JP3820924B2

JP3820924B2 - 内燃機関の可変吸気装置及びその製造方法

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Publication number: JP3820924B2
Application number: JP2001186023A
Authority: JP
Inventors: 文夫野溝; 秀生中村; 奈津彦片平
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: US20020195076A1; JP2003003853A; US6758182B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変吸気装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に適用される装置として、機関運転状況に応じて吸気管の長さや流路面積等を可変とする可変吸気装置が実用されている。可変吸気装置を備える内燃機関では、吸気管の長さや流路面積等の変更により吸気脈動の周期を適宜に調整することで、広い運転領域で高い体積効率の確保が可能である。
【０００３】
そして従来、実開昭６３−１５６４２１号公報に見られるような内燃機関の可変吸気装置も知られている。同公報に記載の可変吸気装置は、図８に示すように、サージタンク５０内に吸気制御弁５１を配設して、吸気管の長さを機関運転状況に応じて可変とする方式が採用されている。
【０００４】
この可変吸気装置では、スロットル弁６０の下流より吸気管が２つの通路５２，５３に分割され、サージタンク５０内も隔壁５４によって、それら分割された通路５２，５３にそれぞれ接続された２つの気室５５，５６に区画されている。更に吸気管はインテークマニホールド６１を通じて、それら２つの気室５５，５６から各気筒へと更に分岐されている。そして上記吸気制御弁５１の開閉に応じて上記２つの気室５５，５６を連通／遮断することで、実質的な吸気管の長さを可変としている。
【０００５】
図９は、こうした可変吸気装置に設けられる樹脂製サージタンクの一例について、その上部カバー１１１を外した状態での斜視構造を示す。この樹脂製サージタンクは、上述の可変吸気装置における上記サージタンク５０に相当する構成に加え、更に吸気制御弁５１及び上記２つの通路５２，５３等に相当する構成を一体に組み込んだものである。
【０００６】
この樹脂製サージタンクは大きくは、上記サージタンク５０の外壁等を構成するサージタンク本体と、そのサージタンク本体の内部に装着され、上記吸気制御弁５１の設けられたバルブユニット１１０等から構成されている。
【０００７】
バルブユニット１１０は、主に上記吸気絞り弁５１及びその取付構造を構成している。この樹脂製サージタンクではバルブユニット１１０は、上記吸気制御弁５１の弁本体１１０Ａ、それを支持するフレーム１１０Ｂ、本ユニット１１０をサージタンク外壁に固定するための取付フランジ１１０Ｃ、及び弁本体１１０Ａを開閉する駆動系１１０Ｄ等を一体化したユニットとして構成されている。
【０００８】
上記サージタンク本体は、それを３分割した３つのパーツ１１１〜１１３によって構成されている。上部カバー１１１は主にサージタンク５０及び通路５２の上側外壁を、下部カバー１１２は主にサージタンク５０及び通路５３の下側外壁を、それぞれ構成している。また中央パーツ１１３は主に、サージタンク５０及び通路５２，５３の側部外壁、各通路５２，５３間及び各気室５５，５６間を区画する上記隔壁５４を構成している。
【０００９】
中央パーツ１１３には、上記インテークマニホールド６１及び上記スロットル弁６０の設けられたスロットルボディ（図示略）をこの樹脂製サージタンクに接続するための各コネクタが形成されている。また中央パーツ１１３には、サージタンク５０内を２つの気室に区画するための隔壁１１３Ａ（図８の隔壁５４に相当）が形成され、その隔壁１１３Ａには、同ユニット１１０の装着される隔壁開口部１１３Ｂが形成されている。更に中央パーツ１１３には、上記バルブユニット１１０を固定するための取付フランジ１１３Ｃが設けられている。
【００１０】
なお上記各パーツ１１１〜１１３はそれぞれ、樹脂製の一体成型品として形成されており、またバルブユニット１１０についてもその主要構成部品の多く（フレーム１１０Ｂ等）が樹脂製成型品によって形成されている。
【００１１】
こうした樹脂製サージタンクは、
（１）上記各パーツ１１１〜１１３を溶着等により固定してサージタンクユニットを一体に組み付ける工程、
（２）バルブユニット１１０を上記隔壁開口部１１３Ｂに装着する工程、
（３）その装着後に、取付フランジ１１０Ｃ，１１３Ｃをボルト１１４によって互いに締結してバルブユニット１１０を中央パーツ１１３に固定する工程、
等を通じて製造されている。
【００１２】
ちなみにこの樹脂製サージタンクでは、そうしたバルブユニット１１０の取付構造上、フレーム１１０Ｂの外縁と隔壁開口部１１３Ｂとの間、あるいは両取付フランジ１１０Ｃ，１１３Ｃ間に、ある程度のクリアランスが生じてしまう。そこでこの樹脂製サージタンクでは、例えばゴム等の弾性体によって形成されたガスケット１１５，１１６を、そうしたクリアランス部に介挿することで、必要なシール性能を確保している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように吸気制御弁５１の内蔵されたサージタンクを樹脂成型品によって製造することで、上述のような可変吸気装置を低コストで実現することはできる。しかしながら、上記のようなバルブユニット１１０の取付構造を採用する可変吸気装置では、以下に記載するように、その生産性や吸気性能等の更なる向上に対する障害が残されたままとなっている。
【００１４】
まずこの樹脂製サージタンクでは、バルブユニット１１０は、その取付フランジ１１０Ｃにおいては十分な固定がなされているものの、フレーム１１０Ｂの外縁と隔壁開口部１１３Ｂとの間ではガスケット１１６を介して密着されているのみで、完全には固定されていない。したがってバルブユニット１１０は、取付フランジ１１０Ｃで支持された片持ち梁の態様で中央パーツ１１３に取り付けられる格好となり、内燃機関の振動に応じてフレーム１１０Ｂの揺動が発生するおそれがある。そしてそうした揺動に伴う疲労破壊を回避すべく、弁本体１１０Ａの大きさが制限される、あるいはフレーム１１０Ｂの幅や厚みを増す必要が生じるなど、設計に制約が加えられ、吸気性能の確保や軽量化に対する障害となっている。
