JP4535862B2 - 樹脂成形部品 - Google Patents

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Description

本発明は、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品に関する。
従来、内燃機関の樹脂製インテークマニホールドにおいて、軽量化のためにフランジに肉ぬすみによって凹部を形成したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図9にその一部を模式的に示すように、この特許文献1に記載のインテークマニホールドは、吸気通路110を備えるとともに、フランジ120に貫通孔130が形成されている。
フランジ120のシリンダヘッド(図示せず)に取り付ける側の面において、吸気通路110と貫通孔130との間に肉ぬすみによって凹部140,145が形成されている。図10に図9の10−10線断面を示すように、凹部140の底面142側の樹脂の厚みと、凹部140の側面144側の樹脂の厚みは共に同一の厚みDSとなっている。
このような構造によれば、不要な部分の樹脂を肉ぬすみすることにより、インテークマニホールドの剛性を維持しつつ、軽量化を行うことができる。
特許第2643774号公報
ところで、樹脂成形部品の成形時においては、加圧された溶融樹脂が金型内に流し込まれる。
上記インテークマニホールドにおける溶融樹脂の流れを図11に矢印で示す。なお、溶融樹脂の流量が多い部分程太い矢印で示すものとする。
同図11に示すように、矢印a11,a12で示す部分は成形後における樹脂の厚みが比較的大きいため、すなわち樹脂の通過する断面積が大きいため、溶融樹脂の流量が比較的多くなる。
一方、矢印b11,b12で示す部分は成形後における樹脂の厚みが比較的小さいため、すなわち樹脂の通過する断面積が小さいため、溶融樹脂の流量が比較的小さくなる。また、図10に示すように、凹部140の底面142側の樹脂の厚みは、凹部140の側面144側の樹脂の厚みと同一の厚みDSとなっているため、図11に矢印c11,c12で示す凹部140の底面側の溶融樹脂の流量も比較的小さくなる。
矢印d11,d12で示すように、溶融樹脂は貫通孔130の周囲を回り込んで合流することとなる。ここで、矢印d11,d12で示す部分は樹脂の厚みが比較的小さいため、溶融樹脂の流量が比較的小さくなる。
図12に、図11の矢印A方向からみたときの溶融樹脂が合流する部分の状態を示す。溶融樹脂の合流する部分にはいわゆるウェルドライン150が形成され、その部分の剛性は他の部分よりも低下しやすい。さらに、矢印d11,d12で示した部分は溶融樹脂の流量が比較的小さいため、この傾向が一層顕著なものとなる。
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品において、極力軽量化を行いつつ、その剛性を高くすることのできる樹脂成形部品を提供することにある。
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に記載の発明は、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品において、前記フランジの他部品に取り付ける側の面に凹部が形成され、成形時において溶融樹脂の合流する部分に形成されるウェルドラインが前記貫通孔の周囲に形成され、前記凹部は前記溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ前記貫通孔の近傍に形成され、同凹部の底面側の樹脂の厚みが同凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きいことを要旨としている。
上記構成によれば、フランジの他部品に取り付ける側の面において、溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔の近傍に凹部が形成され、この凹部の底面側の樹脂の厚みが同凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きくなる。このため、成形時において凹部の側面側の樹脂の流れよりも底面側の樹脂の流れが多くなり、貫通孔の周囲に形成される溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分に凹部の底面側からより多くの樹脂が流れ込むようになる。その結果、ウェルドラインの形成を抑制することができるため、樹脂成形部品を極力軽量化しつつ、その剛性を高くすることができる。
請求項2の発明は、請求項1に記載の樹脂成形部品において、前記貫通孔の中心点と前記フランジの縁上の一点とを結ぶ線分を線分Lとして、前記貫通孔は、前記線分Lの長さが互いに異なる周壁部分Aおよび周壁部分Bが当該貫通孔の周囲に形成されるように前記フランジに設けられるものであり、前記周壁部分Aは、その全体にわたり前記線分Lの長さが同一となる部分であり、前記周壁部分Bは、前記線分Lの長さが前記周壁部分Aよりも長くなる部分であり、前記ウェルドラインは、前記周壁部分Aに形成されるものであることを要旨としている。
上記構成によれば、上記請求項1に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。その結果、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の樹脂成形部品において、前記フランジは、その端部に向かうにつれて先細りの形状をなす先細り部を有するものであり、この先細り部は、直線状の縁を有する第1の直線部分と、直線状の縁を有する第2の直線部分と、これら直線部分を接続してフランジの先端部をなす接続部分とにより構成されるものであり、前記貫通孔は、前記先細り部に形成されるものであることを要旨としている。
