JP4624060B2 - 樹脂製容器 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂製容器、特に、容器内への流体物の通路を形成するパイプを有する樹脂製容器に関する。
自動車搭載用の容器、例えばパワーステアリング・システムに使用されるオイルリザーバータンクは、軽量性、コスト性、量産性等の観点から、金属製のものから樹脂製のものへと展開が図られている。容器の各構成部品は、量産性または容器本体との結合強度等の観点から容器本体と一体成形されることが本来であるならば望ましい。しかし、例えば容器内への流体物の通路を形成するパイプ（以下、流入パイプと称す）については、容器に隣接する他の搭載製品との干渉回避または流体の流れ制御の必要性から、試作／量産設計の過程において、その取り付け方向の変更を余儀なくされる場合が多く、容器本体に対する取り付け方向について、ある程度の自由度を有することが求められている。このため、取り付け方向の変更が余儀なくされる流入パイプについては、金型の汎用性の観点から容器本体とは別体で、すなわち容器本体と別々に製造され、後に溶着により容器本体に結合する工法の適用が展開されている（特許文献１参照）。
実開平２−９４９１０号公報
一体成形工法から溶着工法への適用の展開における課題の一つに、結合されるべき部材間の結合強度の向上がある。溶着工法を適用した場合、一体成形工法を適用した場合と比較して、結合されるべき部材間の結合強度は低い。一体成形工法を適用した場合においては、母材強度と等しい結合強度が得られるのに対して、溶着工法を適用した場合においては、母材強度と等しい結合強度を実現することは困難である。この為、組立／修理／点検等の際に不測の外力の影響を受ける構成部品であって十分な結合強度が求められる構成部品、例えば流入パイプ等の構成部品の結合部については、より大きい結合強度を得るべく、十分な溶着面積を確保することが必要条件になる。
樹脂製部材間の結合に用いられる溶着工法には、熱板溶着工法、振動溶着工法、レーザー溶着工法等がある。従来、オイルリザーバータンク等の容器における容器本体と流入パイプとの結合は、振動溶着工法が用いられてきた。しかし、振動溶着工法は、振動スペースの確保あるいは振動により発生するバリに対するスペースを確保することが必要となるために溶着面積が制約され、十分な溶着面積の確保という点で課題があった。これに対して、レーザー溶着工法は、これらのスペースの確保が不要であり、振動溶着工法と比較して、より大きい溶着面積を確保し得る。レーザー溶着工法は、一体成形工法を用いた場合との比較においては結合部材間の結合強度という点では十分とは言えず、一体成形工法を用いた場合と同等の結合強度を得るべく更なる溶着強度の向上が課題とはなるが、振動溶着工法を用いた場合との比較においては、溶着面積の確保という点で有利である。
このように、溶着面積の確保という点で振動溶着工法よりもレーザー溶着工法は優れており、更に、コスト性、品質性、作業性についてもレーザー溶着工法は優れている。このため、現在においては、自動車搭載用製品における各構成部品の結合に対して、レーザー溶着工法の適用が特に注目されている。その一貫として、当該容器における容器本体と流入パイプとの結合についても、振動溶着工法に替えて、レーザー溶着工法の適用が急速に展開されている。
しかし、振動溶着工法からレーザー溶着工法への適用の展開においては幾つかの課題があり、その一つに、結合されるべき部材間の溶着面の密着性の向上がある。レーザー溶着工法を用いる場合、レーザー光照射によりレーザー光吸収性部材からレーザー光透過性部材へ熱を伝えて結合されるべき両方の部材を溶融させる必要があることから、溶着時の結合部材間の溶着面の間隙を極力小さくする必要があり、実質的に隙間が無いようにすることが必要条件になると考えられる。
以上のような、一体成形工法から溶着工法への適用の展開における問題点および振動溶着工法からレーザー溶着工法への適用の展開における問題点を踏まえて、当該容器における容器本体と容器本体内への流体物の通路を形成する流入パイプとの結合に、振動溶着工法に替えて、レーザー溶着工法を適用する際の課題について以下に述べる。