【００１５】
またボルト締結するその取付構造のため、ボルト１１４に加え、更にそのシール性能の確保にガスケット１１５，１１６が必要となり、部品点数の増大を招いて、組み付けの作業性を悪化させている。更には、ボルト１１４等の収容スペースやボルト締結に必要な強度を確保するため、両取付フランジ１１０Ｃ，１１３Ｃの大型化も避け難い。このように取付フランジ１１０Ｃ，１１３Ｃ間のボルト締結のみによるバルブユニット１１０の取付構造を採用すれば、構造の複雑化や軽量化に対する障害を招くこととなる。
【００１６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸気制御弁を内蔵した樹脂製サージタンクを備える可変吸気装置を、より好適な態様で製造可能とすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
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）
請求項１に記載の発明は、樹脂製サージタンク内を隔壁により区画して形成された複数の気室と、それら気室間を連通／遮断するよう開閉駆動される吸気制御弁とを備える可変吸気装置であって、樹脂製フレームを備えて前記吸気制御弁の設けられたバルブユニットを前記隔壁に形成された隔壁開口部に装着して固定することで、前記樹脂製サージタンクと前記バルブユニットとを一体に組み付けた内燃機関の可変吸気装置において、前記樹脂製フレーム及び前記隔壁開口部を、それらの当接部の少なくとも一部においてレーザー溶着により一体化された状態で接合し、前記樹脂製サージタンクの外壁の少なくとも一部を、前記レーザー溶着のためのレーザー光の透過を許容する樹脂材料で形成したものである。
【００１８】
上記構成では、樹脂製フレームと隔壁開口部とが、それらの当接部の少なくとも一部において一体化された状態で接合されているため、バルブユニットに作用する応力をバルブユニットと隔壁とで分担支持できる。またそれらを一体化することで、隔壁等に対するバルブユニットの揺動が好適に抑えられる。このため、バルブユニット自体の要求強度を低減でき、吸気制御弁の更なる大型化やバルブユニットの更なる軽量化、薄肉化が許容される。したがって上記構成によれば、吸気制御弁を内蔵した樹脂製サージタンクを備える可変吸気装置を、より好適な態様で製造可能となる。
【００１９】
ここでの「一体化」とは、単に一体に組み付けることではなく、接着や溶着などによって、２つの樹脂部材を材料レベルで一体に接合することを指す。これにより、比較的強度の低い樹脂部材同士を互いに強固に接合し、また接合部にクリアランスが生じさせないようにすることができる。
【００２０】
なお樹脂製フレームと隔壁開口部とは、それらの当接部のすべてを一体化した状態で固定しても、それらの当接部の一部を一体化した状態で接合しても、上記作用効果を奏することはできる。ちなみにバルブユニットと隔壁開口部との当接部のすべてを一体化した状態で固定した場合には、それにより当接部間を完全にシールすることができ、ガスケットのようなシール性能を確保するための構成を省略することが可能ともなる。
【００２２】
さらに、レーザー溶着を行うことで、樹脂製フレームと隔壁開口部との上記接合を容易かつ適切に行える。
【００２３】
加えて、樹脂製サージタンクの外壁の少なくとも一部が、レーザー溶着用のレーザー光の透過を許容する材料で形成されている。このため、樹脂製サージタンクに内蔵される樹脂製フレームと隔壁開口部との当接部を、その外部からのレーザー光の照射によってレーザー溶着することもできるようになる。したがって、より容易に、樹脂製フレームと隔壁開口部との上記接合を行える。
【００２５】
（請求項２）
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記樹脂製フレーム及び前記隔壁開口部の当接部における相対動を嵌合によって互いに拘束する構造を更に備えるものである。
【００２６】
上記構成では、樹脂フレームと隔壁開口部との相対動を、嵌合によってそれらの当接部において互いに拘束する構造が設けられているため、樹脂フレームを含むバルブユニットに作用する応力をより有効に隔壁等に伝達できる。またそうした嵌合構造により、多少の寸法公差の存在等に拘わらず、バルブユニットを適切な位置に装着、固定可能となる。そして更には、上記当接部間に多少のクリアランスが存在する場合であれ、嵌合構造によってそのクリアランスの断面形状が複雑となるため、隔壁によって隔てられた気室間における上記クリアランスの存在によるシール性能の低下を抑制できるようにもなる。
【００２７】
なお、そうした嵌合を「しまりばめ」によって行う構造とすれば、当接部間をより確実に密着させられるようになり、一体化した状態での接合やシール性能の確保をより容易かつ確実に行えるようになる。
【００２８】
（請求項３）
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記樹脂製フレーム及び前記隔壁開口部を、それらの当接部において、前記隔壁面に直交する方向への相対動を嵌合により互いに拘束する構造を更に備えたものである。
【００２９】
上記構成によれば、樹脂フレームと隔壁開口部との隔壁面に直交する方向への相対動が嵌合によって互いに拘束されるため、上記のバルブユニットに作用する応力の隔壁への伝達、バルブユニットの装着性の向上、シール性能の保持等を、より確実に行うことができる。
【００３０】
（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記隔壁開口部への装着に際しての前記バルブユニットの挿入を許容するよう前記樹脂製サージタンクの外壁に形成された開口と、前記開口付近にて互いを固定するように、前記樹脂製サージタンク及び前記バルブユニットにそれぞれ形成された取付フランジとを更に備えるとともに、前記両取付フランジを互いに一体化した状態で接合したものである。
【００３１】