上記構成によれば、上記請求項1に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。その結果、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
貫通孔の周囲に2方向から流れ込む溶融樹脂が互いに比較的小さな角度をなす場合には、溶融樹脂は貫通孔の周囲を大きく回り込んで合流することとなる。このため、合流する部分まで溶融樹脂が流れ込みにくくなり、ウェルドラインにおいて剛性の低下を招きやすくなる。この傾向は、貫通孔の周囲に2方向から流れ込む溶融樹脂が、互いに90度未満の角度をなす場合に顕著となる。
請求項4の発明は、請求項3に記載の樹脂成形部品において、前記先細り部は、前記第1の直線部分の縁に沿う仮想線と前記第2の直線部分に沿う仮想線とのなす角が90度未満に設定されることを要旨としている。
上記構成によれば、上記請求項1に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。その結果、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
成形時において溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分の剛性が低下する傾向は、ガラス繊維を含む樹脂を用いた場合に顕著となる。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、樹脂成形部品を構成する樹脂がガラス繊維を含むことを要旨としている。
上記構成によれば、樹脂成形部品の剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、前記樹脂成形部品が内燃機関のインテークマニホールドであることを要旨としている。
具体的には、請求6に記載の発明によるように、内燃機関の樹脂製インテークマニホールドに本発明を適用することができる。
本発明を内燃機関の樹脂製インテークマニホールドに具体化した一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、このインテークマニホールドは吸気通路10とフランジ20とを備えている。フランジ20の長手方向の端部には貫通孔30が形成されており、この貫通孔30にボルトを挿通して締結することにより、インテークマニホールドがシリンダヘッド(図示せず)に取り付けられる。
フランジ20のシリンダヘッドに取り付ける側(図1において紙面表側)の面において、吸気通路10と貫通孔30との間に肉ぬすみによって凹部40,45が形成されている。これら凹部40,45を形成してインテークマニホールドの不要な部分の樹脂を肉ぬすみすることにより、インテークマニホールドの剛性を維持しつつ、軽量化を行うことができる。フランジ20は、貫通孔30の接線方向に沿って凹部40側に延長された直線部L1と、貫通孔30の接線方向に沿って凹部45側に延長された直線部L2とを有する。これら直線部L1,L2のなす角αは90度未満となっている。
図2に、図1の2−2線断面を示す。
同図2に示すように、凹部40の底面42側の樹脂の厚みDBは、凹部40の側面44側の樹脂の厚みDSよりも大きくなっている。ここで、底面42側の樹脂の厚みDBは、側面44側の樹脂の厚みDSよりも大きく、上記フランジ20全体の厚みDTの半分以下の厚みとすることが望ましい。または、底面42側の樹脂の厚みDBを、側面44側の樹脂の厚みDSの2倍程度とすることが望ましい。
本実施形態では、厚みDB=6mm,厚みDS=2.5mm,厚みDT=20mmとなっている。凹部40の側面側の樹脂のうち薄い部分は、全て同一の厚みDSとなっている。したがって、凹部40の底面42側の樹脂の厚みDBは、凹部40の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きくなっている。底面42は、フランジ20のシリンダヘッドに取り付ける側の面に平行な平面で形成されている。なお、凹部45は凹部40と対称に形成されている。
インテークマニホールドは、加圧された溶融樹脂を金型内に流し込み、これを固化させることにより成形される。この樹脂には、ガラス繊維を30重量パーセント程度含むポリプロピレンが用いられる。ガラス繊維は樹脂を強化する目的で混入されている。
図3に、インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れを矢印で示す。なお、溶融樹脂の流量が多い部分程太い矢印で示すものとする。
同図3に示すように、溶融樹脂は貫通孔30の周囲を回り込んで、矢印d1,d2の先で互いに合流する。したがって、上記凹部40,45は溶融樹脂が合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分よりも上流側かつ貫通孔30の近傍に形成されている。
矢印a1,a2で示す部分は、成形後における樹脂の厚みが比較的大きいため、すなわち溶融樹脂の通過する断面積が大きいため、溶融樹脂の流量が多くなる。矢印b1,b2で示す部分は、成形後における樹脂の厚みが比較的小さいため(厚みDS)、すなわち溶融樹脂の通過する断面積が小さいため、溶融樹脂の流量が小さくなる。矢印b1,b2で示す溶融樹脂の流れは、さらに進んでそれぞれ矢印d1,d2で示す溶融樹脂の流れを形成する。
矢印c1,c2は、凹部40,45の底面側の溶融樹脂の流れを示している。矢印c1,c2で示す凹部40,45の底面側の溶融樹脂の流れは、矢印b1,b2で示す溶融樹脂の流れにそれぞれ加わって、矢印d1,d2で示す溶融樹脂の流れの一部を形成する。成形後における凹部40,45の底面側の樹脂の厚みDBは、凹部40,45の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みDSよりも大きくなっている。このため、矢印c1,c2で示す溶融樹脂の流れは、矢印b1,b2で示す溶融樹脂の流れよりも流量が多くなる。
図4に、図3の矢印A方向からみたときの溶融樹脂が合流する部分の状態を示す。