流入パイプは、当該容器に隣接する他の搭載製品との干渉を回避するために、容器本体からの外側へ突出し得る距離は制約を受ける場合が多く、この制約条件下でも溶着面積を十分に確保し得る溶着構造部を実現することが課題となる。
また、溶着部の保護という観点において、流入パイプに不測の外力が掛かった際に溶着部に発生する応力を緩和し得る溶着構造部を実現することも課題となる。
更に、容器本体に対する流入パイプの取り付け方向に自由度を持たすべく、流入パイプは容器本体に対して相対移動可能に形成される必要があり、レーザー溶着工法にとって必要条件となると考えられる結合部材間の密着性の向上が課題となる。
本発明は上記課題に鑑み、容器本体と流入パイプとの溶着強度を向上すべく十分な溶着面積を確保することが可能で、且つ、流入パイプに不測の外力が掛かった際に溶着面部に発生する応力を緩和し得る溶着構造部を有する容器を提供することを第一の目的とする。
また、レーザー溶着される両部材間の係合する溶着面部の密着性を向上することが可能な溶着構造部を有する容器を提供することを第二の目的とする。
請求項１に記載の発明によれば、容器本体の壁に、レーザー溶着を用いて結合されるパイプを有する容器であって、前記容器本体が、前記壁の外面に配置され且つ環状の内周面を備えるボス部を有し、前記パイプが、管状部と、該管状部の外面に突出するフランジ部であって前記ボス部の前記内周面にレーザー溶着される外面を備えるフランジ部とを有し、前記ボス部は、前記壁の外面から外側に突出して配置され、前記フランジ部は、該フランジ部の前記外面を前記ボス部の前記内周面に倣うように弾性的に変形させることを可能にする可撓性手段を具備し、前記可撓性手段は、前記フランジ部に設けられた凹み部である、容器が提供される。
すなわち、請求項１の発明では、パイプのフランジ部をパイプの管状部の外面から突出させることで、フランジ部の外面の径方向寸法を大きくし、フランジ部の外面の面積を増すことができる。パイプのフランジ部の軸線方向寸法は、本容器に隣接する他の搭載製品との干渉を回避する必要性等から、制約を受ける場合が多い。それに対して、パイプのフランジ部の径方向の寸法は制約を受けることは少なく、この径方向の寸法を大きくすることで、溶着面積を増し溶着強度の向上を容易に図ることができる。
また、パイプのフランジ部をパイプの管状部の外面から突出させる、すなわち、溶着面となるパイプのフランジ部の外面をパイプの管状部から離間して形成することで、パイプの管状部に不測の外力が加わることにより発生する応力を、パイプの管状部と溶着面部とに分散することができ、溶着面部にかかる応力を緩和することができる。
ここで、管状部の外面に突出するフランジ部であってボス部の内周面にレーザー溶着される外面を備えるフランジ部とは、フランジ部の外面が管状部の外面よりも外側へ離間していることと、フランジ部の外面が必ずしも連続していなくてもよいことと、フランジ部の外面がボス部の内周面と協働して溶着面部を形成することとを特徴とするフランジ部を意図する。
また、環状の内周面を備えるボス部とは、ボス部の内面が少なくと連続している面であることを意図しており、例えば六角形状等の内周面を備えるボス部も含まれることを意図している。もちろん、円環状の内周面を備えるボス部も含まれることも意図している。
また、請求項１の発明では、ボス部を、壁の外面から外側に突出して配置することで、フランジ部の外面とボス部の内周面とをレーザー溶着する際の作業性の向上を図ることができる。ボス部が壁の外面から内側に突出した状態で配置される場合、溶着部へのレーザー照射自体は可能であるが、例えば、溶着に対するレーザー光照射装置の配置等の点で様々な工夫が必要になると考えられる。
さらに、請求項１の発明では、パイプのフランジ部に、このフランジ部の外面を容器本体のボス部の内周面に倣うように弾性的に変形させることを可能にする可撓性手段を設けることにより、フランジ部の外面とボス部の内周面とで形成される溶着面部の密着性を向上することができる。
また、このような可撓性手段を設けることにより、パイプのフランジ部の外面を容器本体のボス部の内周面に係合する際の圧入作業を容易にすることができる。