上記構成では、樹脂製サージタンク及びバルブユニットに各々形成された取付フランジを互いに一体化した状態で接合しているため、ボルト締結を採用することなく、それらを強固に組み付けられる。よってボルト締結を採用した場合に比して、ボルト締結用のボルトやナット等の部材が不要となり、全体の部品点数が低減されて、組み付け作業性を向上できる。更に両取付フランジをボルト締結する場合に比して、ボルトやナット等の収容スペースも不要となり、また締結のための剛性の確保も不要となって、取付フランジを小型化することができ、ひいては装置全体の小型化や軽量化も可能となる。
【００３２】
（請求項５）
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の可変吸気装置において、前記両取付フランジの一体化を、接着剤による接着及び溶着のいずれか一方にて行ったものである。
【００３３】
上記構成では、接着剤による接着や溶着によって、両取付フランジの上記接合を容易かつ適切に行える。なお、バルブユニットと隔壁開口部とをレーザー溶着によって接合する場合には、ここでの両取付フランジの一体化についてもレーザー溶着にて行えば、接合作業の共通化やそのための設備の共有化が可能となり、接合作業をより一層容易とすることができる。
【００３４】
（請求項６）
請求項６に記載の発明は、樹脂製サージタンク内を隔壁により区画して形成された複数の気室と、それら気室間を連通／遮断するよう開閉駆動される吸気制御弁とを備える内燃機関の可変吸気装置を製造する方法において、樹脂製フレームを備えて前記吸気制御弁の設けられたバルブユニットを形成する工程と、前記樹脂製サージタンクの外壁の少なくとも一部を、溶着用レーザー光を透過する樹脂材料により形成する工程と、前記バルブユニットの装着可能な隔壁開口部を前記隔壁に形成する工程と、前記形成されたバルブユニットを前記形成された隔壁開口部に装着する工程と、前記外壁の前記レーザー光を透過する樹脂材料により形成された部位を通して前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部との当接部にレーザー光を照射して、前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部とをレーザー溶着する工程と、を有している。
【００３５】
上記製造方法では、樹脂製サージタンクの外壁の少なくとも一部に、溶着用レーザー光を透過する樹脂材料が用いられており、その外部から内部への溶着用レーザー光の照射を許容するようにしている。そしてそのレーザー光の透過を許容する樹脂材料で形成された部位を通して樹脂製サージタンクの外部から樹脂製フレームと隔壁開口部との当接部に照射されるレーザー光によって、樹脂製フレームと隔壁開口部とをレーザー溶着している。このため、樹脂製サージタンクに内蔵されるバルブユニットの固定作業が簡易となり、上記請求項１に記載のような内燃機関の可変吸気装置の具現が容易となる。
【００３６】
（請求項７）
請求項７に記載の発明は、樹脂製サージタンク内を隔壁により区画して形成された複数の気室と、それら気室間を連通／遮断するよう開閉駆動される吸気制御弁とを備える内燃機関の可変吸気装置を製造する方法において、樹脂製フレームを備えて前記吸気制御弁の設けられたバルブユニットを形成する工程と、少なくとも前記樹脂製サージタンクの外壁の一部を含む第１の部材を、溶着用レーザー光を透過する樹脂材料により形成する工程と、少なくとも前記樹脂製サージタンクの前記隔壁開口部付近を含む第２の部材を、前記レーザー光を吸収する樹脂材料により形成する工程と、前記形成された第１及び第２の部材を一体に組み付ける工程と、前記形成されたバルブユニットを前記形成された隔壁開口部に装着する工程と、前記第１及び第２の部材の組み付け、及び前記隔壁開口部へのバルブユニットの装着がなされた後に、前記第１の部材を透過して前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部との当接部に前記レーザー光を照射して、前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部とをレーザー溶着する工程と、を有している。
【００３７】
上記製造方法では、内部に隔壁及び隔壁開口部の形成された樹脂製サージタンクを、少なくとも上記第１及び第２の部材を含む複数の部材を一体に組み付けることで形成している。また溶着用レーザー光を透過する樹脂材料によって第１の部材を形成することで、樹脂製サージタンクの外部から内部への溶着用レーザー光の照射を許容している。
【００３８】
そして上記製造方法では更に、それらを組み付けての樹脂製サージタンクの形成、及びその隔壁開口部へのバルブユニットの装着が行われた後、次のようにバルブユニットの固定を行う。すなわち、第１の部材を透過して樹脂製サージタンクの外部から樹脂製フレームと隔壁開口部との当接部に溶着用レーザー光を照射し、隔壁開口部とそれに装着されたバルブユニットの樹脂製フレームとをレーザー溶着して、バルブユニットを固定している。このため、樹脂製サージタンクに内蔵されるバルブユニットの固定作業が簡易となり、上記請求項１に記載のような内燃機関の可変吸気装置の具現が容易となる。
【００３９】
ちなみに、レーザー溶着によってバルブユニットを固定した後、第１及び第２の部材を一体に組み付けても、上記請求項１に記載のような内燃機関の可変吸気装置を製造することはできる。ただしこの場合には、第１及び第２の部材の組み付け作業中に、隔壁やバルブユニットが変形して、その組み付け性が損なわれ、シール性能等の低下を招くおそれがある。特に、振動溶着によって上記第１及び第２の部材を組み付ける場合には、その組み付け作業時の振動や加圧力によって、そうした変形が生じ易い。その点、上記製造方法では、第１及び第２の部材が組み付けられた後に、バルブユニットを固定しているため、そうした問題とは無縁である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００４１】
本実施形態の内燃機関の可変吸気装置は、図８に示した従来の可変吸気装置とほぼ同等の構成となっており、スロットル弁からサージタンクまでの吸気管を２つの通路に分割し、またサージタンク内を隔壁によって２つの気室に区画している。そしてサージタンク内に配設された吸気制御弁の開閉駆動によって、サージタンク内の２つの気室を連通／遮断することで、実質的な吸気管長さを可変とする構成となっている。
【００４２】