矢印d1で示す溶融樹脂の流れは、上記矢印b1で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印d1bで示す溶融樹脂の流れと、上記矢印c1で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印d1cで示す溶融樹脂の流れとによって形成される。矢印d2で示す溶融樹脂の流れは、上記矢印b2で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印d2bで示す溶融樹脂の流れと、上記矢印c2で示す溶融樹脂の流れに基づく矢印d2cで示す溶融樹脂の流れとによって形成される。
ここで、矢印c1,c2で示す溶融樹脂の流れは、上記矢印b1,b2で示す溶融樹脂の流れよりも流量が多いため、矢印d1c,d2cで示す溶融樹脂の流れは矢印d1b,d2bで示す溶融樹脂の流れよりも流量が多くなる。さらに、矢印d1c,d2cで示す溶融樹脂の流れは、フランジ20の下面側から上面側に流れ込むようになる。その結果、溶融樹脂の流れが合流する部分に形成されるウェルドライン50は、フランジ20の下面近くでは形成されにくくなるとともに、その大きさも小さくなる。
以上詳述したように、本実施形態にかかる樹脂製インテークマニホールドによれば、以下に列記するような効果が得られる。
(1)フランジ20のシリンダヘッドに取り付ける側の面において、溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔30の近傍に凹部40,45が形成され、これら凹部40,45の底面側の樹脂の厚みが同凹部40,45の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きい。このため、成形時において凹部40,45の側面側の樹脂の流れよりも底面側の樹脂の流れが多くなり、貫通孔30の周囲に形成される溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドライン50が形成される部分に凹部40,45の底面側からより多くの樹脂が流れ込むようになる。その結果、ウェルドライン50の形成を抑制することができるため、樹脂成インテークマニホールドを極力軽量化しつつ、その剛性を高くすることができる。また、凹部40,45の側面側の樹脂の厚みを大きくすることなく、凹部40,45の底面側の樹脂の厚みのみを大きくしているため、必要最小限の重量増加によって樹脂成インテークマニホールドの剛性を高くすることができる。
(2)フランジの長手方向の端部に形成された貫通孔の周囲において溶融樹脂が合流する場合は、合流する部分に到達するまでに溶融樹脂の流れる距離が最も長くなる。このため、合流する部分まで溶融樹脂が流れ込みにくくなり、ウェルドラインにおいて剛性の低下を招きやすくなる。この点、貫通孔30がフランジ20の長手方向の端部に形成されている構成において、ウェルドライン50の形成を抑制することができる。その結果、樹脂製インテークマニホールドの剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
(3)貫通孔の周囲に2方向から流れ込む溶融樹脂が互いに比較的小さな角度をなす場合には、溶融樹脂は貫通孔の周囲を大きく回り込んで合流することとなる。このため、合流する部分まで溶融樹脂が流れ込みにくくなり、ウェルドラインにおいて剛性の低下を招きやすくなる。この傾向は、貫通孔の周囲に2方向から流れ込む溶融樹脂が互いに90度未満の角度をなす場合に顕著となる。この点、フランジ20は貫通孔30の接線方向に沿って凹部40,45側にそれぞれ延長された2つの直線部L1,L2を有し、同2つの直線部L1,L2のなす角が90度未満であるといった構成において、ウェルドライン50の形成を抑制することができる。その結果、樹脂製インテークマニホールドの剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
(4)成形時において溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分の剛性が低下する傾向は、ガラス繊維を含む樹脂を用いた場合に顕著となる。この点、樹脂製インテークマニホールドを構成する樹脂がガラス繊維を含むといった構成において、ウェルドライン50の形成を抑制することができる。その結果、樹脂製インテークマニホールドの剛性の低下を招きやすい構成に対して、これを好適に抑制することができる。
(5)凹部40,45の底面側の樹脂の厚みDB=6mm、側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みDS=2.5mm、フランジ20全体の厚みDT=20mmに形成されている。このため、凹部40,45の底面側の樹脂の厚みDBは、側面側の樹脂の厚みDSよりも大きく、フランジ20全体の厚みDTの半分以下の厚みであるとともに、底面側の樹脂の厚みDBは側面側の樹脂の厚みDSの約2倍となっている。その結果、樹脂製インテークマニホールドの軽量化を極力阻害することなく、その剛性を向上させることができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施形態では、インテークマニホールドを構成する樹脂としてガラス繊維を30重量パーセント程度含むポリプロピレンを用いたが、ガラス繊維の割合は適宜変更することができ、またガラス繊維を含まない樹脂を用いることもできる。樹脂を強化するための材料としては、タルク(滑石)等を用いることもできる。また、ナイロン等の他の樹脂を用いることもできる。
・上記実施形態では、凹部40,45を形成したが、図5に示すように、フランジ220に1つの凹部240を形成するようにしてもよい。凹部の数および形状は、それぞれのインテークマニホールドに応じて変更することができる。
・図6に示すように、凹部440の底面442は必ずしも平面でなくてもよく、またフランジのシリンダヘッドに取り付ける側の面に平行でなくてもよい。要するに、凹部の底面側の樹脂の厚みが凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きければ、溶融樹脂の合流する部分に凹部の底面側から多くの樹脂を流れ込ませることができる。