ここで、弾性的な変形とは、一定の外力により変形するが、その変形が塑性的な変形ではなく、力を取り去ると再びもとの状態に回復する変形を意図している。
さらに、請求項１の発明では、可撓性手段が、フランジ部に設けられた凹み部から構成される。パイプを射出成形にて一体成形する場合、成形時の寸法精度の確保という観点から成形物の均肉化を図ることが通常なされる。可撓性手段をフランジ部に設けられた凹み部とすることで、該凹み部のみで、溶着部の密着性の向上をもたらすともに、成形物の均肉化を図ることができる。よって、フランジ部の構造の簡素化に寄与できる。
請求項２に記載の発明によれば、前記ボス部の前記内周面の軸線方向の高さが、前記フランジ部の前記外面の軸線方向の高さと同一とされる、請求項１に記載の容器が提供される。
すなわち、請求項２の発明では、容器本体のボス部の内周面の軸線方向の高さを、パイプのフランジ部の外面の軸線方向の高さと同一にすることにより、パイプの管状部に不測の外力が加わった場合に、フランジ部の外面２４の縁あるいはボス部の内周面１５の縁と、溶着面部との間で発生する応力を緩和することができる。
請求項３に記載の発明によれば、前記ボス部が、前記容器本体と一体成形される、請求項１または請求項２に記載の容器が提供される。
すなわち、請求項３の発明によれば、ボス部を容器本体と一体成形することで、製造コストを削減できる。
請求項４に記載の発明によれば、前記ボス部が、前記容器本体とは別体で製造され前記容器本体に結合される、請求項１または請求項２に記載の容器が提供される。
請求項４の発明では、ボス部を容器本体とは別体で製造することで、同一形状の容器本体に、内周面の大きさが異なるボス部を結合することができ、フランジ部の大きさが異なるパイプを結合させることができる。これにより、容器本体の金型を汎用性のあるものにすることができる。
各請求項に記載の発明によれば、容器本体とパイプとの溶着強度を向上すべく十分な溶着面積を確保することが可能で、且つ、パイプに不測の外力が掛かった際に溶着面部に発生する応力を緩和し得る、共通の効果を奏する。また、レーザー溶着される両部材間の係合する溶着面部の密着性を向上することができる効果を奏する。
これらの効果を有する本発明によれば、パイプの容器本体への結合において、溶着工法への適用、特にレーザー溶着工法の適用を実現し得る。
図１から図５は、本発明の容器の好適な一実施形態を示す図である。図１は、本容器１の斜視図である。図２は、本容器１の容器本体１０と流入パイプ２０とを示す分解斜視図である。図３は、本容器１の側面図である。図４は、容器本体１０の斜視図である。図５は、容器本体１０と流入パイプ２０との溶着構造部を示す部分切断面図である。
本容器１は概して、図１および図３に示すように、流動体を収容する容器本体１０と、この容器本体１０への流体物の通路を形成する流入パイプ２０とから構成される。
流入パイプ２０は、図２に示されるように、湾曲した管状部２１と、フランジ部２２とを有する。フランジ部２２は、レーザー光吸収性樹脂からなり、好適には、レーザー光吸収特性を有する熱可塑性樹脂からなり射出成形にて管状部２１とともに一体成形される。しかし、このフランジ部２２をレーザー光吸収特性を有する熱可塑性樹脂で形成し、管状部２１を熱硬化性樹脂で形成し、両者をインサート成形等で接合してもよい。
管状部２１は、図５に示されるように、後述する容器本体１０のハウジング１２の壁部１６に設けられた穴部１４と連通する通路２３を有する。また、管状部２１は、本実施形態においては湾曲しているが、湾曲部を有さずに直線状に形成されてもよい（図５乃至図７参照）。管状部２１の容器本体１０に対する湾曲の度合いや、容器本体１０の外表面から外側へ突出する長さおよび方向等については、本容器１に隣接する（図には示していない）他の搭載製品と流入パイプ２０との干渉回避や流入パイプ２０を通過する流体の流れ制御等の設計条件を満足すべく適当に決定される。また、本実施形態においては、管状部２１は、その外形が円環状に形成されているが、この管状部２１に接続される（図には示していない）ホース管等の形状に応じて楕円形状等の他の適当な形状で形成されてもよい。