また、吸気制御弁の設けられた樹脂製サージタンクについても基本的には、図９に例示した従来の可変吸気装置の樹脂製サージタンクと同様の構成となっている。すなわち、樹脂製サージタンクは大きくは、上部カバー１１、下部カバー１２及び中央パーツ１３の３つのパーツによって分割構成された樹脂製サージタンク本体、その内部の隔壁１３Ａに形成された隔壁開口部１３Ｂに装着されたバルブユニット１０を有して構成されている（図１参照）。またバルブユニット１０についても、吸気制御弁の弁本体１０Ａ、樹脂製フレーム１０Ｂ、取付フランジ１０Ｃ、及び吸気絞り弁の駆動系１０Ｄを一体に組み付けた構成となっている。そしてサージタンク本体の各構成パーツ１１〜１３、及びフレーム１０Ｂをはじめとするバルブユニット１０の構成部材の多くが樹脂成型品として形成されていることも同様である。
【００４３】
ただし本実施形態の樹脂製サージタンクでは、上述の従来の樹脂製サージタンクとは異なるバルブユニットの取付構造が採用されている。以下では、従来の可変吸気装置との相違点を中心に説明し、共通する構成等についてはその説明を省略する。
【００４４】
図１は、本実施形態の内燃機関の可変吸気装置について、その樹脂製サージタンクの分解斜視構造を示している。本実施形態では、フレーム１０Ｂを隔壁開口部１３Ｂに一体化した状態で接合することで、ボルト接合に頼ることなく、バルブユニット１０をサージタンク本体に固定して、吸気制御弁を内蔵する樹脂製サージタンクが製造されている。
【００４５】
以下、こうした本実施形態の樹脂製サージタンクの製造手順を、図２〜図４を併せ参照して説明する。本実施形態では、上記のバルブユニット１０と、サージタンク本体を構成する上下部カバー１１，１２及び中央パーツ１３とをそれぞれ製造した後、以下の工程（イ）〜（ハ）を通じて、樹脂製サージタンクを製造している。
【００４６】
（１）バルブユニットの装着
まず図４に矢印（１）で示すように、バルブユニット１０を中央パーツ１３の隔壁１３Ａに形成された隔壁開口部１３Ｂに装着する。本実施形態ではバルブユニット１０は、中央パーツ１３の側壁に形成された孔１３Ｄから挿入して、隔壁開口部１３Ｂに装着されている。
【００４７】
なお本実施形態では、バルブユニット１０の装着前に、振動溶着などによって、下部カバー１２を予め中央パーツ１３に一体に組み付けておくようにしている。ただし、上部カバー１１の中央パーツ１３への組み付けについては、この時点では行わないようにしている。これは、続く工程（２）でのバルブユニット１０の接合にあたり、サージタンク本体の内部に位置する接合部分を外部に露出させておくためである。
【００４８】
ちなみに、下部カバー１２についても、工程（２）でのバルブユニット１０の接合作業後に中央パーツ１３に組み付けるようにしても良い。要は、サージタンク本体の組付けを完全に行わず、接合部分が外部に露出されるようにしておけば、下記のような接合作業を容易に進めることができる。
【００４９】
（２）バルブユニットの接合
続いて、装着したバルブユニット１０を中央パーツ１３に接合して固定する。本実施形態では、バルブユニット１０のフレーム１０Ｂと中央パーツ１３の隔壁開口部１３Ｂとの当接部のすべてを、一体化した状態に接合している。
【００５０】
また本実施形態では、中央パーツ１３外壁における上記孔１３Ｂの周り、及びバルブユニット１０の基端部には、取付フランジ１３Ｃ，１０Ｃがそれぞれ形成されている。そしてこのとき、それら両取付フランジ１３Ｃ，１０Ｃも、上記孔１３Ｄの全周に亘って互いに一体化した状態に接合している。
【００５１】
なお本実施形態では、フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部、及び両取付フランジ１３Ｃ，１０Ｃの当接部を、図２及び図３に示すように、レーザー溶着によって接合するようにしている。こうした樹脂パーツ同士のレーザー溶着は、次のような態様で行われる。
【００５２】
まず、溶着する２つのパーツＡ，Ｂのうち、レーザー光を透過する樹脂材料を用いて一方のパーツＡを形成するとともに、レーザー光を吸収する樹脂材料を用いて、もう一方のパーツＢを形成する。
【００５３】
樹脂材料のレーザー光の透過・吸収性は、着色剤によって変えることができる。例えば自動車の吸気系に用いられる樹脂パーツとして広く用いられている黒く着色されたナイロン６やナイロン６，６は、レーザー光を吸収する材料となっている。ただし、それらの材料を着色しないままで用いたり、あるいは特殊な着色剤で着色して用いたりすれば、レーザー光を透過する材料となる。
【００５４】
そして、接合する両パーツＡ，Ｂの当接部同士を突き合わせる。そして、パーツＡを透過させることで、それらの当接表面にレーザー光を直接照射する。このとき照射されたレーザー光は、パーツＢの当接表面に吸収され、その当接表面を発熱させる。それにより、パーツＢの接合表面が溶融され、また熱伝導によってパーツＡの接合表面も溶融されて、両パーツＡ，Ｂが接合される。これにより、当接部同士が材料レベルで互いに一体化されて強固に接合される。
【００５５】
なお本実施形態では、レーザー光を透過する樹脂材料でバルブユニット１０を形成し、レーザー光を吸収する樹脂材料で中央パーツ１３を形成するようにしている。そして図２、図３に示すように、バルブユニット１０を通して、上記フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接表面、及び両取付フランジ１０Ｃ、１３Ｃの当接表面にレーザー光を直に照射して、それらを接合させている。
【００５６】
ちなみに本実施形態では、上記各当接部にはそれぞれ、互いに勘合する凹部及び凸部が形成されており、図２及び図３に示される態様で、それら凹部及び凸部の当接表面にレーザー光を照射して、接合を行っている。
【００５７】
無論、接着剤による接着等によっても同様に、バルブユニット１０を中央パーツ１３に接合することができる。
また、振動溶着や超音波溶着、あるいは熱板溶着や誘導加熱溶着などによっても行うことはできる。
【００５８】
ただし振動溶着や超音波溶着により接合する場合には接合面間に大きな加重を掛ける必要があり、その加重によって接合時に樹脂製パーツが変形するおそれがある。また、サージタンク内部に位置するフレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部の接合に際しては、それらの接合面間に必要な加重を掛けることが困難で、組み付けの作業性が悪化する懸念もある。一方、熱板溶着や誘導加熱溶着により接合する場合には、接合時の加熱によって、やはり樹脂製パーツが変形するおそれがある。
