凹部１ａと係合可能な環状の係合凸部２ａが一体に設けられている。また、ＥＧＲ接続部２の側面には、図示しないＥＧＲのパイプが連結される連結部２１が一体に設けられ、この連結部２１内には、該ＥＧＲから排ガスの一部をインテークマニホールド内に導入するための導入孔１ａが貫設されている。
【００３１】
上記本体部１と上記ＥＧＲ接合部２とは、本体部１の係合凹部１ａとＥＧＲ接続部２の係合凸部２ａとが係合し、かつ、ＥＧＲ接続部２の本体部１との接合端部における外周面が本体部１の被覆突起部１ｂで被覆された状態で、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により一体的に接合されている。
【００３２】
このレーザ溶着は、具体的には以下のように行うことができる。まず、本体部１の係合凹部１ａとＥＧＲ接続部２の係合凸部２ａとを係合し、かつ、ＥＧＲ接続部２の本体部１との接合端部における外周面を本体部１の被覆突起部１ｂで被覆した状態で、本体部１とＥＧＲ接続部２との接合部に対して、本体部１側からレーザ光を照射する。こうして本体部１側から照射されたレーザ光は、該レーザ光に対して透過性のある本体部１内を透過してＥＧＲ接続部２の接合面に到達し、吸収される。このＥＧＲ接続部２の接合面に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積される結果、ＥＧＲ接続部２の接合面が加熱溶融されるとともに、このＥＧＲ接続部２の接合面からの熱伝達により本体部１の接合面が加熱溶融される。この状態で、本体部１の接合面及びＥＧＲ接続部２の接合面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができる。
【００３３】
なお、レーザ光としては、波長が１．０６μｍのＹＡＧ：Ｎｄ3+レーザ光を用い、レーザの出力は２００〜４００Ｗ、加工速度は１〜５ｍ／ｍｉｎとした。
【００３４】
上記構成を有する本実施例の樹脂製インテークマニホールドは、樹脂製インテークマニホールドの大部分を占める本体部１を成形性及びコスト面に優れた６ナイロンで構成する一方、耐熱性が要求されるＥＧＲ接続部２を耐熱性に優れた芳香族ポリアミドで構成するとともに、両者をレーザ溶着により強固に接合したものであるから、ＥＧＲを接続する際に断熱材等の部品を別途介在させる必要がなく、部品点数の増加によるコストアップや重量増加を回避しつつ、ＥＧＲ接続部２における熱対策を施すことが可能となる。
【００３５】
（実施例２）
本実施例は、請求項２又は３記載の樹脂製インテークマニホールドを具現化したもので、
図２に示す本実施例の樹脂製インテークマニホールドは、Ｖ型エンジンに適用されるもので、本体部３と、図示しない一対のシリンダヘッド間において冷却水を連通するための冷却水流通部４とから構成されている。
【００３６】
上記本体部３は、加熱源としてのレーザ光（後述する）に対して透過性がある透明な低融点ナイロンとしての６ナイロンからなる。なお、この６ナイロンには、強化剤としてのガラス繊維が３０ｗｔ％添加されている。
【００３７】
上記冷却水流通部４は、上記レーザ光に対して透過性がなくかつ上記本体部１を構成する６ナイロンよりも耐吸水性及び融点の高い高融点ナイロンとしての６６ナイロンからなる。なお、この６６ナイロンには、レーザエネルギー吸収用着色剤としてのカーボンブラックが所定量添加されることにより、上記レーザ光に対して非透過性とされている。また、この６６ナイロンには、強化剤としてのガラス繊維が３０ｗｔ％添加されている。
【００３８】
冷却水流通部４内には、冷却水流通用の通路４ａが貫設されている。この通路４ａは、ロストコア法を利用して冷却水流通部４を射出成形する際に同時に形成した。
【００３９】
上記本体部３と上記冷却水流通部４とは、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により一体的に接合されている。
【００４０】
このレーザ溶着は、具体的には以下のように行うことができる。まず、本体部３の接合端部と冷却水流通部４の接合端部とを合わせた状態で、本体部３と冷却水流通部４との接合部に対して、本体部３側からレーザ光を照射する。こうして本体部３側から照射されたレーザ光は、該レーザ光に対して透過性のある本体部３内を透過して冷却水流通部４の接合面に到達し、吸収される。この冷却水流通部４の接合面に吸収されたレーザ光がエネルギーとして蓄積される結果、冷却水流通部４の接合面が加熱溶融されるとともに、この冷却水流通部４の接合面からの熱伝達により本体部３の接合面が加熱溶融される。この状態で、本体部３の接合面及び冷却水流通部４の接合面同士を圧着させれば、両者を一体的に接合することができる。
【００４１】
なお、レーザ光としては、波長が１．０６μｍのＹＡＧ：Ｎｄ3+レーザ光を用い、レーザの出力は２００〜４００Ｗ、加工速度は１〜５ｍ／ｍｉｎとした。
【００４２】
上記構成を有する本実施例の樹脂製インテークマニホールドは、樹脂製インテークマニホールドの大部分を占める本体部３を成形性及びコスト面に優れた６ナイロンで構成する一方、耐吸水性が要求される冷却水流通部４を耐吸水性に優れた６６ナイロンで構成するとともに、両者をレーザ溶着により強固に接合したものであるから、冷却水流通用の冷却水管等の別部品を設ける必要がなく、部品点数の増加によるコストアップや金属使用による重量増加を回避しつつ、冷却通路における水対策を施すことが可能となる。
【００４３】
なお、上記実施例では、冷却水流通部４内に冷却水流通用の通路４ａを貫設する例について説明したが、冷却水流通部としては、加熱源としてのレーザ光に対して透過性がなくかつ本体部を構成する低融点ナイロンよりも耐吸水性及び融点の高い高融点ナイロンからなる冷却水管自体により構成することも可能である。この場合、冷却水管自体を６６ナイロン等の高融点ナイロンで予め成形しておき、この冷却水管よりなる冷却水流通部と本体部とをレーザ溶着により一体的に接合すればよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の樹脂製インテークマニホールドによれば、部品点数の増加によるコストアップや重量増加を回避しつつ、ＥＧＲ接続部位における熱対策や冷却通路における水対策を施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の樹脂製インテークマニホールドを示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施例２の樹脂製インテークマニホールドを示す正面図である。
【符号の説明】
１、３…本体部 ２…ＥＧＲ接続部
４…冷却水流通部

Claims (3)

  1. 本体部と、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により該本体部と一体的に接合され、排ガス再循環装置が接続されるＥＧＲ接続部とを含む樹脂製インテークマニホールドであって、
    上記本体部は上記レーザ光に対して透過性がある低融点ナイロンからなり、上記ＥＧＲ接続部は該レーザ光に対して透過性がなくかつ該低融点ナイロンよりも融点の高い高融点ナイロンからなることを特徴とする樹脂製インテークマニホールド。
  2. 本体部と、加熱源としてレーザ光を用いたレーザ溶着により該本体部と一体的に接合され、冷却水が流通する冷却水流通部とを含む樹脂製インテークマニホールドであって、
    上記本体部は上記レーザ光に対して透過性がある低融点ナイロンからなり、上記冷却水流通部は該レーザ光に対して透過性がなくかつ該低融点ナイロンよりも耐吸水性及び融点の高い高融点ナイロンからなることを特徴とする樹脂製インテークマニホールド。
  3. 前記低融点ナイロンは６ナイロンであり、前記高融点ナイロンは６６ナイロン及び芳香族ポリアミドから選択される一種であることを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂製インテークマニホールド。
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