フランジ部２２は、図２および図５に示されるように、管状部２１の外面から外側に突出して形成され、後述する容器本体１０のボス部１１の内周面１５と係合し且つこの内周面１５にレーザー溶着される外周面２４であって、軸線２７を有する円環状の外周面２４を有する。フランジ部２２は管状部２１の外面から外側に突出して形成されるため、外周面２４は管状部２１の外面から離間して形成される。本実施形態においては、容器本体１０のボス部１１の内周面１５と係合し且つこの内周面１５にレーザー溶着される外周面２４は、連続した円環状の外周面として形成されているが、連続した円環状の外面として形成される必要はなく、不連続な面で構成される外面として形成されてもよい。
フランジ部２２は更に、フランジ部２２を後述する容器本体１０のボス部１１の内周面１５に倣うように弾性的に変形させることを可能にする可撓性手段を有する。本実施形態においては、容器本体１０の穴部１４に近接する部位となるフランジ部２２の底面部２５に設けられた円環状の凹み部２６が、この可撓性手段に該当するが、他の構造で形成されてもよい。また、この凹み部２６は好適には円環状に形成されるが、適当な他の形状で形成されてもよい。凹み部２６は、射出成形時の寸法精度向上の為に成形物の均肉化を図る役割も果たすことができる。この可撓性手段は、溶着面の密着性を確保する上で有用となる。
容器本体１０は概して、図４に示されるように、流入パイプ２０のフランジ部２２の容器本体１０への取り付けを可能にするボス部１１と、流動体を収容するハウジング１２とを有する。
ハウジング１２は概して、底部１３と、蓋部１７と、壁部１６と、この壁部１６に備えられた穴部１４とを有する。本実施形態おいては、壁部１６の外形は略円筒形状である。しかし、この壁部１６は、設計条件に適合する形状、例えば四角柱形状等の他の適当な形状で形成されてもよい。
ボス部１１は、穴部１４の周囲で壁部１６の外面から外側に突設され、流入パイプ２０のフランジ部２２の外周面２４と係合し且つこの外周面２４にレーザー溶着される内周面１５であって、軸線１８を有する円環状の内周面１５を有する。該円環状の内周面１５は、連続した円環状の内面として形成される必要はなく、不連続な面で構成される円環状の内面として形成されてもよい。また、ボス部１１は、穴部１４の周囲で壁部１６の外面から内側に突設されてもよい。
容器本体１０の構成において少なくともボス部１１は、レーザー光透過性樹脂からなる。好適には、ボス部１１は、レーザー光透過特性を有する熱可塑性樹脂からなり、射出成形にてハウジング１２とともに一体成形される。しかし、このボス部１１をレーザー光透過特性を有する熱可塑性樹脂で形成し、ハウジング１２を熱硬化性樹脂で形成し、両者をインサート成形等で接合してもよい。また、ボス部１１は、外周面２４の直径が異なる流入パイプ２０のフランジ部２２にも適合するように、容器本体１０とは別体に製造され、その後容器本体１０に結合されてもよい。このことは、容器本体１０の金型の汎用性をもたらす点で有用となる。
ボス部１１の内周面１５の直径は、このボス部１１の内周面１５と流入パイプ２０のフランジ部２２の外周面２４とを、レーザー溶着を適用するに当って必要と考えられるレベルの密着性を有して係合すべく、フランジ部２２の外周面２４とボス部１１の内周面１５との組立後の間隙が約０．０５ｍｍ以下となるように、適当な寸法に決定される。フランジ部２２の外周面２４とボス部１１の内周面１５との組立後の間隙を約０．０５ｍｍ以下とすることについては、レーザー溶着工法において結合される各部材間の密着性すなわち各部材間の間隙の許容範囲が、通常、約０．０５ｍｍ以下とされているためである。しかし、この許容範囲は、構成材料や使用レーザー光等の相違により異なることが考えられ、場合に応じて適当に変更され得る。
また、本実施形態においては、ボス部１１の内周面１５の軸線１８方向の高さは、フランジ部２２の外周面２４の軸線２７方向の高さと同一とされる。
このように構成されたボス部１１を有する容器本体１０と、フランジ部２２を有する流入パイプ２０とは、フランジ部２２の外周面２４をボス部１１の内周面１５に係合し、（図には示していない）冶具等を用いて、容器本体１０に対する所定位置に流入パイプ２０を位置決めして、その後、フランジ部２２の外周面２４とボス部１１の内周面１５とを、レーザー溶着工法を用いて溶着することにより組立てられる。