【００５９】
その点、上記のようにレーザー溶着や接着により接合を行えば、接合面間に大きな加重を掛ける必要もなく、またレーザー溶着により接合する場合においても接合に要する熱量は必要最小限に抑えることができる。このため、レーザー溶着や接着を用いれば、樹脂製パーツの変形や作業性の悪化を懸念することなく、より容易かつ確実に上記各パーツを接合できる。
【００６０】
（３）カバーの取付
バルブユニット１０の接合後、図４に矢印（３）で示すように、上部カバー１１を中央パーツ１３に振動溶着等によって組み付ける。以上により、吸気制御弁を内蔵する樹脂製サージタンクが製造されている。
【００６１】
こうして製造された樹脂製サージタンクでは、樹脂製フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部が一体化された状態で接合されているため、バルブユニット１０に作用する応力をバルブユニット１０自体と隔壁１３Ａとで分担支持できる。またそれらを一体化することで、隔壁１３Ａ等に対するバルブユニット１０の揺動が好適に抑えられる。これにより、バルブユニット１０の剛性が高められ、その要求強度を低減することができる。
【００６２】
図５に、（ａ）本実施形態の樹脂製サージタンクについてそのバルブユニット１０の側面構造、及び（ｂ）図９に例示した従来の樹脂製サージタンクのバルブユニット１１０の側面構造を併せ示す。それらの対比から明らかなように、本実施形態のバルブユニット１０は、要求強度が小さい分、従来のバルブユニット１１０に比してその肉厚を薄く形成することが可能で、更なる軽量化が許容されている。またこうしてバルブユニット１０を薄肉化してサージタンクの内部形状の更なる平滑化が可能となって、吸気の流れをより円滑として内燃機関の吸気性能が向上されている。
【００６３】
ちなみに上記取付構造を採用すれば、バルブユニット１０はその基端の取付フランジ１０Ｃ部分のみならず、その樹脂製フレーム１０Ｂの外周部においても強固に固定され、バルブユニット１０の剛性が高められる。そのため、樹脂製フレーム１０Ｂの揺動による耐久性の低下を懸念することなく、その取付フランジ１０Ｃから先端までの長さを長尺化でき、更なる吸気絞り弁の大型化が許容されるようにもなっている。
【００６４】
また本実施形態では、バルブユニット１０及び中央パーツ１３に各々形成された取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃについても、レーザー溶着によって互いに一体化した状態で接合され、ボルト締結を採用することなく強固に組み付けられている。よってボルト締結を採用した場合に比して、ボルト締結用のボルトやナット等の部材が不要となり、全体の部品点数が低減されて、組み付け作業性を向上できる。また両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃをボルト締結する場合に比して、ボルトやナット等の収容スペースが不要な分、取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃを小型化でき、装置全体についても小型化や軽量化が図られている。
【００６５】
更に本実施形態では、バルブユニット１０と隔壁開口部１３Ｂとの当接部のすべてが一体化した状態で固定されており、それにより当接部間が完全にシールされている。このため、ガスケットのようなシール性能を確保するための構成を省略しても、隔壁１３Ａによって区画された両気室間を好適にシールして、それら気室間の吸気圧変動の伝播が好適に抑えられている。
【００６６】
また両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃの接合部においても、レーザー溶着によりそれらを一体化した状態で固定することで、サージタンク内外が好適にシールされている。
【００６７】
先にも少し触れたが、本実施形態では、上記バルブユニット１０と隔壁開口部１３Ｂとの当接部間、及び両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃ間の接合部分にそれぞれ以下のような嵌合構造が採用されている。
【００６８】
本実施形態では、フレーム１０Ｂ、隔壁開口部１３Ｂの当接部、及び両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃの当接部にはそれぞれ、互いに対向するにように凸部、又は凹部（溝）が形成されている。そしてそれら凸部及び凹部は、バルブユニット１０の装着にあたり、互いに嵌合されるようになっている。
【００６９】
例えば樹脂製フレーム１０Ｂの外周、バルブユニット１０の装着方向に伸びる溝（凹部）が形成されている。また隔壁開口部１３Ｂには、同様にバルブユニット１０の装着方向に伸びる凸部が形成されており、その凸部はバルブユニット１０の装着時に、上記樹脂製フレーム１０Ｂ外周の溝に嵌合されるようになっている。また中央パーツ１３の取付フランジ１３Ｃには、バルブユニット１０の挿入される孔１３Ｄの外周を囲繞するように溝（凹部）が形成されており、バルブユニット１０の装着時にその取付フランジ１０Ｃに同様に形成された凸部に嵌合されるようになっている。
【００７０】
これらの凹凸は、バルブユニット１０の装着に際して、その装着方向以外の方向への変位を規制するガイドとして機能する。そしてこれにより、バルブユニット１０や中央パーツ１３に成型時のゆがみが多少存在しようとも、バルブユニット１０を、適切な位置へと確実に装着できるようになっている。ちなみに、確実に接合を行うには、接合面間のクリアランスをある程度よりも小さく（例えば０．３ｍｍ以下）としておく必要がある。その点、上記凹凸によって確実に装着さえできれば、接合面間にあえて押しつけ加重を付与せずとも良好に接合することが可能となり、組み付けの作業性を向上できる。またこれにより、良好なパーツ間の接合を維持しながらも、成型にあたって各パーツに要求される加工精度を低減できるようにもなる。
【００７１】
また上記嵌合構造を採用すれば、接合後に接合面間に作用するせん断方向の力をその嵌合部で好適に支持でき、接合強度を高めてバルブユニット１０の剛性を向上することもできる。