・図7に示すように、フランジ320において、貫通孔330の接線方向に沿って凹部340,345側にそれぞれ延長された部分が、曲線部C1と直線部L3とで構成されてもよい。また、図8に示すように、フランジ520の長手方向の端部ではない位置に形成された貫通孔530の周囲に、溶融樹脂の合流する部分、すなわちウェルドラインが形成される部分が形成されてもよい。ここで、凹部540は、矢印a21,a22で示す溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔530の近傍に形成されている。樹脂製インテークマニホールドを成形する場合、通常金型内に数カ所から溶融樹脂が注入されるため、このように溶融樹脂が合流する部分はフランジのさまざまな箇所に形成される可能性がある。しかし、成形時において溶融樹脂の合流する部分に形成されるウェルドラインが貫通孔の周囲に形成され、凹部が溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ貫通孔の近傍に形成されていれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
・上記実施形態では、内燃機関の樹脂製インテークマニホールドに本発明を具体化したが、シリンダヘッドカバーやエアクリーナケース、ウォータインレット等に本発明を適用することもできる。要するに、貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品であれば、本発明を適用することができる。
本発明の一実施形態にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造を示す部分正面図。 図1の2−2線断面図。 上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れを示す部分正面図。 上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れとウェルドラインを示す部分側面図。 本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の変形例を示す部分正面図。 本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の他の変形例を示す部分断面図。 本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の他の変形例を示す部分正面図。 本発明にかかる樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造の他の変形例を示す部分正面図。 従来の樹脂製インテークマニホールドのフランジの構造を示す部分正面図。 図9の10−10線断面図。 上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れを示す部分正面図。 上記インテークマニホールドの成形時における溶融樹脂の流れとウェルドラインを示す部分側面図。
符号の説明
10,110…吸気通路、20,120,220,320,520…フランジ、30,130,530…貫通孔、40,45,140,145,240,340,345,440…凹部、42,142,442…底面、44,144…側面、50,150…ウェルドライン。

Claims (6)

  1. 貫通孔の形成されたフランジを有する樹脂成形部品において、
    前記フランジの他部品に取り付ける側の面に凹部が形成され、成形時において溶融樹脂の合流する部分に形成されるウェルドラインが前記貫通孔の周囲に形成され、前記凹部は前記溶融樹脂の合流する部分よりも上流側かつ前記貫通孔の近傍に形成され、同凹部の底面側の樹脂の厚みが同凹部の側面側の樹脂のうち最も薄い部分の厚みよりも大きい
    ことを特徴とする樹脂成形部品。
  2. 請求項1に記載の樹脂成形部品において、
    前記貫通孔の中心点と前記フランジの縁上の一点とを結ぶ線分を線分Lとして、
    前記貫通孔は、前記線分Lの長さが互いに異なる周壁部分Aおよび周壁部分Bが当該貫通孔の周囲に形成されるように前記フランジに設けられるものであり、
    前記周壁部分Aは、その全体にわたり前記線分Lの長さが同一となる部分であり、
    前記周壁部分Bは、前記線分Lの長さが前記周壁部分Aよりも長くなる部分であり、
    前記ウェルドラインは、前記周壁部分Aに形成されるものである
    ことを特徴とする樹脂成形部品。
  3. 請求項1又は2に記載の樹脂成形部品において、
    前記フランジは、その端部に向かうにつれて先細りの形状をなす先細り部を有するものであり、
    この先細り部は、直線状の縁を有する第1の直線部分と、直線状の縁を有する第2の直線部分と、これら直線部分を接続してフランジの先端部をなす接続部分とにより構成されるものであり、
    前記貫通孔は、前記先細り部に形成されるものである
    ことを特徴とする樹脂成形部品。
  4. 請求項3に記載の樹脂成形部品において、
    前記先細り部は、前記第1の直線部分の縁に沿う仮想線と前記第2の直線部分に沿う仮想線とのなす角が90度未満に設定される
    ことを特徴とする樹脂成形部品。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、
    樹脂成形部品を構成する樹脂がガラス繊維を含む
    ことを特徴とする樹脂成形部品。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂成形部品において、
    前記樹脂成形部品が内燃機関のインテークマニホールドである
    ことを特徴とする樹脂成形部品。
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