以下に、このような組立における各構成要素の作用と効果について詳細に説明する。
組立作業においては、まず、流入パイプ２０のフランジ部２２が容器本体１０のボス部１１に挿入され取付けられる。ボス部１１の内周面１５とフランジ部２２の外周面２４とは、係合されたときに互いに対する間隙が、本実施形態においては少なくとも約０．０５ｍｍ以下になるようにデザインされている。容器本体１０に対する流入パイプ２０の取り付け方向調整を行うために、フランジ部２２の外周面２４とボス部１１の内周面１５とを相対移動させなければならない場合のことを考慮すると、ボス部１１の内周面１５とフランジ部２２の外周面２４との間隙は、約０．０５ｍｍとされることが理想的である。しかし、成形の際の寸法のばらつきにより、この間隙が無い部分あるいは締まり嵌めの状態となる部分も存在することが多く、その場合、挿入は圧入作業によりなされることになる。
通常、このような圧入作業には相当の力が必要とされ特別の工具等が必要となるが、本実施形態におけるボス部１１へのフランジ部２２の圧入作業は、フランジ部２２の底面部２５に設けられた凹み部２６により、容易に実行可能とされる。圧入作業の際、間隙が無い部分あるいは締まり嵌めの状態となる部分については、フランジ部２２の外周面２４が押圧され挿入を妨げる摩擦が発生することになる。しかし、フランジ部２２の底面部２５に凹み部２６が存在することにより、フランジ部２２の外周面２４の弾性的な変形すなわち外周面２４が一定の外力によって変形するが力を取り去ると再びもとの状態に回復するような変形が可能とされ、フランジ部２２の外周面２４は、ボス部１１の内周面１５に馴染むように、すなわちボス部１１の内周面１５に倣うように容易に変形することができる。これにより、圧入作業が容易に実行可能とされるとともに、レーザー溶着工法にとって必要条件となる、結合される各部材間の密着性を更に向上することができる。
この圧入作業と同時に、（図には示していない）冶具等を用いて、容器本体１０に対する所定位置に流入パイプ２０が位置決めされる。本実施形態の容器においては、フランジ部２２の外周面２４と、この外周面２４と係合するボス部１１の内周面１５とは共に円環形状で形成されており、フランジ部２２の外周面２４とボス部１１の内周面１５との、軸線方向および回転方向の両方向の相対移動が可能ある。これにより、試作／量産設計の過程の中で、容器本体１０に対する流入パイプ２０の取り付け方向の変更が必要となった場合にも容易に対応することができる。
フランジ部２２が所定の位置でボス部１１に取付けられると、ハウジング１２の壁部１６に設けられた穴部１４と管状部２１の通路２３とが連通し、流入パイプ２０を介した容器本体１０への流動体の通過が可能となる。また、ボス部１１の内周面１５とフランジ部２２の外周面２４とが協働して溶着面部が形成される。
次に、レーザー光が、レーザー光透過性材料からなるボス部１１に照射される。使用するレーザー光は、エネルギー変換効率が高くコンパクトな設備ですむ半導体レーザー（ＬＤ）であることが好ましいが、他の気体や固体レーザーを使用してもよい。照射されたレーザー光はボス部１１を透過し、レーザー光吸収材料からなるフランジ部２２の外周面２４に達する。フランジ部２２の外周面２４は、レーザー光を吸収し発熱し溶融する。熱伝達によりボス部１１の内周面１５も発熱し溶融する。このレーザー光照射作業は、ボス部１１の内周面１５の法線方向からレーザー光が照射され、ボス部１１の内周面１５の周方向に実行され、フランジ部２２の外周面２４とボス部１１の内周面１５とが溶着され、所定の溶着強度が得られる。このようなボス部１１の内周面１５の法線方向からのレーザー光の照射作業は、フランジ部２２の軸線方向からレーザーを照射する場合と比較して、例えば流入パイプ２０の管状部２１がレーザー光照射の障害となることがなく作業性が良い。