【００７２】
更に上記嵌合構造を採用すれば、接合不良等によって当接部間に多少のクリアランスが存在する場合であれ、凹凸によってそのクリアランスの断面形状が複雑となるため、そうしたクリアランスの存在によるシール性能の低下を抑制できるようにもなる。
【００７３】
なお、上記各接合部の凸部の幅に比して溝（凹部）の幅を若干大きく設定し、それら凹凸の嵌合を「しまりばめ」によって行う構造とすれば、当接部間をより確実に密着させて、一体化した状態での接合やシール性能の確保を、より容易かつ確実に行える。
【００７４】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、樹脂製フレーム１０Ｂ及び隔壁開口部１３Ｂをそれらの当接部をレーザー溶着や接着等により一体化した状態で接合して、バルブユニット１０をサージタンク本体に固定している。これにより、バルブユニット１０に作用する応力をバルブユニット１０と隔壁１３Ａとで分担支持することができ、同ユニット１０の剛性を高めて、その揺動を好適に抑えることができる。このため、バルブユニット１０自体の要求強度を低減でき、吸気制御弁の更なる大型化やバルブユニットの更なる軽量化、薄肉化が許容される。したがって、吸気制御弁を内蔵した樹脂製サージタンクを備える可変吸気装置を、より好適な態様で製造可能となる。
【００７５】
（２）本実施形態では、樹脂製フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部のすべてが一体化した状態で固定されており、それにより当接部間を完全にシールされている。このため、ガスケットのようなシール性能を確保するための構成を省略しても、隔壁１３Ａによって隔離される２気室間の気圧変動の伝播を好適に抑えられる。
【００７６】
（３）本実施形態では、バルブユニット１０及び中央パーツ１３の両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃ間も、レーザー溶着等によって一体化した状態で固定している。このため、ボルト締結を採用することなく、それらフランジ１０Ｃ，１３Ｃ間を強固に固定でき、ボルトやナット等の部材が不要となり、全体の部品点数が低減されて、組み付けの作業性を向上できる。更にボルト締結する場合に比して、ボルトやナット等の収容スペースが不要となり、また締結のための剛性の確保も不要となって、取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃを小型化でき、ひいては装置全体の小型化や軽量化も可能となる。
【００７７】
（４）本実施形態では、装着時にバルブユニット１０が挿入される孔１３Ｄの全集を囲むように、取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃが一体に接合されている。これにより、サージタンク内外のシール性についても、ガスケット等を設けずとも良好に保持できるようになっている。
【００７８】
（５）上記バルブユニット１０のフレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部、あるいは取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃ間を、接着剤による接着やレーザー溶着により接合した場合には、接合時の接合面間への荷重や加熱の付与を必要最小限として各パーツの変形を抑えることができる。そしてひいては、接合の作業性を向上できるようにもなる。
【００７９】
（６）本実施形態では、フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部、及び取付フレーム１０Ｃ，１３Ｃ間の当接部のいずれについても、レーザー溶着により接合しており、作業の共通化や設備の共有化により、接合作業を容易にできる。
【００８０】
（７）本実施形態では、樹脂フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部、あるいは取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃ間の接合部分に凹凸による嵌合構造が形成され、バルブユニット１０の挿入方向以外への変位が規制されるようになっている。これにより、バルブユニット１０に作用する応力の隔壁１３Ａへの伝達、バルブユニット１０の装着性の向上、シール性能の保持等を、より確実に行うことができる。
【００８１】
（第２実施形態）
続いて、本発明を具体化した第２実施形態について、上記第１実施形態と異なる点を中心に、更に図６及び図７を併せ参照して詳細に説明する。
【００８２】
さて第１実施形態では、バルブユニット１０の接合を行った後、上部カバー１１を組み付けて、吸気制御弁の内蔵された樹脂製サージタンクを組み付けている。特にサージタンク本体に内蔵されるバルブユニット１０の接合をレーザー溶着によって行う場合、レーザー光の照射によって接合される接合部を接合時に外部に露出させておく必要から、上記組み付け作業の順序が定まることとなる。
【００８３】
ところが、こうした手順で樹脂製サージタンクを組み付ける場合、サージタンク本体の組み付け（中央パーツ１３への上部カバー１１の取付）時に付与される荷重や熱などによる各パーツのひずみによって、先に取り付けたバルブユニット１０の接合強度が低下するおそれがある。特に、振動溶着によりサージタンク本体の組み付けを行う場合には、溶着面間に大きな押しつけ荷重を付加する必要があり、上記パーツのひずみによる接合強度の低下や、それに伴うシール性の低下の懸念も大きい。
【００８４】
そこで本実施形態では、以下説明するように、レーザー光の透過を許容する樹脂材料で、サージタンク本体の一部（ここでは上部パーツ１１）を形成するようにしている。そしてこれにより、サージタンク本体の組み付け後におけるバルブユニット１０のレーザー溶着を許容して、上記パーツのひずみによる接合強度やシール性の低下の懸念を払拭するようにしている。
【００８５】
本実施形態では、サージタンク本体を構成する各樹脂製パーツのうち、上部パーツ１１については、上記レーザー光の透過を許容する樹脂材料によって形成するようにしている。また第１実施形態と同様に、バルブユニット１０はレーザー光を透過する樹脂材料で形成し、中央パーツ１３はレーザー光を吸収する樹脂材料によって形成するようにしている。ちなみに下部カバー１２については、上記レーザー光を透過する樹脂材料、及びそれを吸収する樹脂材料のいずれによって形成しても、下記の手順での樹脂製サージタンクの組み付けを行うことができる。
【００８６】
そして本実施形態では、以下の工程（イ）〜（ハ）を通じて樹脂製サージタンクを組み付けている。
（イ）サージタンク本体の組み付け
まずレーザー光吸収性樹脂材料によって形成された中央パーツ１３、レーザー光透過性樹脂材料によって形成された上部カバー１１、及び下部カバー１２を、例えば振動溶着を用いて一体に組み付ける。
【００８７】
（ロ）バルブユニットの装着
こうしてサージタンク本体を完全に組み付けた後、中央パーツ１３の外壁に形成された孔１３Ｄ（図４参照）を通じて、バルブユニット１０をサージタンク本体の内部に挿入し、隔壁開口部１３Ｂに装着する。
【００８８】
（ハ）バルブユニットの接合
バルブユニット１０の装着後、そのレーザー溶着を行う。このとき本実施形態では、図６及び図７に示すように、レーザー光透過性樹脂材料にて形成された上部カバー１１を通じて、各接合部（樹脂製フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部、及び両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃの間）に溶着用レーザー光を照射するようにしている。なお図６及び図７は、本実施形態の樹脂製サージタンクについて、その第１実施形態の樹脂製サージタンクにおける図１のII−II線及びIII −III 線に沿った断面構造に各々対応する部位の断面構造をそれぞれ示している。
【００８９】
以上のように本実施形態では、サージタンク本体を完全に組み付けてからレーザー溶着によるバルブユニット１０の接合を行っており、サージタンク本体の組み付け作業中の隔壁１３Ａ等の変形とは無関係に、バルブユニット１０を確実に接合可能である。
【００９０】
なお、下部パーツ１２をレーザー光透過性の樹脂材料で形成し、その下部パーツ１２を通してレーザー光を照射して、バルブユニット１０を隔壁開口部１３Ｂに接合することも、勿論可能である。またそれら上部パーツ１１や下部パーツ１２の一部のみを、レーザー光を透過する樹脂材料で形成しても、同様の手順による樹脂製サージタンクの組み付けは可能である。要は、サージタンク本体の外壁の少なくとも一部に、レーザー光を透過する樹脂材料で形成された部位を設け、その部位を通して、接合される当接表面へのレーザー光の照射が許容されていれば、サージタンク本体を完全に組み付けた後にも、それに内蔵されるバルブユニット１０のレーザー溶着による接合が可能となる。そしてそれにより、変形等のサージタンク本体の組み付け作業の影響よる接合強度やシール性の低下の懸念を払拭することができる。
【００９１】
以上説明した本実施形態によれば、上記（１）〜（７）に記載の効果に加え、更に以下の効果を得ることができる。
（８）本実施形態では、サージタンク本体の外壁の一部を構成する上部カバー１１を、溶着用レーザー光を透過する樹脂材料によって形成するようにしている。このため、サージタンク本体を完全に組み付けた後、その外部からのレーザー光を照射して、それに内蔵されるバルブユニット１０を接合することができる。このため、サージタンク本体の組み付け作業時の変形等の影響よる接合強度やシール性の低下の懸念を払拭することができる。
【００９２】
以上説明した各実施形態は、次のように変更しても良い。
・上記実施形態では、レーザー光を透過する樹脂材料でバルブユニット１０を形成し、またレーザー光を吸収する樹脂材料で中央パーツ１３を形成することで、レーザー溶着によるそれらの接合を許容しているが、それらの材料を逆にしても、同様のレーザー溶着による接合を行うことができる。
【００９３】
・上記実施形態では、接合されるバルブユニット１０及び中央パーツ１３のいずれか一方についてはレーザー光の透過を許容する樹脂材料で形成し、もう一方についてはレーザー光を吸収する樹脂材料で形成するようにしている。これにより、レーザー光の透過を許容する樹脂材料で形成された側のパーツを通して、それらの当接表面にレーザー光を直に照射するようにしている。ただし、それら両パーツのいずれについても、レーザー光を吸収する樹脂材料で形成した場合であれ、当接表面への直接のレーザー光照射は無理でも、少なくとも両パーツの組み付け時に外面に露呈する部位にはレーザー光を照射することはできる。そうしたレーザー光の照射によるレーザー溶着で十分な接合強度が得られるならば、両パーツを共にレーザー光を吸収する樹脂材料で形成し、それらをレーザー溶着により接合して、樹脂製サージタンクを製造することもできる。
【００９４】
・上記実施形態では、樹脂製フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部をその全周に亘って一体化した状態に接合するようにしているが、それらの当接部の一部を一体化して接合しただけでも、取付後のバルブユニット１０の剛性を高めることはできる。
【００９５】
・上記実施形態では、樹脂製フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂとの当接部の接合部分、及び両取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃ間の接合部分に、バルブユニット１０の装着方向以外の方向への相対動を規制する嵌合構造が設けられている。そしてそれにより、バルブユニット１０の剛性の更なる向上等が図られている。ただし、こうした嵌合構造を採用せずとも、それらの接合部分を一体化した状態に接合しただけでも、バルブユニット１０の剛性を高めることはできる。
【００９６】
・上記実施形態では、バルブユニット１０及び中央パーツ１３に各々形成された取付フランジ１０Ｃ，１３Ｃについても、レーザー溶着等によって一体化した状態に接合するようにしているが、これについてはボルト締結によって固定するようにしても良い。要は、樹脂製フレーム１０Ｂと隔壁開口部１３Ｂの少なくとも一部を一体化した状態に接合して、サージタンク本体にバルブユニット１０を取り付ければ、その剛性を高めることはできる。
【００９７】