溶着強度と密接に関係する溶着面積は、フランジ部２２の外周面２４の直径と、フランジ部２２の外周面２４の軸線方向高さとに依存する。このフランジ部２２の外周面２４の直径および軸線方向高さの寸法の決定においては、軸線方向の高さは、本容器１に隣接する他の搭載製品との干渉を回避するために大きな制約を受ける場合が多く、制約条件が少ないパラメータとなる直径寸法を大きくすることにより溶着面積の向上することができる。また、フランジ部２２の外周面２４の直径を大きくすることにより、管状部２１と、フランジ部２２の外周面２４すなわち溶着面とが離間されることになる。このことは、例えば管状部２１に不測の外力が加わった場合に発生する応力を、溶着面部に集中させることなく、管状部２１とフランジ部２２の外周面２４とに分散することを可能にし、不測の外力からの溶着面部の保護に寄与し得る。
また、本実施形態においては、ボス部１１の内周面１５の軸線方向高さは、フランジ部２２の外周面２４の軸線方向高さと同一に形成されており、フランジ部２２の外周面２４の全体わたりボス部１１の内周面１５が係合するので、フランジ部２２の外周面２４の全体にわたる溶着が可能となる。これにより、最大溶着面積を得ることができ、最大溶着強度を達成することができる。また、フランジ部２２の外周面２４の軸線方向高さとボス部１１の内周面１５の軸線方向高さとを同一にすることにより、例えば流入パイプ２０の管状部２１に不測の外力が加わった場合に、フランジ部２２の外周面２４の縁あるいはボス部１１の内周面１５の縁と、溶着面部との間で発生する応力を緩和することができ、溶着面部の保護に寄与できる。更に、ボス部１１の内周面１５の軸線方向高さを、フランジ部２２の外周面２４の軸線方向高さよりも大きくしないことで、流入パイプ２０の管状部２１とボス部１１との干渉を回避することができる。これにより、管状部２１の湾曲度合いの制約を最小限にすることができる。
本発明は、容器への適用だけではなく、レーザー溶着工法を用いて結合される構成部品を有する製品への適用が可能である。
本容器の概略斜視図である。 容器本体と流入パイプとを示す分解斜視図である。 本容器の概略側面図である。 容器本体の斜視図である。 容器本体と流入パイプとの溶着構造部を示す部分切断面図である。 流入パイプが略直角に湾曲している、図５と同様の、容器本体と流入パイプとの溶着構造部を示す部分切断面図である。 流入パイプが直線状である、図５と同様の、容器本体と流入パイプとの溶着構造部を示す部分切断面図である。
符号の説明
１ 容器
１０ 容器本体
１１ ボス部
１２ ハウジング
１３ 底部
１４ 穴部
１５ 内周面
１６ 壁部
１７ 蓋部
１８ 軸線
２０ 流入パイプ
２１ 管状部
２２ フランジ部
２３ 通路
２４ 外周面
２５ 底面部
２６ 凹み部
２７ 軸線

Claims (4)

  1. 容器本体の壁に、レーザー溶着を用いて結合されるパイプを有する容器において、
    前記容器本体は、前記壁の外面に配置され且つ環状の内周面を備えるボス部を有し、
    前記パイプは、管状部と、該管状部の外面に突出するフランジ部であって前記ボス部の前記内周面にレーザー溶着される外面を備えるフランジ部とを有し、
    前記ボス部は、前記壁の外面から外側に突出して配置され、
    前記フランジ部は、該フランジ部の前記外面を前記ボス部の前記内周面に倣うように弾性的に変形させることを可能にする可撓性手段を具備し、
    前記可撓性手段は、前記フランジ部に設けられた凹み部である、
    ことを特徴とする容器。
  2. 前記ボス部の前記内周面の軸線方向の高さは、前記フランジ部の前記外面の軸線方向の高さと同一とされる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の容器。
  3. 前記ボス部は、前記容器本体と一体成形される、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の容器。
  4. 前記ボス部は、前記容器本体とは別体で製造され前記容器本体に結合される、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の容器。
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