・サージタンク本体を構成する各パーツの分割態様やバルブユニット１０の構成など、樹脂製サージタンクの各構成パーツの詳細部分については、任意に変更しても良い。要は、以下の各要素を有して構成される樹脂製サージタンクを備える内燃機関の可変吸気装置であれば、本発明を適用することができる。すなわち、
（ａ）樹脂製サージタンク内を複数の気室に区画形成する隔壁、
（ｂ）樹脂製フレームを備えて吸気制御弁の設けられたバルブユニット、
（ｃ）隔壁（ａ）に形成されて、バルブユニット（ｂ）の装着される隔壁開口部、
を備え、バルブユニット（ｂ）を隔壁開口部（ｃ）に装着して固定することで、樹脂製サージタンクの本体にバルブユニット（ｂ）を一体に組み付けた内燃機関の可変吸気装置であれば、本発明を適用することで、より好適な態様で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の内燃機関の可変吸気装置についてその樹脂製サージタンクの分解斜視図。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図。
【図３】図１のIII −III 線に沿った断面図。
【図４】同実施形態の樹脂製サージタンクの分解斜視図。
【図５】同実施形態及び従来の可変吸気装置のバルブフレームの側面構造を併せ示す図。
【図６】本発明の第２実施形態についてその樹脂製サージタンクの断面図。
【図７】同樹脂製サージタンクの断面図。
【図８】内燃機関の可変吸気装置の全体構造を示す模式図。
【図９】従来の内燃機関の可変吸気装置に適用される樹脂製サージタンクの分解斜視図。
【符号の説明】
１０，１１０…バルブユニット、１０Ａ，１１０Ａ…弁本体、１０Ｂ，１１０Ｂ…フレーム、１０Ｃ，１１０Ｃ…取付フランジ、１０Ｄ，１１０Ｄ…駆動系、１１，１１１…上部カバー、１２，１１２…下部カバー、１３，１１３…中央パーツ（以上、１１〜１３、１１１〜１１３…サージタンク本体の構成パーツ）、１３Ａ，１１３Ａ…隔壁、１３Ｂ，１１３Ｂ…隔壁開口部、１３Ｃ，１１３Ｃ…取付フランジ、５０…サージタンク、５１…吸気制御弁、５２，５３…通路、５４…隔壁、５５，５６…気室、６０…スロットル弁、６１…インテークマニホールド。

Claims

樹脂製サージタンク内を隔壁により区画して形成された複数の気室と、それら気室間を連通／遮断するよう開閉駆動される吸気制御弁とを備える可変吸気装置であって、樹脂製フレームを備えて前記吸気制御弁の設けられたバルブユニットを前記隔壁に形成された隔壁開口部に装着して固定することで、前記樹脂製サージタンクの本体に前記バルブユニットを一体に組み付けた内燃機関の可変吸気装置において、
前記樹脂製フレーム及び前記隔壁開口部は、それらの当接部の少なくとも一部においてレーザー溶着により一体化した状態で接合されており、
前記樹脂製サージタンクの外壁の少なくとも一部は、前記レーザー溶着のためのレーザー光の透過を許容する樹脂材料で形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変吸気装置。
前記樹脂製フレーム及び前記隔壁開口部の当接部における相対動を嵌合によって互いに拘束する構造を更に備える
請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置。
前記樹脂製フレーム及び前記隔壁開口部の当接部における前記隔壁に直交する方向への相対動を嵌合により互いに拘束する構造を更に備える
請求項１に記載の内燃機関の可変吸気装置。
前記隔壁開口部への装着に際しての前記バルブユニットの挿入を許容するよう前記樹脂製サージタンクの外壁に形成された開口と、前記開口付近にて互いを固定するように、前記樹脂製サージタンク及び前記バルブユニットにそれぞれ形成された取付フランジとを更に備え、
前記両取付フランジは、互いに一体化された状態で接合されている
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変吸気装置。
前記両取付フランジの一体化は、接着剤による接着及び溶着のいずれか一方にて行われている
請求項４に記載の内燃機関の可変吸気装置。
樹脂製サージタンク内を隔壁により区画して形成された複数の気室と、それら気室間を連通／遮断するよう開閉駆動される吸気制御弁とを備える内燃機関の可変吸気装置を製造する方法において、
樹脂製フレームを備えて前記吸気制御弁の設けられたバルブユニットを形成する工程と、
前記樹脂製サージタンクの外壁の少なくとも一部を、溶着用レーザー光を透過する樹脂材料により形成する工程と、
前記バルブユニットの装着可能な隔壁開口部を前記隔壁に形成する工程と、
前記形成されたバルブユニットを前記形成された隔壁開口部に装着する工程と、
前記外壁の前記レーザー光を透過する樹脂材料により形成された部位を透過して前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部との当接部に前記レーザー光を照射して、前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部とをレーザー溶着する工程と、
を有する内燃機関の可変吸気装置の製造方法。
樹脂製サージタンク内を隔壁により区画して形成された複数の気室と、それら気室間を連通／遮断するよう開閉駆動される吸気制御弁とを備える内燃機関の可変吸気装置を製造する方法において、
樹脂製フレームを備えて前記吸気制御弁の設けられたバルブユニットを形成する工程と、
前記バルブユニットの装着可能な隔壁開口部を前記隔壁に形成する工程と、
少なくとも前記樹脂製サージタンクの外壁の一部を含む第１の部材を、溶着用レーザー光を透過する樹脂材料により形成する工程と、
少なくとも前記樹脂製サージタンクの前記隔壁開口部付近を含む第２の部材を、前記レーザー光を吸収する樹脂材料により形成する工程と、
前記形成された第１及び第２の部材を一体に組み付ける工程と、
前記形成されたバルブユニットを前記形成された隔壁開口部に装着する工程と、
前記第１及び第２の部材の組み付け、及び前記隔壁開口部へのバルブユニットの装着がなされた後に、前記第１の部材を透過して前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部との当接部に前記レーザー光を照射して、前記樹脂製フレームと前記隔壁開口部とをレーザー溶着する工程と、
を有する内燃機関の可変吸気装置の製造方法。